-
-
Эти события до недавних пор были почти неизвестны или известны только специалистам, имеющим допуск к совершенно секретным материалам...
-
-
-
- Первый пуск советской ракеты Н-1 назначили на 20 февраля 1969 г. Затем перенесли на сутки из-за плохой погоды. Команду на зажигание подали 21 февраля в 12 ч 17 мин 55 с по московскому времени. Вдруг по ложной команде система КОРД выключила исправные ЖРД № 12 и 24 блока "А". Ракета сошла со стартового стола в 12 ч 18 мин 07 с при 28 работающих двигателях из 30.
- На 6-й секунде полета из-за повышенной вибрации газогенератора ЖРД № 12 оборвалась трубка датчика замера давления газа после турбины, на 28-й, после начала дросселирования тяги для уменьшения нагрузок при прохождении максимального скоростного напора, оборвалась трубка замера давления горючего перед газогенератором того же ЖРД. "Кислый" газ с температурой 340°С смешался с горючим, образовав пожароопасную смесь. Ее облако все увеличивалось. На 55-й секунде в хвостовом отсеке блока "А" вспыхнул пожар. Об этом свидетельствовало резкое возрастание температуры в районе ЖРД №№ 3, 21, 24, 23, 22. На 69-й секунде бушевавшее пламя пережгло изоляцию кабелей, вызвав срабатывание системы КОРД из-за замыкания цепей телеметрии и системы управления двигателей. Все ЖРД блока "А" были отключены.
- Горящая ракета летела под небольшим углом к горизонту. Она не взорвалась, не рассыпалась в воздухе на обломки. Плавно снижаясь, упала в 50 км от старта.
- Предположительно, причиной возгорания мог быть прорыв внутри отсека горячих газов, истекающих из сопел ЖРД, через отверстия шпилечного хода в донной теплозащите блока "А", по которым ракета сходит со стартового стола. Отверстия следовало изнутри заглушивать колпачками, но некоторых на месте не оказалось.
- Однако принципиальная работоспособность связки из 30 ЖРД блока "А", системы их управления и отключения в полете была успешно подтверждена. Вину за аварию возложили на двигателистов, посчитав основной ее причиной недостаточную отработку ЖРД из-за отсутствия вибростенда для испытаний. Датчик замера давления после турбины вместе с трубкой на всякий случай удалили. Предполагалось ужесточить контроль хвостового отсека блока "А" перед стартом. Ракету 4л, аналогичную экземпляру 3л, отправили на повышение надежности и грузоподъемности. Пуск мог состояния в конце программы летных испытаний Н-1.
- Второй старт Н-1 (экземпляр 5л) состоялся 3 июля 1969г. в 23 ч 18 мин 32 с по московскому времени. За четверть секунды до отрыва от стартового стола из-за попадания в насос окислителя металлического предмета (предположительно - стальной диафрагмы датчика пульсаций давления) взорвался ЖРД № 8 блока "А". Перебило бортовую кабельную сеть, повредило соседние двигатели и телеметрическое оборудование. Начала разрушаться нижняя часть ступени. Через 0,5 с после команды "контакт подъема" система КОРД начала выключать ЖРД №№ 7,8, 19 и 20; на девятой секунде - двигатель № 21 (противоположный ЖРД № 9). Еще через пару секунд были отключены все двигатели, кроме ЖРД № 18, который продолжал работать.
Ракета Р-9 - с доводкой ее двигателя было много хлопот
- Не успев из-за разрушения силовой кабельной сети отработать команду разворота на курс, ракета, поднимавшаяся практически вертикально, достигла высоты около 200 м, затем также вертикально стала падать на стартовый стол. На 15-й секунде полета сработала система аварийного спасения спускаемого аппарата беспилотного корабля 7К-Л 1С, входившего в состав головного блока ракеты. Единственный работающий ЖРД постепенно разворачивал носитель вокруг оси, и после 23-секундного "полета" ракета почти плашмя упала на старт и взорвалась. Она разрушила стартовое сооружение № 1, полностью уничтожила поворотную башню обслуживания, серьезно повредила подземные помещения стартового комплекса. Обломки носителя разбросало в радиусе 1 км... Теперь вернемся к истории этих эпизодов.
- До запуска первого искусственного спутника Земли Сергей Павлович Королев задумывался над способами увеличения массы аппаратов, выводимых на околоземные орбиты или на траекторию полета к планетам. Наиболее очевидным путем казалось создание мощных средств выведения - ракет-носителей (РН). С 1956-го в ОКП-1, возглавляемом им, велись предварительные работы над проектами. Первые предложения представили на совещании главных конструкторов 15 июля 1957 г. Там приняли решение о необходимости развития работ в этом направлении.
- В марте 1960-го Королев доложил руководству отрасли и другим главным конструкторам о том, что в ОКБ-1 подготовлены материалы по тяжелой РН. 23 июня 1960-го вышло первое постановление правительства о начале работ, 13 мая 1961-го - второе, а 13 апреля 1962-го-третье, существенно отличающееся от предыдущих. В нем предлагалось ограничиться лишь разработкой эскизного проекта и всесторонней оценкой вариантов и затрат на их реализацию.
- Опираясь на первое постановление, Королев 1 октября 1960 г. выдал главным конструкторам техническое задание (ТЗ) на разработку двигателей с очень высокими рабочими характеристиками для ступеней будущей РН, построенных по замкнутой схеме, с большим давлением в камере сгорания, высоким удельным импульсом и небольшой массой. В создании ЖРД большой тяги для Н-1 ему могли помочь конструкторы ракетных двигателей В.П.Глушко (г.Химки), А.М.Исаев (г.Калининград) и С.А.Косберг (г. Воронеж). (Кстати, конец 50-х - начало 60-х годов характеризовались выдающимися успехами советской ракетно-космической техники. Но политическое руководство страны оттеснило авиацию на второй план, поспешило закрыть или перепрофилировать ряд ее предприятий. Моторостроительные КБ оставались без заказов).
Ракета-носитель Н-1 на стартовой позиции
- После получения лично от Н.С.Хрущева задания о загрузке авиационных КБ, Королев выбрал для сотрудничества фирму Николая Дмитриевича Кузнецова (г. Куйбышев), которая занималась разработкой и производством мощных реактивных и винтовых газотурбинных двигателей. На решение о кооперации повлияло и соседство с филиалом № 1 ОКБ Королева и заводом "Прогресс", где изготавливались ракеты Р-7.
- К марту 1961-го два ракетных - В.Глушко и А.Исаев, и два авиационных - Н.Кузнецов и А.Люлька - конструктора двигателей изъявили желание принять участие в разработках для Н-1 и подписали согласованное ТЗ.
- Незадолго до этого по заданию Глушко в Государственном институте прикладной химии (ГИПХ) было синтезировано новое горючее - несимметричный диметилгидразин (НДМГ или "гептил"), которое в паре с кислородом обещало более высокие энергетические характеристики, чем керосин. Кроме того, новое горючее самовоспламенялось в паре с азотной кислотой или с азотным тетроксидом (АТ). По расчетам Глушко, оно со временем должно на всех ступенях ракет вытеснить остальные типы. Ориентируясь на НДМГ, конструктор взялся за разработку ЖРД для первой и второй ступеней Н-1. В его двигателях новое горючее могло работать в паре с кислородом или АТ.
- Личное знакомство Королева и Кузнецова состоялось, по-видимому, в 1956-1957 годах. Через год кузнецовское ОКБ при сотрудничестве со специалистами ОКБ А.Люльки, которые уже имели определенный опыт экспериментальных работ в области ЖРД, начало разработку кислородно-керосинового двигателя НК-9 для межконтинентальной ракеты Р-9 конструкции ОКБ-1.
- НК-9 отличался прогрессивной замкнутой схемой и высокими характеристиками, подтвержденными в ходе наземных стендовых испытаний. Однако под сильным нажимом Глушко на первую Р-9 установили его двигатель РД-111. Основной довод: наличие у химкинского ОКБ большого опыта создания мощных ЖРД (?).
- Опираясь на опыт создания НК-9, Кузнецов согласился спроектировать кислородно-керосиновые ЖРД для второй ступени Н-1. Для третьей ступени мог использоваться несколько видоизмененный высотный вариант НК-9.
- Исаев и Люлька взялись разработать кислородно-водородные ЖРД для верхних ступеней и разгонных блоков перспективных вариантов Н-1.
Одно из оригинальных решений для ракеты Н-1: на ее первой ступени были установлены четыре таких решетчатых стабилизатора
- Как видим, "области определения" конструкторов-двигателистов во многом перекрывали друг друга. В этом была своя логика: Королев прекрасно осознавал степень риска и стремился подстраховаться от всяческих неожиданностей, которые в избытке встречались ранее.
- Уже во время первой серьезной работы ОКБ Глушко с новым синтетическим горючим, при разработке двигателя ГДУ-10 для третьей ступени носителя на базе первой отечественной МБР - знаменитой королевской "семерки", из-за ряда трудностей отработка ЖРД затягивалась. Создание трехступенчатой ракеты было бы сорвано, если бы Королев не поручил параллельную разработку необходимого двигателя на кислороде и керосине одному из отделов своего ОКБ. Сделанный на базе камеры сгорания разработки С.Мельникова и турбонасоса С.Косберга двигатель РО-7 позволил уже 23 сентября 1958 г. осуществить первую в СССР попытку запуска космического аппарата к Луне. 2 января 1959-го стартовала "Луна-1", 12 апреля 1961 г. - Ю.А.Гагарин (носитель назвали "Восток").
- Работа в ГДЛ-ОКБ по топливной паре "кислород-НДМГ", проходившие с серьезными трудностями и большим отставанием от первоначального графика, закончились созданием двигателя РД-119, который был установлен на второй ступени РН "Космос" разработки М.К.Янгеля (первая попытка запуска - 27 октября 1961 г. Так Янгель спас лицо Глушко, взяв его "беспризорный" двигатель, а Глушко помог Янгелю "выйти в космос").
- В эскизном проекте список объектов, которые будут запускаться с помощью Н-1, четко не оговаривался. Предполагалось использовать ракету для исследования и освоения околоземного и дальнего космоса, полетов к Луне, Венере и Марсу. Исходя из возможно более широкого круга задач, Н-1 проектировался как универсальный носитель.
Ракета Н-1
А - схема окраски ракеты носителя Н-1 3л (слева направо вид на первую, вторую, третью и четвертую плоскости; заштрихованные участки - темно-зеленый цвет, незаштрихованные - белый).
Б - третья ступень (блок В) ракеты-носителя Н-1 3л с полезным группы без хвостовой юбки и головного обтекателя; 1 - спускаемый аппарат беспилотного корабля 7К-Л1С, 2 - переходник, 3 - разгонный блок "Г".
В - вторая ступень (блок Б) ракеты-носителя Н-1 3л с ферменным переходником и без хвостовой юбки: 4 - сферический бак горючего.
Г - хвостовой отсек первой ступени (блока А) ракеты-носителя Н-1 3л: 5 - донная теплозащита.
Д - верхняя часть первой ступени (блока А) ракеты-носителя Н-1 3л: 6 - сферический бак горючего.
- Прежде чем принять окончательную схему носителя, проектанты оценили более 60 различных вариантов, от полиблочных до моноблочных как последовательного, так и параллельного деления ракеты на ступени. Для каждого из рассматриваемых вариантов проводился всесторонний анализ его преимуществ и недостатков, включая технико-экономическое обоснование.
- В ходе предварительных исследований полиблочная схема с параллельным делением на ступени, опробованная на "семерке", позволяющая транспортировать по железной дороге готовые элементы ракеты (баки, двигательные установки и т.п.) с завода-изготовителя на космодром с последующей ускоренной сборкой, проверкой и запуском, была отвергнута по причине неоптимальности массовых затрат и дополнительных механических, гидро-, пневмо- и электросвязей между блоками.
- Моноблочная схема вышла на передний план после того, как было решено использовать ЖРД с преднасосами, позволяющими уменьшить давление газа наддува и снизить толщину стенок (а, следовательно, и массу) баков.
- Проект Н-1 был во многом необычен, однако основными его отличительными чертами стала оригинальная схема со сферическими подвесными баками и несущей внешней обшивкой, подкрепленной силовым набором (самолетная схема типа "полумонокок"), а также кольцевое расположение ЖРД на каждой ступени. Благодаря этому применительно к первой ступени при старте и подъеме ракеты воздух из окружающей атмосферы эжектировался выхлопными струями ЖРД во внутреннее пространство под баком. Образовался как бы огромный воздушно-реактивный двигатель, который включал в себя всю нижнюю конструкцию первой ступени. Даже без воздушного дожигания выхлопа ЖРД (а в истекающей струе двигателей всегда имеется избыток горючего, который будет при этом догорать) такая схема давала ощутимую прибавку тяги, увеличивая эффективность РН.
- Ступени Н-1 соединялись между собой переходными фермами, через которые могли свободно истекать газы при горячем запуске двигателей следующих ступеней. Управление РН по каналам курса и тангажа должно было осуществляться путем рассогласования тяги противоположных ЖРД, а по каналу крена - с помощью управляющих сопел, в которые подавался газ, отводимый после турбонасосных агрегатов (ТНА).
Ракета-носитель УР-500К «Протон», на которую пошел РД-253
- Из-за невозможности транспортировки ступеней Н-1 по железной дороге проектанты предлагали внешнюю оболочку ракеты сделать разъемной, а топливные баки изготавливать из листовых заготовок ("лепестков") непосредственно на технической позиции космодрома.
- Эта идея первоначально не укладывалась в голове, и экспертная комиссия, приняв эскизный проект Н-1, защита которого проходила со 2 по 16 июля 1962 г., рекомендовала дополнительно проработать вопросы транспортировки ступеней в собранном виде, например, с помощью дирижабля.
- При защите эскизного проекта было представлено два варианта носителя: с использованием в качестве окислителя жидкого кислорода или АТ. Предпочтительным считался первый вариант, второй рассматривался на всякий случай. Он подразумевал, что характеристики РН при использовании топлива АТ-НДМГ будут ниже, чем у кислородного варианта.
Автор статьи у двигателя НК-33 (модифицированный многоразовый вариант НК-15) первой ступени ракеты Н-1
- В стоимостном выражении разработка первого варианта также представлялась значительно дешевле. Объективно демонстрируя оба варианта, представители ОКБ-1, тем не менее, указывали на то, что в случае возникновения аварийной ситуации кислородный вариант носителя, по их мнению, будет безопаснее, чем вариант с окислителем на основе АТ. При этом они постоянно помнили о катастрофе на старте в октябре 1960-го ракеты Р-16 Янгеля, работавшей на самовоспламеняющихся токсичных компонентах.
- Справедливости ради следует заметить, что первопричина аварии Р-16 не была напрямую связана с типом применяющегося топлива. Более того, самовоспламеняющиеся компоненты при авариях подобного рода приводят чаще всего к пожару, который еще можно локализовать, а несамовоспламеняющееся топливо на основе жидкого кислорода в случае его утечки образует смесь, приводящую к взрывам большой разрушительной силы.
- Период эскизного проектирования Н-1 совпал с отработкой ракеты Р-9. С двигателем РД-111 у глушковцев возникало множество проблем, что привело к затягиванию испытаний МБР почти на два года. Специалисты ОКБ казались поставленными в тупик высокочастотными колебаниями и неустойчивостью рабочего процесса в камере сгорания. У них сложилось впечатление, что сделать однокамерный ЖРД тягой свыше 100 тс на кислороде чрезвычайно затруднительно.
- По мнению Глушко, создание двигателя необходимой размерности на кислороде могло затянуться, натолкнувшись на проблемы пульсационного горения и защиты стенок камеры и сопла от перегрева. В свою очередь, применение долгохранимых компонентов, дающих в камере ЖРД устойчивое горение с температурой на 280 - 580 град. С ниже, чем кислородное топливо, позволит ускорить отработку двигателя. Кроме того, ЖРД на самовоспламеняющейся паре АТ-НДМГ получался конструктивно проще.
- Опасения Глушко разделял Исаев, который также скептически относился к возможности создания в кратчайшие сроки мощного кислородного ЖРД. Но Королев не мог примириться с самым главным недостатком предлагаемых Глушко двигателей - их невысоким удельным импульсом, свойственным долгохранимым топливам, который приводил к снижению грузоподъемности ракеты или увеличению ее стартовой массы и удорожанию всей программы вследствие высокой стоимости компонентов топлива.
- Оценивая доводы Глушко, Королев писал в докладной записке на имя руководителя экспертной комиссии следующее: "Вся аргументация о трудностях отработки кислородного двигателя основана на опыте ОКБ В. Глушко по работе с ЖРД открытой схемы. Следует особо подчеркнуть, что эти трудности не имеют никакого отношения к двигателям принятой для ракеты Н-1 замкнутой схемы, в которых окислитель поступает в камеру сгорания в горячем и газообразном состоянии, а не в холодном и жидком, как при обычной, незамкнутой схеме. Действительно, при запуске двигателей замкнутой схемы имеет место тепловое воспламенение компонентов в камере сгорания за счет тепла горячего газообразного окислителя - кислорода или АТ. Такой метод запуска кислородно-керосинового двигателя замкнутой схемы экспериментально отработан в двигателях ОКБ-1 и принят для последней ступени РН "Молния", а также в ОКБ Н. Кузнецова при разработке кислородно-керосиновых двигателей НК-9В и НК-15В для ракеты Н-1".
НК-43 (модифицированный многоразовый вариант НК-15В) - самый мощный в мире высотный кислородно-керосиновый ЖРД: установлен на второй ступени ракеты Н-1
- В конце концов, Глушко отказался проектировать ЖРД на кислороде и НДМГ для Н-1 и начал полномасштабную разработку двигателя РД-253 на АТ-НДМГ. Примерно в это же время ОКБ другого главного конструктора - В.Н.Челомея - подготовило проект ракеты УР-500, трехступенчатая модификация которой получила лотом наименование "Протон". В.Челомей предложил использовать РД-253 на первой ступени своей ракеты. В.Глушко согласился, немного изменил компоновку вектора тяги.
- Экспертная комиссия под руководством М. В. Келдыша, рассмотрев варианты, рекомендовала к разработке ракету с кислородно-керосиновыми двигателями. Вариант с АТ-НДМГ отпал.
- 24 сентября 1962 г. было выпущено постановление о развертывании работ по ракете Н-1 стартовой массой 2400 т и массой полезной нагрузки 75 т. Создание двигателей всех трех ступеней поручили Кузнецову, хотя Королев понимал, с каким огромным риском связана такая разработка.
- До этого опыт проектирования ракет в ОКБ-1 сводился к созданию ДУ, состоящей либо из пяти четырехкамерных ЖРД (первая ступень МБР Р-7), либо из четырех однокамерных ЖРД (один из ранних вариантов первой ступени МБР Р-9). Ранние теоретические работы по многодвигательным ДУ практического применения так и не получили. В данном же случае, исходя из потребной стартовой тяги, необходимо было обеспечить согласованное функционирование установки из 24 единичных ЖРД, имеющих к тому же очень высокие параметры рабочих процессов. Логично бы создать мощную наземную экспериментальную базу для отработки сначала единичных двигателей, а затем и всей ДУ в целом. Однако ни денег, ни времени на стенд для комплексных испытаний первой ступени Н-1 не выделили. Оказавшись в трудном положении, Королев не нашел ничего лучшего, как предложить отрабатывать всю связку ЖРД первой ступени во время летных испытаний ракеты.
НК-31 (модифицированный многоразовый вариант НК-9В) - ЖРД третьей ступени ракеты Н-1
- В многодвигательном варианте ракеты Н-1 Королев опирался, прежде всего, на концепцию повышения надежности ДУ путем отключения в полете дефектных ЖРД. Этот принцип нашел свое применение в системе контроля работы двигателей (КОРД), служившей для обнаружения и отсечки неисправных ЖРД.
- В случае отказа одного из двигателей первой ступени (блока "А") сигналы от датчиков системы КОРД после обработки поступали на клапаны, механически отсекающие подачу компонентов топлива в дефектный, а также диаметрально противоположный ему ЖРД. Имея 25-процентный запас по тяговооруженности, Н-1 могла продолжать полет при вышедших из строя (еще на старте) двух парах ЖРД. Оставшиеся двигатели должны были действовать далее при некотором увеличении тяги и времени работы (со 110 до 153 с). После отделения первой ступени система КОРД могла выключить также два дефектных двигателя второй (блока "Б") или один ЖРД третьей (блока "В") ступеней.
- Проектирование двигателя НК-15 для первой ступени Н-1 началось с выдачи уточненного ТЗ в 1962 г. Уже через год, несмотря на явный недостаток опыта создания ЖРД и удаленность стендовой базы, в ОКБ Кузнецова были принципиально решены вопросы функционирования двигателя и его агрегатов. Тогда же у Королева шла очень напряженная работа по оптимизации проекта Н-1, и несколько специалистов из Куйбышева, постоянно прикомандированные к ОКБ-1, днями и ночами занимались сопряжением двигателя и носителя, в компоновки которых вносились постоянные изменения.
- В 1963 - 1964 гг. в ОКБ Кузнецова изготовили и выставили в сборочном цеху полноразмерный макет НК-15.
- К марту 1964 г. был готов основной комплект конструкторской документации на Н-1; летно-конструкторские испытания (ЛКИ) планировалось начать в 1965 г. Однако работы оказались неподкрепленными ресурсами и финансированием. Сказалось отсутствие интереса к проекту со стороны основного заказчика ракетно-космической техники - Министерства обороны, так как круг задач и полезные нагрузки для Н-1 не были обозначены конкретно.
- Королев попытался заинтересовать в ней политическое руководство страны. Он предложил использовать Н-1 в лунной экспедиции. 3 августа 1964 г. вышло постановление "О работах по исследованию Луны и космического пространства". В нем обозначили новый срок начала ЛКИ ракеты Н-1 - 1967-1968 годы. С 1966 по 1968 г. предполагалось изготовить 16 носителей Н-1, Решили осуществить полет двух космонавтов на орбите вокруг Луны с высадкой одного на поверхность и возвращением обоих на Землю. Масса полезного груза, необходимого для выведения на орбиту ИСЗ, с которой начиналась экспедиция, в этом случае составляла 90-100т. Стали искать решения, обеспечивающие увеличение грузоподъемности Н-1 до потребной величины без коренных изменений эскизного проекта. Среди них - снижение высоты опорной орбиты, изменение азимута пуска, установка дополнительных шести ЖРД в центральной части днища блока "А", увеличение заправки баков (долив топлива) путем переохлаждения горючего и окислителя, а впоследствии установки цилиндрических вставок в экваториальной части баков. Грузоподъемность Н-1 увеличили до 92-95 т при возрастании стартовой массы до 2800 - 2900 т, Эскизный проект ракетно-космической системы Н-1 - Л-3 для выполнения лунной экспедиции Королев подписал 25 декабря 1964 г.
- В 1965 г. схема претерпела изменение: от эжекции отказались, проток воздуха закрыли, введя специальный хвостовой отсек. Отличительной чертой Н-1 стала уникальная для наших РН того времени массовая отдача по полезному грузу. На это работали несущая схема (баки и каркас не образовали единого целого), сравнительно малая плотность компоновки из-за огромных сферических баков вели к уменьшению полезного груза. С другой стороны, исключительно малая удельная масса баков, чрезвычайно высокие характеристики двигателей и уникальные конструктивные решения позволяли увеличить ее.
- Как обстояли дела в США? Начальник отдела испытаний проекта "Сатурн-5" - "Аполлон" К. Мюллер смог доказать, что для успешного решения задачи существует только один путь: полная наземная отработка всей системы во всех возможных штатных и нештатных ситуациях. Он костьми лег за то, чтобы 2/3 отпущенных на проект средств вложить в создание стендов для отработки и добился положительного результата: фактически все пуски "Сатурна-5" оказались успешными.
- У нас такого человека, к сожалению, не нашлось. Вся методика отработки изделий ОКБ-1 базировалась на том, чтобы равномерно разнести этот процесс между стендовыми и летными испытаниями. Да и сам Королев предпочитал отрабатывать свои объекты в полете. Для небольших сравнительно несложных ракет этот принцип мог быть с успехом применен. Но на совершенно ином уровне сложности ни Королеву, ни его сторонникам не удалось добиться положительного решения о постройке стендов для комплексного испытания снаряженной первой ступени, хотя вторая и третья к лету 1968 г. были полностью испытаны на земле.
- Уникальная схема Н-1, все ступени которой конструктивно подобны, позволила перенести результаты испытаний второй ступени на первую. Возможные нештатные ситуации, которые "не ловились" на земле, предполагалось проверить в полете.
- С конца 1963 г. ОКБ Кузнецова приступило к доводке, а с сентября по декабрь 1967 г. - межведомственным испытаниям ЖРД всех ступеней Н-1. Разработка глушковского РД-253, создаваемого по сходной с НК-15 схеме, началась на два года раньше, и куйбышевские специалисты ознакомились со всей основной документацией по химкинским двигателям, ездили на фирму Глушко для обмена опытом.
- Простота РД-253, о которой как о признаке высокой надежности неоднократно говорил Глушко, не сразу далась сотрудникам его ОКБ. В первоначальном проекте РД-253 имел множество клапанов для регулировки процессов запуска и остановки. Начинающим инженером И.Клепиковым была проведена большая теоретическая работа, обосновывающая возможность применения минимального количества клапанов. Ведущий конструктор двигателя М.Гнесин поддержал новую схему, и после долгих споров с ортодоксами удалось убедить в этом В. Глушко.
- Имелся у РД-253 и пусковой пиростартер для первоначального привода ТНА. Однако во время одного из стендовых испытаний этого ЖРД после его выключения часть клапанов оказалась случайно открытой, компоненты самовоспламеняющегося топлива самотеком пошли в газогенератор, вызвав раскрутку ТНА и самозапуск всего двигателя. Так происходило на испытаниях несколько раз. Стало ясно, что можно обойтись и без пиростартера.
- Специалисты ОКБ Кузнецова из-за применения несамовоспламеняющегося топлива не пошли на создание ЖРД с самопуском. Тем не менее, имея большой опыт в области газотурбинных двигателей и высокую авиационную культуру производства, используя перспективные технические и технологические решения, им удалось сделать совершенный ЖРД. Это достигалось, прежде всего, более высокими, чем у РД-253, параметрами турбонасосного агрегата.
- ТНА двигателей НК-15 и НК-15В имел встроенные лопаточные преднасосы и автоматику управления с пиросвечами. Более старые НК-9 снабжались выносными преднасосами. Для увеличения ресурса и надежности применительно к П-1 эти двигатели, первоначально рассчитанные на более тяжелые режимы работы, были "расфорсированы". Выхлоп от пусковой турбины ЖРД всех ступеней Н-1 выводился с помощью отводного патрубка вниз, за срез сопла. Этот патрубок придал двигателям довольно экзотический вид: ЖРД замкнутой схемы, и вдруг снаружи сопла идет еще и выхлопной патрубок от ТНА.
- ЖРД первой и второй ступеней отличались только сопловыми насадками: вся их "шапка" (камера сгорания, ТНА, трубопроводы, агрегаты автоматики и проч.) была в основном аналогична.
- При стендовой отработке НК-15 отмечались случаи частичного (несквозного) прогара огневой стенки камеры сгорания или сопла, причем горение и оплавление стенки в зоне повреждения прекращались на определенной глубине, где наступало термодинамическое равновесие.
- Для испытаний на "живучесть" проводились прожоги ЖРД с искусственно внесенными повреждениями. Они подтвердили большие запасы прочности и работоспособности двигателей и их высокую надежность.
- Глушко внимательно следил за работами Кузнецова для Н-1. Перед запуском ЖРД в серию, во время огневых испытаний один из предсерийных образцов НК-15 "задымил". На объединенной комиссии главных конструкторов ЖРД под председательством Конопатова Глушко сказал по этому по воду: "Вы сами видите, двигатель плохой. Он не годен для работы, а тем более для установки на такое ответственное изделие, как Н-1". Однако всем представителям комиссии стало ясно, что дефект НК-15 - чисто технологический. Вскоре он был устранен, и больше ни одной подобной аварии не случалось. Комиссия рекомендовала ЖРД к серийному производству.
- Программа создания тяжелой ракеты Н-1, возглавленная после смерти Королева в январе 1966 г. его первым заместителем В.П.Мишиным, к 1967 г. постепенно вышла на уровень начала летных испытаний. После огромного объема наземной отработки все агрегаты носителя были допущены к серийному производству. Для ЛКИ предполагалось изготовить 12 летных и два макетных экземпляра РН.
- Близились ЛКИ ракеты Н-1. К сожалению, по многим причинам сроки их проведения постоянно сдвигались "вправо", а время реализации лунной программы - "влево". Это, естественно, сказывалось на работах, которые в последней четверти 1960 годов приняли совершенно ненормальный темп. Тем не менее, предполагалось, проводя по пуску ракеты каждые три-четыре месяца, закончить летные испытания и перейти к плановой эксплуатации комплекса в 1972 - 1973 годах.
- Для изготовления баков, а также окончательной сборки Н-1 на космодроме Байконур построили целый завод - монтажно-испытательный корпус (МИК). Для ритмичной эксплуатации завода-МИКа, а также всего огромного стартового комплекса, включающею две пусковые площадки и техническую позицию, создали жилую зону. К началу 1967-го строительно-монтажные работы на стартовой позиции № 1 площадки 110 практически завершились, строительство позиции № 2 еще продолжалось.
- В феврале 1967 г. в Куйбышеве завод "Прогресс" изготовил компоненты первой партии летных экземпляров Н-1. После транспортировки на космодроме Байконур начались работы по сборке носителей. Первый технологический макет ракеты вывезли на стартовую позицию №1 25 ноября 1967 г. Три недели шла электрическая проверка сопряжения "борта" и "наземки", а также тренировки обслуживающего персонала стартового комплекса, после чего 12 декабря 1967 г. макет возвратили на техническую позицию.
- 7 мая 1068 г. на стартовой позиции N 1 уже стоял первый летный экземпляр (изделие 3л) ракеты Н-1. Подготовка носителя к старту прервалась после тот, как в конструкции блока "А" были обнаружены трещины, образовавшиеся предположительно при установке полезного груза на ракету. Носитель вернули в МИК и приступили к ремонту.
- В ноябре 1968 г. экземпляр 3л вновь установили на стартовый стол, но через некоторое время заменили на макет для продолжения тренировки персонала и испытаний наземного оборудования. В середине января 1969 г. началась, наконец, завершающая стадия подготовки Н-1 к пуску - предстартовый цикл длительностью 28 суток.
- Теперь вернемся к авариям, с которых начат рассказ. Комиссия выяснила следующее: еще при стендовой отработке зарегистрирована восприимчивость НК -15 к попаданию крупных (десятки мм) металлических предметов в насос окислителя, которые приводили к повреждению крыльчатки, возгоранию и взрыву насоса; мелкие металлические предметы (стружка, опилки и т.п.), сгорающие в газогенераторе, приводили к разрушению лопаток турбины. Неметаллические предметы (резина, ветошь и пр.), попавшие на вход ТНА, остановки двигателя не вызывали. Экземпляр 5л относился к первой партии летных изделий, в которой не предусматривалась установка фильтров на входе в насосы. Их должны были поставить на двигатели всех ракет, начиная с носителя 8л, который предполагалось использовать при пятом пуске.
- Надежность ЖРД показалась самому Кузнецову недостаточной. С июля 1970-го в ОКБ начали создаваться качественно новые двигатели фактически в многоразовом исполнении и со значительно увеличенным ресурсом. Однако они были готовы только к концу 1972-го, а летные испытания предполагалось до этого времени продолжать на ракетах со старыми ЖРД, контроль над которыми повысили.
- Из-за повреждения стартового комплекса и замедления темпов работ подготовка третьего летного испытания затянулась на два года. Только в воскресенье 27 июня 1971 г. ракета 6л стартовала в 2 ч 15 мин 7 с по московскому времени со второго, недавно построенного, стартового сооружения площадки 110 космодрома Байконур. Все двигатели работали устойчиво. С момента отрыва телеметрия зафиксировала ненормальную работу системы управления по крену: уже к 8-й секунде полета на высоте около 250 м рулевые сопла встали на упоры, так и не сумев парировать возмущение по крену, которое все время увеличивалось и к 15-й секунде достигло 14 град. Скорость и угол поворота постоянно возрастали.
- Начиная с 39-й секунды система управления была не в состоянии стабилизировать носитель по осям. На 48-й секунде из-за выхода на закритические углы атаки началось разрушение РН в области стыка блока "В" и головного обтекателя. Головной блок отделился от ракеты и, разрушаясь, упал невдалеке от старта. "Обезглавленный" носитель продолжал неуправляемый полет. На 51-й секунде, когда угол поворота по крену достиг 200 град., по команде от концевых контактов гироплатформы выключились все двигатели блока "А". Продолжая разрушаться в воздухе, ракета летела еще некоторое время и упала в 20 км от старта, оставив на земле воронку диаметром 30 м и глубиной 15 м. Обломки носителя 6л рассеялись по территории в несколько квадратных километров.
- Несмотря на то, что основное слабое место Н-1 - ДУ блока "А" - в этом случае себя никак не проявила, авария показала необходимость существенной модификации ракеты еще до поступления новой партии носителей. 7л, подготавливаемая к пуску, значительно отличалась от предшественниц. Были улучшены ее аэродинамические характеристики путем уменьшения площади днища блока "А" и введения заостренных таргротов обтекателей трубопроводов вместо закругленных. Управление полетом осуществляла новая система с гиростабилзированной платформой. Для улучшения управляемости по каналу крена на первой и второй ступенях этого экземпляра вместо выхлопных сопел были установлены рулевые ЖРД. "Кислый" газ после турбин и керосин после насосов отбирались от основных ЖРД и шли в камеру сгорания рулевых двигателей по "гибким шлангам" трубопроводам высокого давления типа сильфонов, и коллекторам. Предполагаемая поставка основных ЖРД в многоразовом исполнении к сроку не поспевала, и летное испытание проводились на старых одноразовых двигателях.
- И вот, 23 ноября 1972 г., через 17 месяцев после неудачной третьей попытки состоялась очередная. Экземпляр 7л стартовал с позиции №2 в 9 ч 11 мин 52 с по московскому времени. Для сторонних наблюдателей вплоть до 107-й секунды полет проходил успешно. Двигатели работали устойчиво, все параметры ракеты были в пределах нормы. Но некоторые причины для беспокойства появились на 104-й секунде. Им даже не успели придать значение: через 3 с в хвостовом отсеке блока "А" сильный взрыв разметал всю периферийную двигательную установку и уничтожил нижнюю часть сферического бака окислителя. Ракета взорвалась и рассыпалась в воздухе на куски.
- О причинах катастрофы ракеты 7л до сих пор однозначного ответа нет. По официальной версии ОКБ-1, зафиксированной в заключении аварийной комиссии, все произошло в результате повреждений в хвостовом отсеке блока "А", вызванных разрушением двигателя №4 из-за разгара насоса окислителя (как во втором пуске). ОКБ Кузнецова не согласилось с этими заключениями. По утверждению главного конструктора Куйбышевского (Самарского) научно-производственного предприятия (НПП) " Труд" В.Орлова, авария произошла из-за разрушения трубопровода диаметром 250 мм, подающего кислород к ЖРД №4, вследствие гидравлического удара, вызванного "пушечным" отключением ЦДУ: 6 центральных двигателей Н-1, согласно циклограмме запуска, через 80 - 90 с после старта отключаются для уменьшения перегрузок при выведении и экономии топлива.
- Четыре неудачных пуска и особенно авария ракеты 7л угнетающе подействовали на лиц в руководстве отрасли. Но сами исполнители программы не унывали. Они понимали: все закономерно, ракета учится летать, аварии неизбежны. В носителе 8л разработчики постарались учесть все полученные ранее результаты летных испытаний. Ракета значительно потяжелела, но у ее создателей не было никаких сомнений в том, что взрывов и пожаров блока "А" уже не будет и пятая попытка решит задачу полета беспилотной экспедиции Л-3 по упрощенной схеме без посадки на лунную поверхность.
- К началу 1974-го ракета 8л была собрана. На всех ее ступенях начался монтаж новых, многоразовых ЖРД. Так, двигатель НК-33 блока "А" представлял собой модернизированный вариант НК-15 с существенно повышенной надежностью и работоспособностью. Он мог испытываться многократно без съема со стенда и переборки, а после этого - устанавливаться на летный экземпляр носителя. Пневмогидравлическую схему частично усовершенствовали и упростили: количество элементов пироавтоматики уменьшилось с 12 до 7. Безаварийная наземная отработка всех ЖРД давала уверенность в успешном пятом пуске ракеты, намеченном на IV квартал 1974 г.
- После аварийного пуска ракеты 7л руководству отрасли удалось привлечь для работы над Н-1 ОКБ В.Глушко и С.Косберга. В ОКБ последнего к тому времени был разработан проект мощного ЖРД тягой 250 тс, работающего на топливе АТ-НДМГ. Воронежские двигателисты брались переделать этот ЖРД под кислород и керосин. Но "лунную гонку" проиграли, политический интерес к Н-1 упал, а военные так и не решили, нужно ли им это изделие.
- В ОКБ Глушко создали специальную группу, предлагавшую различные методы повышения надежности Н-1. Так, в частности, в очередной раз всплыл проект оснащения блоков "А" и "Б" вариантом двигателя РД-253. Однако ракета с такими ЖРД сильно проигрывала в грузоподъемности, а ее надежность после установки на первых ступенях большого числа даже испытанных в полете двигателей вызвала сомнения и у самого Глушко. Он пытался предложить для Н-1 новые двигатели. Группа перспективных разработок его ОКБ (руководитель С. Агафонов) работала над проектом огромного ЖРД тягой около 5000 тс с кольцевой камерой сгорания и соплом внешнего расширения с центральным телом. Такой двигатель мог быть установлен на блоке "А". Однако его разработка и в наши дни представляется весьма проблематичной.
- Снятие академика В.Мишина с поста руководителя ОКБ-1 и назначение на его место в мае 1974 г. В.Глушко, неожиданное для многих, привело к тому, что работы по Н-1 во вновь образованном НПО "Энергия" в кратчайший срок полностью свернули. Официальным (формальным) поводом закрытия проекта стало "отсутствие тяжелых полезных нагрузок, соответствующих грузоподъемности носителя". В 1976 г. предприятие переключилось на создание новой ракетно-космической системы "Энергия" - "Буран" - стратегическая альтернатива американскому кораблю "Спейс Шаттл". Для "Энергии" новый руководитель предприятия, еще работая в Химках, начинал разрабатывать мощный чегырехкамерный двигатель РД-170 тягой более 700 тс. По его мнению, нужда в ракете Н-1 отпадала. А значит, не стало необходимости в сотрудничестве с куйбышевским двигателестроительным ОКБ Кузнецова.
Двигатели НК-43 на складе самарского НПП «Труд»
- Кузнецов не смирился с отстранением его от работ по ЖРД и продолжил стендовые испытания своих двигателей. Наземные испытания велись в 1974-1976 годах вплоть до января 1977 г. по новой программе, требующей подтверждения работоспособности каждого ЖРД в течение 600 с. Однако обычно огневые испытания одиночных двигателей в ОКБ продолжались 1200 с. Сорок ЖРД проработали от 7000 до 14 000 с, а один НК-33 - 20 360 с. На складах НПП "Труд" по нынешний лень хранится 94 двигателя блоков "А", "Б", "В" и "Г" ракеты Н-1. Кроме "товарных" ЖРД, имеются 50 - 60 экспериментально-испытательных. Они могут быть использованы в дополнительных разработках. Все готовы к применению и включению без съема со стенда, по крайней мере, 15 раз.
- После возникновения трудностей при разработке РД-170 был предложен вариант установки на новый носитель связки форсированных двигателей НК-33, тем более, что некоторые образцы этих ЖРД на стенде при незначительных переделках ТНА развивали тягу до 205-207 тс, то есть попадали совсем в другой класс тяги. Применяя ЖРД Кузнецова вместо двигателей Глушко, можно было получить легкую ДУ, в десятки раз более дешевую и простую, чем РД-170. Естественно, Глушко на это не пошел. При его непосредственном участии приказом Совмина все работы по мощным ЖРД не только в ОКБ Кузнецова, но и вообще в МАПе СССР прекратили, а часть испытательного оборудования Куйбышевского ОКБ передали в МОМ.
РД-170 разработки ОКБ В.П.Глушко - самый мощный в мире кислородно-керосиновый ЖРД
- По мнению многих специалистов, программу тяжелого носителя закрыли совершенно необоснованно. Отнюдь не двигатели повинны в этом: ЖРД Кузнецова, созданные более 20 лет назад, по-прежнему остаются в ряду самых выдающихся образцов техники мирового класса.
- И, конечно, не на голом месте ОКБ-1 впоследствии добилось первого же удачного пуска новой ракетно-космической системы "Энергия".
Афанасьев И., чертежи А.Шлядинского.
Крылья Родины, 1993, №№ 9-11.
Размещено с разрешения автора.
Компьютерная обработка AVV.
Назад