Вячеслав Рахманин

О «НЕМЕЦКОМ СЛЕДЕ»
В ИСТОРИИ ОТЕЧЕСТВЕННОГО РАКЕТОСТРОЕНИЯ

© Вячеслав Рахманин, 2005
© Ж-л «Двигатель», 2005
Наш адрес: ruzhany@narod.ru

Воспроизведенная на советских заводах под индексом 8А11 или Р-1 ракета А-4 была принята на вооружение Советской Армии постановлением Совмина СССР от 25.11.1950 г. Указывая на промышленное воспроизводство ракеты А-4, следует еще раз обратить внимание на то, что в серийном варианте в конструкцию и технологию изготовления 8А11 был внесен ряд изменений, сделавших ракету более надежной по сравнению с ее немецким прототипом. Напомним, что изготавливавшиеся в Германии во время войны ракеты А-4 имели большое количество конструкторских недоработок и производственных дефектов, приводивших к аварийным исходам пусков ракет, как на стартовой позиции, так и в процессе полета к цели. Об этом нашим специалистом стало известно еще в 1945 г., когда они начали знакомиться с трофейной техникой в Германии. Позднее, в 1947 г. в «Заметках по трофейной технике» С.П. Королев писал, что «ракета А-4 не была доведена немцами до того уровня совершенства, который требуется от образца, находящегося на вооружении».

Понимали это и немецкие конструкторы и вели расчетно-экспериментальные работы, связанные с дальнейшим совершенствованием ракет А-4. Часть этих материалов попала к нашим специалистам, и они постарались в полной мере воспользоваться опытом недавних противников наряду с собственными научно-техническими знаниями в ракетной технике при создании новой ракеты. Так, в представлении С.П. Королева у этой ракеты должны быть несущие топливные баки и отделяемая головная часть. Ревизия конструкции двигателя А-4, проведенная В.П. Глушко, показала возможность его форсирования по тяге без существенного изменения конструкции. Это подтвердилось, во-первых, найденным немецким техническим отчетом, во-вторых, произведенными расчетами в институте «Нордхаузен» с участием немецких специалистов и, в-третьих, экспериментальными пусками двигателей А-4 на стенде в Леестене на форсированных режимах, в ходе которых тяга доводилась до 32 тс.

Двигатель РД-103

Однако приступить к реализации плана создания новой ракеты помешали форс-мажорные обстоятельства. «Непреодолимой силой» стало появление правительственного постановления от 13.05.1946 г. о воспроизводстве точной копии ракеты А-4. И все же, от своей идеи создания на базе ракеты А-4 более совершенного варианта ни С.П. Королев, ни В.П. Глушко не отказались. В инициативном порядке, поддержанном руководством министерств вооружения и обороны, оба главных конструктора вели разработку эскизных проектов, и в апреле 1947 г. состоялась защита эскизного проекта ракеты Р-2. После доработки по высказанным замечаниям эскизный проект Р-2 в конце 1947 г. был окончательно утвержден и стал основанием для выпуска 14 апреля 1948 г. постановления Совмина СССР о разработке баллистической ракеты Р-2 с дальностью пуска 550…600 км.

Для получения такой дальности действия необходимо было иметь тягу не менее 37 тс, т.е. почти в 1,5 раза больше, чем у двигателя РД-100 ракеты Р-1. Уже отмечалось, что к этому времени был накоплен опыт форсирования двигателя А-4 по тяге до 32 тc без каких-либо изменений конструкции. Однако такое форсирование двигателя приводило к существенному снижению его работоспособности и надежности — камера двигателя преждевременно прогорала. В связи с этим конструкторы ОКБ-456 ввели в двигатель ряд изменений, позволивших обеспечить как требуемую тягу и удельный импульс (37 тс и 210 кгс?с/кг у поверхности земли), так и надежность работы в пределах рабочего ресурса. К наиболее существенным изменениям следует отнести применение 92-процентного этилового спирта вместо 75-процентного в РД-100, увеличение давления в камере с 16 до 21 атм, повышение частоты вращения ротора ТНА, введение твердого катализатора для разложения перекиси водорода вместо жидкого, что привело к сокращению его массы с 14 кг до 3 кг, сокращение числа агрегатов автоматики с 26 до 20. Значительные изменения были внесены в конструкцию камеры сгорания.

В марте 1948 г., еще до подписания правительственного постановления, конструкторы ОКБ-456 приступили к выпуску чертежной документации нового двигателя РД-101. К этим работам решили не привлекать немецких специалистов, находившихся в ОКБ. Однако немцы, мотивируя использованием при разработке РД-101 материалов, которые были получены с их участием в институте «Нордхаузен» в 1945-1946 гг., настоятельно высказывали желание о допуске их к разработке технической документации. Номинальный лидер группы немецких специалистов Освальд Путце по этому поводу дважды обращался к В.П. Глушко, но принятое решение об отстранении немцев осталось в силе.

Первое стендовое огневое испытание двигателя РД-101 состоялось 26 августа 1948 г. Наземная отработка двигателя продолжалась до сентября 1949 г., летные испытания в составе ракеты Р-2 начались 25 сентября 1949 г. и проводились в несколько этапов до середины 1952 г. Длительность летной отработки ракеты явилась следствием доводки в натурных условиях многочисленных технических новинок, внесенных практически во все ракетные системы.

Так, в процессе летно-конструкторской отработки ракеты Р-2 были окончательно исключены случавшиеся в момент зажигания топлива в камере двигателя «хлопки», которые приводили к отключению двигателя. Было введено жидкостное зажигательное устройство. Кроме отработки работоспособности ракетных систем в процессе летно-конструкторских испытаний проводилось обучение армейских боевых расчетов навыкам подготовки и пусков ракет. В ноябре 1952 г. ракета Р-2 (по классификатору министерства обороны — 8Ж38) была принята на вооружение Советской Армии.

Создание ракеты Р-2 стало новым этапом в отечественном ракетостроении. Однако появление этого нового вида вооружения неоднозначно было воспринято в среде военачальников. Рядом боевых генералов, на основании негативного опыта применения ракет А-4 Германией, полностью отвергалась целесообразность использования в боевых операциях такого рода ракетного вооружения. Авиационные специалисты, как военные, так и гражданские, небезосновательно утверждали, что ракеты Р-1 и Р-2 с их ограниченной дальностью действия и большим разбросом точек падения боевых зарядов не выдерживали конкуренции с бомбардировочной авиацией.

Двигатель РД-110

Другая часть военных, положительно воспринявшая боевые ракеты дальнего действия в качестве нового вида наступательного оружия, указывала на недопустимо низкую боеготовность «кислородных» ракет. В период разработки двигателя РД-101 Главное артиллерийское управление (ГАУ) предложило ОКБ-456 разработать для Р-2 двигатель на высококипящих компонентах топлива длительного хранения, таких как азотная кислота и керосин. Предложение вызвало длительную переписку между ОКБ-456 и НИИ министерства обороны. Точку в этой полемике поставил В.П. Глушко, обстоятельно показав, что в случае применения предлагавшегося ГАУ топлива потребовались бы разработка совершенно другого ЖРД, новых транспортных средств для доставки компонентов топлива и создание другой технической инфраструктуры на стартовых позициях. В условиях послевоенной разрухи государству было не по силам осуществить такой резкий поворот в направлении развития ракетной техники. Признав правильность постановки военными вопроса о переводе боевых ракет на высококипящее топливо, руководство страны и отрасли приняло решение отодвинуть реализацию их предложений на более поздние сроки.

Увеличение дальности действия ракеты Р-2 вдвое по сравнению с немецкими ракетами А-4 и первыми советскими ракетами Р-1 на первый взгляд выглядело достаточно внушительно, однако на деле максимальная дальность в 600 км мало чего давала для стратегии ведения современной войны. В этой связи ракету Р-2 можно рассматривать только в качестве предварительного технического варианта, имевшего больше значение как демонстрация возможностей отечественных конструкторов, технологов и всей ракетной промышленности в деле разработки собственных образцов военной техники, пусть пока еще и с использованием иностранного прототипа.

Исходя из оборонной необходимости, советское правительство практически одновременно с началом работ по созданию ракеты Р-2 приняло постановление о разработке ракеты Р-3 дальностью действия 3000 км. Эта величина более чем в 10 раз превышала дальность действия ракеты А-4 и Р-1. Такая ракета, стартуя с боевых позиций в СССР, «накрывала» цели по всей Малой Азии. Это был военно-политический ответ на создававшиеся вдоль западных и южных границ СССР базы американских стратегических самолетов-носителей, оснащенных ядерными бомбами.

Обеспечение столь значительной дальности полета ракеты Р-3 потребовало решения ряда новых научно-технических задач, в том числе и в отношении двигательной установки. В этом случае обойтись только форсированием режимов работы и модернизацией немецкой конструкции двигателя не представлялось возможным. Оценивая конструктивные достоинства двигателя А-4, С.П. Королев еще на стадии работ по ракете Р-2 писал: «К сожалению, надо отметить, что камера этого двигателя довольно неудачно сконструирована, поэтому мы чрезвычайно связаны в вопросе увеличения удельной тяги». И далее: «На следующих машинах мы столкнемся с гораздо большими трудностями…» Увеличение дальности полета ракеты на порядок и связанные с этим научно-технические проблемы впечатляли, видимо, и представителей высших эшелонов власти. Иначе чем объяснить принятую в правительственном постановлении конкурсную разработку двигателей силами двух конструкторских коллективов: ОКБ-456 главного конструктора В.П. Глушко и НИИ-1 МАП главного конструктора А.И. Полярного (напомним, что А.И. Полярный в 1934-1939 гг. сотрудничал с Л.К. Корнеевым в КБ-7, расформированным в связи с отсутствием положительных результатов работы).

Приступив к формированию облика и технических характеристик ракеты Р-3, ОКБ-1 выдало техническое задание на разработку эскизных проектов двигателя. Предлагалось создание двигателя, в земных условиях обладавшего тягой не менее 120 тс при давлении газов в камере сгорания 60 атм и удельным импульсом тяги 240 кгс•с/кг (в пустоте).

Эти энергетические характеристики предполагали, что вместо спирта будет использовано более калорийное горючее. По расчетам, таким топливом могло стать сочетание жидкого кислорода с керосином. Однако керосин, создавая более высокую температуру при горении, по охлаждающим свойствам значительно хуже спирта, поэтому перед двигателистами вырастала проблема организации более совершенной и одновременно более экономичной системы охлаждения камеры, чем имевшаяся у двигателя А-4.

Необходимость обеспечения надежного охлаждения камеры нового двигателя являлась только одной из новых технических задач. Оценивая весь комплекс работ, В.П. Глушко в письме к руководству МАП так характеризовал предстоящую разработку: «Создание двигателя на 120…140 тс тяги связано с решением ряда проблем, которые находятся на границе посильного современной науке и технике». Учитывая это обстоятельство, конструкторы и расчетчики ОКБ-456 решили в новом двигателе объединить отечественные технические достижения в области ЖРД, накопленные в 30-40-х годах прошлого столетия, и хорошо освоенную немецкую конструкцию.

Ракеты Р-2, Р-3, Р-5

После ряда предварительных проработок остановились на схеме двигателя, аналогичной схеме двигателя ракеты Р-2. Что же касается отдельных элементов конструкции двигателя РД-110, представленных в эскизном проекте, то они выглядели следующим образом. Камера сгорания своей грушевидной формой напоминала камеру двигателя А-4. Перекись водорода для привода турбины подавалась в реактор насосом. Внедрялся и еще ряд технических новинок, способствовавших снижению массы и повышению работоспособности двигателя. Все эти технические новшества были уже либо апробированы, либо проходили экспериментальную отработку на модельных установках.

Эскизные проекты ракетных систем и ракеты Р-3 в целом были завершены к концу 1949 г., а 7 декабря состоялась их защита на НТС НИИ-88. Свои проектные разработки представляли главные конструкторы: по ракете в целом — С.П. Королев, по двигателям — В.П. Глушко и А.И. Полярный, по системе управления — Б.Н. Коноплев. Рецензировали проект А.А. Космодемьянский, Ю.А. Победоносцев, М.К. Тихонравов. Все рецензенты не только положительно оценили проект ракеты Р-3, но и отметили, что представленные материалы определяют дальнейшее научно-техническое направление в развитии ракетостроения в СССР.

Были, естественно, и критические замечания. Так, по эскизным проектам двигателей разработка отзывов была поручена А.М. Исаеву. Исповедовавший идею упрощенной и поэтому более технологичной конструкции камеры сгорания, А.М. Исаев в заключении по проекту, представленному ОКБ-456, указал: «В результате получилась конструкция, которую вопреки уверениям авторов невозможно признать технологичной и удобной для серийного производства». Однако впоследствии стало ясно, что талантливый конструктор ракетных двигателей в то время не разглядел перспективности предлагаемой конструкции камер сгорания.

Что касается технического облика и особенностей двигателя Д-2, выполненного в НИИ-1 под руководством А.И. Полярного, то, к сожалению, мне не представилось возможности ознакомиться с этим эскизным проектом. И все же причины выбора двигателя ОКБ-456 для ракеты Р-3 можно найти в докладе С.П. Королева: «Я только могу сказать, что А.И. Полярный, являющийся одним из старейших двигателистов, не имеет базы для работы, а ЦИАМ (в 1949 г. НИИ-1 МАП являлся филиалом ЦИАМ - прим. авт.) по своему профилю не желает этот двигатель строить...».

В ходе обсуждения эскизного проекта двигателя возник вопрос о выбранном топливе, в частности, о целесообразности использования в качестве окислителя жидкого кислорода. Приглашенный на заседание НТС НИИ-88 полковник А.Г. Мрыкин так сформулировал позицию Министерства обороны: «…жидкий кислород для ракеты Р-3 нас совершенно не устраивает».

Хотя и на этот раз требование министерства обороны осталось не реализованным, но было услышано и нашло свое отражение в решении НТС.

По совокупности представленных материалов и их техническому обоснованию НТС НИИ-88 принял решение утвердить эскизные проекты по ракете Р-3. В итоговом документе подчеркивалось, что «проектированию такой ракеты должны предшествовать достаточно широкие технические исследования, разработка новых методик в ряде областей и проведение значительных и основательно поставленных экспериментальных и конструкторских работ». Из перечня многочисленных мероприятий и технических предложений выделим три наиболее важных, поскольку они оказали существенное влияние на последующий этап в развитии отечественной ракетной техники: «— создание на основе существующих ракет (и ракет-моделей Р-3А) экспериментальных ракет; создание экспериментальных образцов двигателей; проведение научно-исследовательских и экспериментальных работ».

Реализуя намеченные планы, ОКБ-1 предложило в целях существенного сокращения сроков создания модельной ракеты Р-3А использовать ракету Р-2, введя в ее конструкцию в пределах технических возможностей новые решения. В соответствии с таким подходом двигателисты ОКБ-456 внедрили практически все намеченные новинки, исключая новую конструкцию камеры, т.к. для этого требовалось изготовить трудоемкую крупногабаритную технологическую оснастку и оборудование и провести длительную отработку технологии пайки стенок сопла и днищ смесительной головки с форсунками. Пришлось ограничиться форсированием «старой» конструкции камеры по тяге у земли до 40 тс, при этом удельный импульс тяги возрос до 215 кгс•с/кг. Такая энергетическая характеристика двигателя в сочетании с остальными нововведениями позволяла довести дальность полета экспериментальной ракеты Р-3А до 930 км, т.е. в более чем в полтора раза превысить дальность ракеты Р-2.

Такой итог воодушевил участников разработки. Опираясь на результаты расчетов и экспериментов, они пришли к выводам, что вместо модельной ракеты Р-3А можно создать новую боевую ракету с дальностью 1000…1100 км. Для этого практически все конструкторские решения были уже разработаны, длительной технологической подготовки не требовалось, в то время как указанная дальность полета новой ракеты обеспечивала досягаемость всех военных баз, расположенных вдоль границ СССР в Европе и Малой Азии. В этом случае ракета Р-3 становилась ненужной.

В дальнейшем разработка ракеты Р-3 была прекращена на стадии эскизного проекта. Однако созданный при ее проектировании научно-технический задел успешно реализовался в конструкции ракеты Р-5М, которая имела дальность действия 1200 км и была способна нести ядерную боеголовку.

В процессе разработки двигателя РД-103, предназначенного для ракеты Р-5М, практически было завершено использование немецких разработок ракетной техники в СССР. Все последующие мощные ЖРД для ракет военного и космического назначения разрабатывались с использованием отечественных достижений, начало которым было положено в 30-х годах ХХ века.