|
Иллюстрации добавлены редакцией сайта «Ружаны стратегические»
и отсутствовали в исходной публикации.
Роль ОКБ-1 и С.П.Королёва в создании
первых отечественных стратегических ракет
на твёрдом топливе
К концу 1950-х годов в США были развернуты широкомасштабные работы по созданию твердотопливных стратегических ракет «Поларис» (для подводных лодок) и «Минитмен» (наземного базирования). Несколько ранее в США были разработаны и приняты на вооружение межконтинентальные баллистические ракеты «Атлас» и «Титан» на жидком топливе.
Однако, по мнению ряда специалистов, жидкостные ракеты имели ряд принципиальных недостатков: относительно невысокую боеготовность; низкий уровень защищенности пусковых шахт ракет; крайне сложную систему эксплуатации и боевого управления комплексов с этими ракетами; трудность транспортирования ракет в заправленном состоянии; использование высокотоксичных компонентов и ряд других [1, с.43].
Особенно большое значение эти недостатки имели для ракет морского базирования. Поэтому в США уже на начальной стадии разработки атомных ракетоносцев был сделан однозначный выбор в пользу исключительного использования ракет на твердом топливе Кроме того, применение твердотопливных ракет позволяло создать мобильные железнодорожные и грунтовые комплексы. Все эти преимущества твердотопливных ракет вызвали определенный интерес военно-промышленного руководства нашей страны к разработке стратегических ракет на твердом топливе.
МБР Минитмен и БРПЛ Поларис |
По воспоминаниям И.Н.Садовского, в ОКБ-1 работы по созданию ракет на твердом топливе начались по существу с приезда в 1958 г. Ю.А.Победоносцева – давнего соратника С.П.Королева еще по работам в ГИРДе.
Следует отметить, что значительно раньше, еще в период пребывания Королева в Казани (1942 – 1945 гг.), т.е. во время Великой Отечественной войны, им были подготовлены предложения по созданию твердотопливных ракет дальнего действия [4,с.149-150]. В этих предложениях речь шла не только о конструкции ракет, но и о мерах организационного характера, обеспечивающих разворачивание работ по твердотопливным ракетам. При этом особое внимание Королев в этот период уделял вопросам разработки и изготовления пороховых шашек больших размеров (диаметром 280 мм и длиной 1500 мм).
Сергей Павлович прекрасно понимал перспективы ракетной техники, смотрел далеко вперед. Ему уже тогда было ясно, что не далеко то время, когда оборона страны будет определяться уровнем ракетной техники. Поэтому он принял план возобновления прерванных в 1938 г. работ по ракетам дальнего действия и предложил конкретные мероприятия по их разработке.
Ю.А.Победоносцев предложил начать работы по созданию стратегической твердотопливной ракеты (СТР) на дальность 2000-3000 км, используя пороховые заряды, изготовляемые по технологии проходного прессования. Основные технические проблемы создания стратегических твердотопливных ракет концентрировались на необходимости разработки высокоэффективных топлив и зарядов, обеспечивавших требуемые энергетические характеристики и возможность изготовления зарядов диаметром более 1 м, а также защиту корпуса двигателя и обеспечение работоспособности неохлаждаемых сопловых блоков в течении нескольких десятков секунд. И это в условиях действия высокотемпературных и высокоскоростных потоков продуктов сгорания, содержащих частицы К-фазы.
Королёв С.П. и Победоносцев Ю.А. после войны |
В США решение этих задач было найдено путем использования принципиально новых в то время смесевых твердых ракетных топлив (СТРТ), которые имели повышенные энергомассовые характеристики, а также необходимые технологические и механические характеристики для возможности изготовления крупногабаритных зарядов методов литья и прочного скрепления этих зарядов с корпусом двигателя.
Это позволило использовать заряд для защиты стенок корпуса от воздействия продуктов сгорания, а создание новых высокоэффективных теплозащитных и эрозионно-стойких материалов обеспечивало работоспособность соплового тракта.
Работы по созданию СТРТ в США проводились с середины 40-х годов. В нашей стране широкомасштабные исследования по СТРТ начались со значительным опозданием, причем к рассматриваемому моменту времени практически отсутствовали сырьевая и производственная базы по зарядам из таких топлив.
Поэтому предложение Победоносцева заключалось в использовании имевшейся в нашей стране базы по баллиститным порохам, заряды из которых изготавливались методом проходного прессования. Основанием для предложения Победоносцева явились результаты работы НИИ-125, полученные под руководством Бориса Петровича Жукова (ныне академика РАН), показавшие возможность изготовления зарядов из баллистиных порохов диаметром до 1 м и длиной 5-6 м. Это явилось одним из определяющих условий создания СТР.
Тогда уже были изготовлены и нашли практическое применение шашки диаметром 300-400 мм и массой до 0.5 т. Победоносцев полагал, что если за эту проблему возьмется Королев и своим авторитетом заинтересует руководителей промышленности, тогда можно было бы создать оборудование и производство для изготовления шашек диаметром до 1 м и массой до 4-5 т. По мысли Победоносцева, прочное скрепление шашки из баллиститного пороха с корпусом могло быть достигнуто путем намотки на готовую шашку стеклоленты со связующим, которое полимеризовалось бы при нормальной температуре.
Однако эту идею не удалось реализовать из-за недостаточной эластичности баллиститного пороха в заданном интервале температуры хранения и эксплуатации двигателя. Создание двигателей для СТР требовало решения еще целого ряда проблем, являвшихся новыми в эпоху бурного развития жидкостных ракет.
Сюда, в частности, относилось создание новых эффективных конструкционных и теплозащитных материалов, сопловых блоков, не имеющих системы охлаждения, системы управления вектором тяги, систем запуска и отсечки тяги крупногабаритных двигателей, организацию производственной, стендовой и экспериментальной баз, разработку уточненных методов расчета и проектирования двигателей и зарядов.
С.П.Королев уже на этой стадии решения данной проблемы понимал перспективность твердотопливных ракет для обороны страны и необходимость развертывания этих работ в нашей стране, чтобы не отстать от США. В связи с этим им было принято решение образовать инициативную группу специалистов, перед которой была поставлена задача по изучению возможных перспектив создания твердотопливных ракет средней и межконтинентальной дальности полета с использованием в то время разработанных баллиститных порохов. В эту группу входили И.Н.Садовский (руководитель группы), Э.А.Вербин, Ф.А.Титов, Ю.В.Сунгуров и ряд других сотрудников ОКБ-1.
Как следует из воспоминаний Э.А.Вербина, кроме Садовского, которому в то время было 40 лет, остальные сотрудники группы были молодыми специалистами, только что окончившими ВУЗы. Садовский в области РДТТ уже имел некоторый опыт, так как до этого участвовал в создании пороховых аккумуляторов давления для жидкостных ракет.
Через три месяца инициативная группа, которая работала в тесном взаимодействии с лабораторией Победоносцева (НИИ-125), выпустила технический отчет. Проектные исследования показали, что для СТР с дальностью стрельбы 2000 км и более необходима разработка моноблочных двигателей диаметром более 1 м, что не представлялось возможным из-за технических ограничений по диаметру шашек, изготавливаемых из баллиститного пороха методом проходного прессования. Максимально допустимый по технологии диаметр шашек не превышал 800 мм. Поэтому двигатели каждой ступени должны были иметь пакетную компоновку из 4-8 блоков в зависимости от дальности полета ракеты.
Результаты этой работы давали серьезное научно-техническое обоснование возможности создания СТР с использованием существующего уровня технологии топлив и материалов. Выводы инициативной группы вызвали неоднозначную реакцию у специалистов ОКБ-1. В частности, первый заместитель С.П.Королева – В.П.Мишин был категорически против продолжения этих работ и даже назвал авторов этого отчета прожектерами и фантазерами. Отрицательное отношение к результатам данной работы Мишин высказал и Королеву.
Мишин В.П., Руднев К.Н. |
Несмотря на это, Королев доложил эти результаты Председателю ГКОТ К.Н.Рудневу, который на плакате, иллюстрировавшем возможность создания СТР, написал: «С.П.Королеву, Б.П.Жукову, Н.А.Пилюгину – согласен с дальностью не менее 2.5 тыс. км. Прошу готовить Постановление». В ноябре 1959 г. вышло постановление правительства о разработке ракеты с дальностью 2500 км с использованием зарядов из баллиститных порохов при массе головной части около 800 кг. Эта ракета начала серию РТ (РТ-1), и ей присвоили индекс 8К95.
В этом же году вышло Постановление правительства об объединении КБ В.Г.Грабина с ОКБ-1 С.П.Королева. В результате было образовано первое подразделение в ОКБ-1 по разработке СТР. К этой работе были привлечены около 600 человек – в основном специалисты в области артиллерийских систем из бывшего КБ В.Г.Грабина. Из них было образовано два отдела – проектно-конструкторский (отдел 23) под руководством А.Г.Донского (заместители – П.Ф.Муравьев и С.Е.Барденштеин) и испытаний (отдел 24) под руководством А.А.Смердова (заместитель – Д.П.Крутов). Общее руководство этими отделами было возложено на заместителя Главного конструктора, которым был назначен И.Н.Садовский.
В отделе 23 проектным сектором руководил В.Д.Алешин, у которого работы по баллистическому проектированию ракет вел Э.А.Вербин, проектирование общих видов осуществлял Ф.А.Титов, проектирование двигателей возглавлял Н.И.Чуканов, анализом результатов испытаний занималась группа В.А.Солодилова. Г.П.Минашин возглавлял сек гор внутренней баллистики, расчетов геометрии зарядов и вопросами, связанными с твердыми топливами (начальники групп М.А.Александров, Ю.В.Сунгуров и Н.И.Басманов). А.В.Бермишев руководил сектором газодинамики и тепловых расчетов, который включал три группы (Л.В.Заболоцкого, В.С.Щипачева и В.П.Силина).
Конструкторские сектора возглавляли П.П.Ермолаев (начальники групп – В.А.Никаноров, Б.А.Кащеев и Б.И.Ширяев) и И.С.Грибань (начальники групп – А.Д.Левашов, В.А.Ершалов, В.В.Маркелов и А.Н.Борисов). Сектором прочности руководил В.Н.Суворин.
В секторе материалов работали В.В.Калиновский (начальник сектора), В.Д.Попков и Е.Ю.Кричевский. Ведущим конструктором по двигательным установкам был назначен А.Г.Рапп. В отдел 24 входили сектор испытаний (начальник – Г.Д.Суховой), сектор стендовой оснастки (начальник И.И.Долгушев), сектор измерений (начальник – А.С.Хуртин), пиротехническая мастерская (начальник – Е.И.Воронин), испытательный стенд (начальник – И.П.Солдатов), механическое производство (начальник – К.И.Дерунов). Ведущим конструктором по ракете был назначен П.О.Дребезгов.
Одновременно в головном проектном отделе ОКБ-1 (№3) был организован сектор по твердотопливной тематике (начальник – П.Ф.Красовский, начальники групп – Е.А.Дубинский и В.А.Аксельрод).
Особенно сложные и новые технические задачи стояли перед разработчикам зарядов и корпусов двигателей. Эта работа велась в НИИ-125 под руководством Б.П.Жукова. К этому времени в НИИ-125 лаборатория Победоносцева была преобразована в отдел с головной проектно-конструкторской лабораторией И.П.Путинцева, лабораторией отработки зарядов и двигателей И.А.Воловинского, лабораторией теплозащитных покрытий В.И.Фионичева и лабораторией прочности О.Н.Иванова. Разработкой стеклопластиковых корпусов занимался отдел В.М.Синянского, где активную роль играли В.И.Колобов и В.А.Харитонов.
По воспоминаниям И.П.Путинцева, специалисты НИИ-125 уже имели определенный опыт по ракетным двигателям на твердом топливе (РДТТ), и поэтому разработка эскизного проекта двигателей ракеты РТ-1 (8К95) проводилась на территории этого института с участием бригады ОКБ-1.
Ракета РТ-1 (8К95) |
Эскизный проект был выпущен в августе 1960 г. Ракета 8К95 имела три ступени пакетной компоновки из 4-х двигателей в пакете [3, с.13]. По воспоминаниям А.Г.Раппа, цилиндрические корпуса двигателей изготовлялись из стеклопластика (с прочностью в тангенциальном направлении 40 кгс/кв.мм.) методом тканевой намотки и имели отъемные стальные днища, сопловые блоки из титанового сплава ВТ-14 с напылением раструба покрытием трехокиси алюминия толщиной 1 мм.
Цилиндрическая обечайка и днища корпуса соединялись с помощью ленточной резьбы. Каждый пакет имел огневую связь для выравнивания рабочих давлений в РДТТ. Кроме того, в переднем днище двигателей имелись сопла противотяги, которые с помощью детонирующих шнуров вскрывались в конце работы двигателя по команде системы управления и обеспечивали обнуление тяги двигателя. Это представляло в то время новое техническое решение. Управление ракетой в полете осуществлялось с помощью рулевых двигателей и аэродинамических рулей. В двигателях планировалось использовать баллиститный порох РСТ-4К, который в дальнейшем был заменен на порох НМФ-2. Вкладной пороховой заряд горел по внутреннему цилиндрическому каналу, торцам и поверхности 4-х продольных щелей, расположенных в передней части заряда. Такая форма поверхности горения обеспечивала практически нейтральную диаграмму давления в двигателе.
Заряд имел бронирующее покрытие по наружной поверхности и устанавливался в корпус двигателя с упором в районе заднего днища и с периферийным радиальным зазором для формирования застойной зоны и разгрузки заряда от растягивающих тангенциальных напряжений при действии продуктов сгорания. Номинальное рабочее давление в двигателях ракеты 8К95 составляло около 40 кгс/кв.см, что было близко к нижнему пределу устойчивого горения пороха НМФ-2 и определялось в первую очередь необходимостью обеспечения требуемого уровня скоростей горения и времени работы двигателей.
Диаметр шашек составлял: у 1-й ступени – 800 мм, у 2-й и 3-й – 700 мм. Благодаря вышеперечисленным техническим решениям было получено высокое по тому времени конструктивное совершенство двигателей и ступеней ракеты. Так, на каждый килограмм топлива приходилось для 1-й ступени 190 г массы конструкции, для 2-й ступени – 260 г и для 3-й – 390 г. Для сравнения, этот показатель у ракеты М-13 («Катюша») составлял 2 кг массы конструкции на каждый килограмм топлива, т.е. в 5-10 раз хуже, чем у ракеты 8К95 /4, с.83/.
Эти высокие показатели были достигнуты благодаря большой творческой работе, проделанной молодым коллективом, возглавляемым И.Н.Садовским, по разработке и практическому внедрению целого ряда революционных технических решений. Улучшенное массовое совершенство ракетных ступеней ракеты 8К95 по отношению к ранее разработанным ракетам на твердом топливе имело принципиальное значение для выполнения тактико-технических требований. При стартовой массе 8К95 около 34 т, относительная масса топлива составляла около 80% (уМ-13 -17%), что обеспечивало полет на дальность 2400 км.
Одной из наиболее сложных технических проблем, стоявших перед коллективом разработчиков двигательных установок, являлось создание промышленной технологии изготовления крупногабаритных пороховых шашек. Эта работа проводилась под руководством Б.П.Жукова в НИИ-125.
К моменту создания ракеты 8К95 была освоена шнековая технология, разработанная выдающимся ученым и инженером-технологом А.С.Бакаевым [5,с.60].
Определенный вклад в развитие шнековой технологии внесли сотрудники НИИ-6. В частности, под руководством К.И.Баженова [5, с.66] был разработан и внедрен раструбный прессовый инструмент, который в сочетании со шнек-прессом позволял изготавливать шашки большого диаметра.
Производительность существовавших шнек-прессовых установок не превышала 200 кг/час. Для изготовления шашек диаметром 700-800 мм в НИИ-125 были проведены большие работы по созданию высокопроизводительных шнек-прессов производительностью до 600 кг/час, усовершенствованию раструбного пресс-инструмента с целью снижения единовременной загрузки топливной массы в раструбе и обеспечения возможности формирования качественных крупногабаритных шашек при пониженных температурах, что способствовало повышению безопасности производства крупногабаритных шашек.
По воспоминаниям И.П.Путинцева, в создание этой технологии значительный вклад внесли В.Н.Громов Л.А.Смирнов, Э.Л.Казарян, Д.П.Агафонов и ряд других сотрудников НИИ-125. Разработанный в НИИ-125 техпроцесс был внедрен на заводе №98 им. С.М.Кирова (директор А.М.Секалин). Этот завод изготовлял шашки для всех трех ступеней ракеты 8К95. В НИИ-125 была также разработана тканевая технология изготовления стеклопластиковых корпусов, по которой на заводе «Электроизолит» (директор Ю.И.Лебедев) было развернуто их производство. Изготовление стальных доньев, титановых раструбов и других элементов двигателей и ракеты проводилось в ОКБ-1.
|
