Ракетоплан «РП-318»

Ракетоплан «РП-318»

По свидетельству сотрудника ГИРДа Николая Ефремова, после организации РНИИ нагрузка на Королева уменьшилась, и у Сергея Павловича появилось свободное время, чтобы вернуться к отложенным проектам новых планеров, конструированием которых он занимался со студенческих лет.

Для разработки одного такого проекта Королев привлек нескольких энтузиастов, согласившихся работать вечерами и дома. Эскизное проектирование, аэродинамический расчет и определение основных характеристик выполнил сам Сергей Павлович. Все проектная работа заняла немногим более двух месяцев. На основе этой конструктивной схемы и апробированных агрегатов: веретенообразного фюзеляжа со средним расположением крыла, оперения и других элементов конструкции — был создан двухместный планерлет «СК-9». Один экземпляр планера изготовили на заводе Осоавиахима. Он прошел все стадии облета и даже совершил дальний перелет за буксировщиком из Москвы в Коктебель, показав неплохие результаты.

Планерлет «СК-9» имел типичные для рекордных планеров аэродинамические формы. Это был моноплан со средне-расположенным крылом большого удлинения, с высоко поднятым на небольшом киле горизонтальным оперением и высоким обособленным рулем направления. Конструкция была выполнена из дерева, только рули и хвостовая часть фюзеляжа частично обшивались тонкой листовой нержавеющей сталью. Именно «СК-9» стал основой для проекта высотного ракетоплана-лаборатории, о котором Королев говорил в своем докладе.

В конце 1935 года начальник РНИИ Иван Клейменов, находясь, вероятно, под впечатлением от Всесоюзной конференции по применению ракетных аппаратов, согласился на включение в план института эскизного проекта ракетоплана.

В короткий срок Королев вместе с инженером Евгением Щетинковым закончили разработку эскизного проекта и 2 февраля 1936 года вынесли его на обсуждение руководства РНИИ.

В первоначальном проекте ракетоплан имел обозначение «РП-218» (или «Объект № 218» — индекс означает: отдел № 2, тема № 18). В приложенной записке Королев излагал свое видение будущего аппарата такими словами:

«Ракетоплан должен нести следующую нагрузку:

а) экипаж — 2 человека с парашютами — 160 кг,

б) скафандры, с кислородными аппаратами — 2 шт. — 40 кг, всего — 200 кг.

<…> Проектом и расчетами должны быть обеспечены следующие полетные данные ракетоплана:

а) наибольшая высота полета (потолок) до 25 000 м,

б) наибольшая скорость горизонтального полета на высоте порядка 3000 м (на базе 1 км) до 300 м/сек,

в) посадочная скорость с опорожненными баками не более 160 км/час,

г) продолжительность горизонтального полета с ракетными двигателями до 400 сек.

<… > Взлет ракетоплана может осуществляться следующими способами:

а) путем подъема РП до высоты 8-10 тыс. м на тяжелом самолете с высотными моторами,

б) путем буксировки РП мощным самолетом до высоты 4–5 тыс. м (а в случае применения специальных устройств до высоты 8-10 тыс. м),

в) путем самостоятельного взлета с земли.

Для обеспечения взлета ракетоплана может быть применен предварительный разгон с помощью пороховых ракет».

Вообще же в РНИИ рассматривались несколько вариантов ракетоплана. Сначала конструкторы остановили свой выбор на проекте двухместного самолета-моноплана «СК-10» нормальной схемы с низким расположением трапециевидного крыла малого удлинения. В передней части фюзеляжа предполагалось разместить герметическую кабину, в которой последовательно располагались бы летчик-испытатель и инженер-испытатель (лицом назад). За кабиной — цилиндрический топливный бак с внутренней перегородкой, отделяющей окислитель от горючего. Вокруг бака компоновалась батарея баллонов сжатого газа, служившая аккумулятором давления вытеснительной системы подачи топлива в камеру сгорания. В хвостовой части предусматривалась установка связки из трех азотно-кислотно-керосиновых двигателей «ОРМ-65» конструкции Валентина Глушко. Ракетный самолет в этом варианте должен был иметь стартовый вес 1600 килограммов, скорость — 850 км/ч, потолок — 9 километров. Его предполагалось использовать для исследований динамики полета пилотируемого ракетного летательного аппарата на больших скоростях.

Этот проект и был утвержден на техническом совещании в РНИИ. Обсуждалась программа его разработки, включавшая в качестве предварительного шага создание более простого ракетоплана-лаборатории «РП-218-1» на базе планер-лета «СК-9» с двигателем небольшой тяги. Техническое совещание приняло решение: «…Отделы института должны предусмотреть работу по 218-му объекту в планах на 1937 год как одну из ведущих работ института».

Вскоре началась разработка рабочих чертежей и оборудования планера «СК-9» под установку ЖРД «ОРМ-65». Это был наиболее отработанный азотно-кислотно-керосиновый двигатель того времени. Он мог развивать тягу до 175 килограммов и скорость истечения на установившемся режиме до 2110 м/с. Пуск двигателя осуществлялся либо вручную, либо автоматически, зажигание — пиротехническое. К 1936 году «ОРМ-65» прошел цикл стендовых испытаний, доказав свою работоспособность после 50 пусков общей продолжительностью свыше 30 минут.

В сентябре 1937 года двигательную установку смонтировали на планере. 3 декабря после проведения серии холодных испытаний по регулировке системы подачи топлива начались огневые испытания.

В 1938 году в связи с изменением структуры института и номеров отделов первая цифра в обозначении объектов РНИИ была изменена, и ракетоплан «218-1» стал обозначаться «РП-318-1».

В феврале 1938 года в докладе о развитии исследовательских работ по ракетному самолету, подготовленном совместно с Щетинковым, Сергей Королев впервые определил область рационального применения ракетоплана в научных, народнохозяйственных и оборонных целях. Тогда же была выдвинута и обоснована идея создания истребителя-перехватчика с ракетным двигателем. Вот что писал по этому поводу сам Сергей Павлович:

«1. Разница в максимальных скоростях современных бомбардировщиков и истребителей настолько мала, что преследование бомбардировщика после маневра практически нецелесообразно, так как за время преследования бомбардировщик успевает пройти десятки и сотни километров. В настоящее время почти нет средств остановить бомбардировщики, летящие сомкнутым строем на высоте 6–8 км со скоростью 500–600 км/час. Появление таких бомбардировщиков на вооружении в ближайшее время вполне реально.

2. Недостаточные вертикальные скорости современных истребителей вызывают необходимость отнесения аэродромов истребительной авиации на 100–140 км от линии фронта. Таким образом, линия перехвата противника может лежать в пределах 80-120 км от фронта, и защита этой полосы («зоны тактической внезапности») чрезвычайно затруднена. Эта зона по мере увеличения скоростей и высот полета бомбардировщиков имеет тенденцию к дальнейшему расширению.

3. Вследствие больших горизонтальных скоростей современных самолетов и больших нагрузок на 1 м² [крыла] радиусы виражей значительно увеличились и возросли трудности, связанные с нахождением противника в воздухе после маневра. Поэтому воздушный бой при перехвате противника сведется к кратковременной встрече или преследованию.

4. На основе сказанного выявляется необходимость постройки истребителя, обладающего очень большой скоростью и особенно скороподъемностью и предназначенного в основном для защиты зоны тактической внезапности. Запас топлива такого истребителя должен обеспечить продолжительность боя в течение 4–5 мин и дальность полета в пределах зоны тактической внезапности (т. е. 80-120 км). Ракетный истребитель может удовлетворить этим требованиям».

В своем докладе конструктор представил эскизные проекты четырех новых вариантов экспериментального ракетного самолета. Характеристики первого совпадали с «СК-10». В проекте второго, модернизированного, ракетоплана запас топлива увеличивался за счет сокращения экипажа до одного человека. Третий, рекордный, ракетоплан проектировался с учетом использования кислородного ЖРД. При старте с земли он, по замыслу, должен был подняться на высоту в 21 километр, а при пуске с самолета-транспортировщика (типа бомбардировщика «ТБ-3») — до 37 километров.

Рассматривался также перспективный вариант ракетоплана с ЖРД тягой в 900 килограммов. Расчетная высота его полета при пуске с транспортировщика на высоте 8 километров составляла 53 километра. Однако последние два варианта не были технически обеспечены.

Вскоре была создана модель «СК-10», проведены ее продувки в аэродинамической трубе, началось изготовление отдельных узлов натурного образца. Но постройка его в целом приостановилась в связи с отработкой ракетоплана «РП-318-1», которая велась при постоянном и непосредственном участии Королева, готовившегося совершить первые полеты на ракетоплане-лаборатории с работающим ЖРД.

Но тут волна репрессий, набиравшая силу в стране, докатилась и до ракетчиков. Собственно, судьба их была предрешена еще в 1937 году, когда был арестован и расстрелян «высокий покровитель» ГИРДа и РНИИ Михаил Тухачевский. Его покровительство и внимание, проявленное к проблемам ракетчиков, не могли остаться безнаказанными для последних.

Были арестованы и погибли в застенках начальник РНИИ Иван Клейменов и главный инженер РНИИ Георгий Лангемак. В марте 1938 года по ложному доносу арестовали конструктора двигателей Валентина Глушко.

Сергей Королев попал в руки чекистов 27 июня 1938 года. Его обвинили в преступлениях, предусмотренных статьей 58 Уголовного кодекса РСФСР, пункты 7 и 11, в том, что он «состоял членом антисоветской подпольной контрреволюционной организации и проводил вредительскую политику в области ракетной техники». Его обвиняли, например, в том, что он разрабатывал твердотопливную ракету «217» с целью задержать развитие более важных направлений; что он сознательно препятствовал созданию эффективной системы питания для бортового автопилота ракеты «212»; что он разрабатывал заведомо негодные двигатели. В результате через три месяца после ареста Военная коллегия Верховного суда СССР под председательством Ульриха приговорил конструктора к 10 годам тюремного заключения с поражением в правах на пять лет и конфискацией личного имущества.

Ведущим конструктором по «РП-318-1» после ареста Королева был назначен инженер Щербаков, автор ряда проектов высотных планеров. Ведущим конструктором по двигательной установке стал инженер Арвид Палло.

На ракетоплан установили азотно-кислотно-керосиновый двигатель «РДА-1-150» конструкции Леонида Душкина. И в феврале 1939 года начались наземные огневые испытания двигательной установки «РДА-1-150». К октябрю состоялось свыше 100 пусков, в ходе которых отрабатывались системы двигательной установки и снимались ее характеристики. Летчик-испытатель Владимир Павлович Федоров, которому поручалось пилотирование этой необычной машины, осваивал приемы пуска и управления работой двигателя.

Были отработаны следующие параметры двигательной установки: максимальная тяга — 150 килограммов, минимальная — 50 килограммов, время работы на максимальном режиме — 112 секунд. Двигатель обладал устойчивым регулированием тяги.

В свободном полете «СК-9» испытывали еще в январе. При этом баки двигательной установки заполняли разным количеством топлива. Несмотря на возросший почти на 30 процентов полетный вес, планер сохранял высокие полетные качества.

В январе 1940 года ракетоплан привезли на один из подмосковных аэродромов. Здесь провели последние свободные полеты и пять наземных огневых испытаний ЖРД прямо на планере. Специальная комиссия представителей промышленности и научно-исследовательских учреждений постановила допустить машину к ракетному полету.

В конечном виде «РП-318-1» имел следующие характеристики: полный стартовый вес — 636,8 килограмма, вес двигательной установки — 136,8 килограмма, вес топлива — 75 килограммов, вес пилота с парашютом — 80 килограммов, длина — 7,44 метра, размах крыла — 17 метров. Ввиду изношенности планера максимальная скорость была ограничена до 160 км/ч. После ее достижения полет должен был производиться с набором высоты.

Исторический полет ракетоплана «РП-318-1» состоялся 28 февраля 1940 года. Самолет-буксировщик «Р-5» несколько раз прорулил по взлетному полю, подготавливая взлетную дорожку в глубоком снегу. Федоров занял место в кабине пилота.

В 17 часов 28 минут самолет-буксировщик пошел на взлет. На высоте 2800 метров ракетоплан отцепился от буксировщика. Федоров включил ракетный двигатель. Наблюдавшие за полетом видели, как за ракетопланом появилось сначала серое облачко от зажигательной пирошашки, а затем пошел бурый дым. Двигатель заработал на пусковом режиме. Наконец показалась огненная струя длиной около метра. Ракетоплан стал быстро набирать скорость и перешел в полет с набором высоты.

В отчете об этом Федоров пишет так:

«…После отцепки установил скорость 80 км/ч. Выждав приближение самолета Р-5, наблюдавшего за мной, начал включение ракетного двигателя. Включение двигателя произвел на высоте 2600 м согласно инструкции. Пуск РД прошел нормально. Все контрольные приборы работали хорошо. По включении РД был слышен ровный нерезкий шум. <..> Примерно за 5–6 с после включения РД скорость полета возросла с 80 до 140 км/ч. Я установил режим полета с набором высоты 120 км/ч и держал его все время работы РД. По показаниям вариометра подъем проходил со скоростью 3 м/с. В продолжение всей работы РД в течение 110 с был произведен набор высоты 300 м. По израсходовании компонентов топлива перекрыл топливные краны и снял давление. Это произошло на высоте 2900 м.

После включения РД нарастание скорости происходило очень плавно. На всем протяжении работы РД никакого влияния на управляемость РП-318 мною замечено не было. Планер вел себя нормально — вибраций не ощущалось.

Нарастание скорости от работающего РД и использование ее для набора высоты у меня, как у летчика, оставило очень приятное ощущение. После выключения спуск происходил нормально. Во время спуска был произведен ряд глубоких спиралей, боевых разворотов на скоростях от 100 до 165 км/ч. Расчет и посадка — нормальные».

10 и 19 марта 1940 года состоялись еще два успешных полета. Они убедительно доказали, что техника ракетного двигателестроения в Советском Союзе достигла такого уровня, когда строительство ракетопланов с ЖРД могло стать вполне будничным делом. Однако история распорядилась иначе…