А. Жарков, А. Яскин

Пионеры отечественного ракетостроения

Опубликовано: «Бийский Вестник», №4 (40) 2013

© Издательский дом «Бия», 2013

Наш адрес: ruzhany@narod.ru

Стартовая масса ракеты РСМ-52 с десятиблочной головной частью -90 т, дальность полёта — 8300 км.

Первые проектные работы по этой ракете начались в 1971 г. До этого времени все баллистические ракеты для подводных лодок, разработанные в СССР, были на жидко-стных ракетных двигателях, хотя в США для подводных лодок ВМФ использовались только твердотопливные ракеты (системы «Поларис», «Посейдон»). В то время АНИИХТ уже успел сказать своё веское слово, создав отечественные твёрдые топлива (на основе связующего — бутилкаучука) и заряды маршевых ракетных двигателей для первых боевых твёрдотопливных ракет С.П. Королёва РТ-2, а на опытном заводе и опытных стендах предприятия разворачивались экспериментальные работы по двигателям на твёрдом топливе первой отечественной морской двухступенчатой твёрдотопливной ракеты РСМ-45 средней дальности.

Поэтому было логичным решение Правительства СССР поручить АНИИХТу ответственнейшую работу по созданию основных твёрдотопливных зарядов для ракеты РСМ-52. Главным конструктором зарядов для ракетных двигателей первой, второй ступеней и большой гаммы специальных двигателей для управления движением ракеты РСМ-52, в том числе на подводном участке траектории в специально создаваемой газогенератором газовой каверне, определили Я.Ф. Савченко. Заряды изготавливались на опытном производстве НПО «Алтай» и Бийском химическом комбинате. Специальная экспериментальная отработка и огневые стендовые испытания ракетных двигателей проводились на опытном испытательном стенде НПО «Алтай».

На ракетных двигателях использовались наиболее совершенные твёрдые ракетные топлива, разработанные в то время. Впервые в отечественной практике был отработан самый крупный моноблочный скрепленный заряд для первой ступени на бутилкаучуковом топливе с учетом требований по высокой надежности (подобный заряд, в основном унифицированный по топливу и конструкции, использовался позднее для железнодорожного мобильного комплекса), а для заряда второй ступени было применено высокоимпульсное топливо, содержащее в своем составе такой высокоэнергетический компонент, как октоген. Конструкции зарядов к первой и второй ступеням в корпусах типа «кокон» - моноблоки с каналом типа «многолучевая звезда». Их применение было обусловлено необходимостью обеспечения программированного участка спада давления в конце работы двигателей. Конструкции таких зарядов просты, технологичны, не требуют больших трудозатрат на фазах «концевых» операций и обеспечивают приемлемые параметры эффективности двигателей.

Макет ракеты РСМ-52 у проходной ФНПЦ «Алтай»

Для амортизационной ракетной системы старта были разработаны вкладные заряды к не имеющим аналогов в отечественном ракетостроении торовым конструкциям двигателей увода, съёма, газогенератора каверны, при этом решались сложные внутрибаллистические и газодинамические вопросы обеспечения работоспособности и необходимых выходных характеристик. В этом комплексе были также разработаны заряд торцевого горения, скреплённый с корпусом, к двигателю крена второй ступени и ряд зарядов к специальным ПАД и газогенераторам.

Ракетный комплекс с ракетой РСМ-52 был сдан на вооружение в мае 1983 г. Это стало, пожалуй, наиболее важным достижением НПО «Алтай» в доперестроечные годы с учётом масштабов последующего серийного производства ракеты (более {46} 120 штук). Очень престижной оценкой успехов нашего предприятия со стороны государства в то время стало присвоение звания «Лауреат Ленинской премии» заместителю генерального директора по опытно-конструкторским работам Н.А. Макаровцу (за изделия разработки ФНПЦ «Алтай») и первому заместителю генерального директора по научно-исследовательской работе Г.В. Саковичу (за новые топлива и технологии). В настоящее время Н.А. Макаровец — Герой России и генеральный директор всемирно известного ГНПП «Сплав», разрабатывающего системы залпового огня, а Г.В. Сакович — выдающийся российский учёный, академик РАН, организатор и научный руководитель Института проблем химико-энергетических технологий СО РАН. Большая группа сотрудников НПО «Алтай» была награждена государственными наградами СССР; работающий сейчас на должности заместителя главного конструктора ФНПЦ «Алтай», а в то время только-только оперившийся молодой специалист Г.П. Коваленко стал лауреатом премии Ленинского Комсомола. Генеральный директор НПО «Алтай» Я.Ф. Савченко был награждён второй медалью Героя Социалистического Труда и третьим орденом Ленина.

Серийное производство, строительство и развёртывание шести ракетоносцев (с 20 ракетами РСМ-52 на каждом) завершились в 1989 г. В составе стратегической морской ракетной системы «Тайфун», помимо ракетного комплекса и подводной лодки проекта 941, создана система берегового базирования для ракетного комплекса и подводных лодок. Ракетная система «Тайфун» с ракетами РСМ-52 на борту атомных подводных ракетоносцев эксплуатировалась на Северном флоте.

Вот некоторые любопытные факты. 25 августа 1995 г. из района Северного полюса произведён успешный учебный пуск твёрдотопливной ракеты РСМ-52. В 1998 г. подтверждена высочайшая надёжность твёрдотопливных зарядов разработки ФНПЦ «Алтай» одновременным пуском всех 20 ракет РСМ-52 с борта атомного подводного ракетоносца «Акула»!

По оценке Исследовательского центра им. М.В. Келдыша (одной из головных организаций в России по ракетостроению, в прошлом — создатели «Катюш» Великой Отечественной войны), завершение работ и принятие на вооружение ракетного комплекса означало формирование современного научно-методического и производственно-технологического фундамента создания и производства современных ракетных двигателей твёрдого топлива.

Характерной чертой Я.Ф. Савченко как руководителя было умение разглядеть в мо-лодых инженерах и учёных, составлявших основной костяк коллектива того времени, потенциальных творцов и руководителей, вовремя поддержать их, продвинуть на более высокую должность и сплотить для решения стоящих перед предприятием задач.

А задачи стояли в то время масштабные и сложные. Многие ветераны ФНПЦ «Алтай» хорошо помнят те далёкие, но бурные и насыщенные важными событиями годы создания этого ракетного комплекса (лётные испытания с января 1980 г. по октябрь 1982 г.). Прошло более тридцати лет после успешного завершения лётных испытаний ракеты, и вот уже первая отечественная межконтинентальная твёрдотопливная ракета РСМ-52, принятая на вооружение ВМФ для оснащения подводных лодок, ушла в историю, превратившись из грозного оружия в символ наших великих достижений прошлого. Первая отечественная межконтинентальная БРПЛ РСМ-52 на твёрдом топливе, сданная на вооружение ВМФ, безотказно {47} прослужила около 20 лет на боевом дежурстве. При этом первоначально установленные гарантийные сроки по зарядам твёрдого топлива были превышены почти вдвое.

Силуэт ракеты РСМ-52 у центральной проходной ФНПЦ «Алтай» будет всегда олицетворять героический труд бийских учёных, инженеров и рабочих того времени под руководством Я.Ф. Савченко по созданию технически совершенного творения человеческого разума и служить доказательством того, что и в настоящее время бийчанам по плечу не менее сложные и грандиозные задачи во многих отраслях науки и техники. Об этом свидетельствует второй раз подтверждённый статус наукограда нашего города Бийска.

Пристальное личное внимание Генерального конструктора академика В.П. Макеева к ходу отработки топлив и зарядов БРПЛ «Тайфун», техническая и организационная помощь по поставкам материальной части во многом определили своевременное завершение необходимого объёма испытаний и сдачу в серийное производство. Большую роль в конечном успехе этой грандиозной работы сыграли деловые, основанные на взаимном уважении, отношения В.П. Макеева и Я.Ф. Савченко, неформальные связи руководителей и специалистов разного уровня кооперации ГРЦ — НПО «Искра» — ФНПЦ «Алтай» — КБ «Южное».

Продолжением выполненных при Я.Ф. Савченко задельных научных и экспериментальных работ по новым топливам, технологиям снаряжения РДТТ, конструкциям маршевых зарядов стало дальнейшее развитие тесного сотрудничества ФНПЦ «Алтай» под руководством генерального директора как Главного конструктора зарядов академика РАН Г.В. Саковича с ГРЦ им. академика В.П. Макеева и НПО «Искра» по всем трём ступеням новой ракеты РСМ-52 (вариант) темы «Барк».

Применение РДТТ в условиях баллистических ракет подводных лодок (БРПЛ) требует более высокого энергетического потенциала маршевых двигателей по сравнению с двигателями ракет наземного базирования (по данным ГРЦ, на 20-25 %) для выполнения одной и той же боевой задачи по дальности стрельбы и массе полезной нагрузки. Это связано с ограничениями по габаритам ракеты, повышенными требованиями к безопасности и надежности, особенно в начальное время работы маршевого двигателя первой ступени, условиями старта ракеты из подводного положения.

Повышение энергомассового совершенства маршевых РДТТ в условиях ограниченных объемов для БРПЛ характеризуется не только применением более энергетических составов твердых топлив, но и оптимизацией конструктивно-компоновочных схем двигателей (корпуса типа «кокон» из полимерных композиционных материалов с удлиненными узлами стыка, утопленная в камеру дозвуковая часть сопла и др.). Это накладывает определенные ограничения на конструкцию зарядов и возможность повышения объемного заполнения камеры маршевого РДТТ топливом.

Вместе с тем одно из очевидных направлений повышения энерговооруженности РДТТ для БРПЛ в условиях дефицита габаритов - это увеличение количества топлива в заданном объеме двигателя без ухудшения его внутрибаллистических и энергетических характеристик, надежности, безопасности эксплуатации, т.е. обеспечение максимально достижимого коэффициента объемного заполнения камеры сгорания топливом Kv.

На РДТТ ракет РТ-2, РТ-2П, РСМ-45, РСМ-52, ракетного комплекса РТ-23 УТТХ, американских ракетах «Поларис», «Минитмен», «Посейдон», «Трайдент», МХ используются {48} конструкции зарядов канального типа с компенсаторами поверхности горения в виде различных щелей. Для дальнейшего энергомассового совершенствования РДТТ при разработке твердотопливной ракеты РСМ-52 (вариант), наряду с использованием высокоэнергетического топлива, содержащего гидрид алюминия, на второй и третьей ступенях; повышением рабочего давления в камерах сгорания; увеличением степени расширения сопел, были спроектированы новые конструктивные схемы маршевых зарядов с частично горящими торцами у днищ корпусов, защищённые рядом авторских свидетельств на изобретения.

Использование в РДТТ новых высокоэнергетических топлив, содержащих высокочувствительные компоненты и, как следствие, имеющих повышенную чувствительность к механическим воздействиям, обусловило необходимость применения простейших формообразующих поверхность заряда оснасток для его дистанционной распрессовки за один технологический прием без применения разъемных элементов. Такой концепции удовлетворяет конструкция заряда с поперечным сечением в виде многолучевой звезды. Но для повышения работоспособности сопла с разгорающимся критическим сечением и снижения потерь удельного импульса тяги необходимо обеспечить равномерный по окружности поток продуктов сгорания на входе в сопло.

Однородный поток продуктов сгорания на входе в сопло формируется при использовании канальных зарядов с поперечной кольцевой щелью или продольными щелями, расположенными у переднего днища, но для таких зарядов необходима сложная технологическая оснастка. Во всех канальных зарядах с перфорациями «резервным» объемом под топливо являются собственно сами щели.

Канальные заряды маршевых РДТТ с различными видами перфораций имеют полное скрепление по цилиндрической части корпуса и раскреплены по одному или двум днищам в зависимости от соотношения длины и диаметра корпуса. Торцы заряда, примыкающие к днищам, если они с ними не скреплены, забронированы специальными раскрепляющими манжетами от канала до цилиндрической части корпуса. При действии внутрикамерного давления после запуска РДТТ заряд и корпус деформируются, а между манжетой и днищем появляется зазор. Для маршевых зарядов РСМ-52 (вариант) были предложены конструкции зарядов, имеющие в этом зазоре специально сформированную дополнительную поверхность горения, что позволило отказаться от перфораций канала и тем самым использовать их объем под дополнительное топливо.

Конструкции зарядов были выполнены в виде канальных моноблоков, на которых вместо традиционных щелевых компенсаторов (продольные или поперечные щели) использовалась часть открытой поверхности, прилегающей к переднему днищу корпуса для первой и второй ступеней и к заднему днищу для третьей ступени.

Несмотря на внешнюю простоту такого подхода, при разработке элементов корпуса, заряда и технологической оснастки было необходимо решить ряд сложных конструкторских и технологических проблем, чтобы одновременно обеспечить:

— герметизацию заманжетной полости корпуса при формовании заряда, т.е. обеспечить непопадание топлива в зазор между днищем корпуса и укороченной манжетой;

— одновременное вакуумирование внутреннего объема корпуса и заманжетной полости при формовании заряда;

— «сверхнадежное» внедрение законцовки манжеты в топливо для исключения её «скальпирования» при {49} запуске за счет газодинамических сил при деформировании заряда в первоначально очень узком зазоре;

— «антиадгезию» топлива в зоне открытого торца с теплозащитным покрытием днища;

— торцевую разгрузку заряда (разрыв связей укороченной манжеты с днищем корпуса) при работе РДТТ без повреждения бронирующей укороченной манжеты;

— гарантированное попадание газов в зазор между зарядом и днищем при запуске за счет конструктивного оформления клинообразного входа в эту полость специальным элементом технологической оснастки, в конструкции которого размещаются также клапан-фильтры для вакуумирования;

— оптимальные толщины теплозащитного покрытия днища в зоне открытого торца.

В тесном содружестве со специалистами НПО «Искра» под руководством Генерального конструктора члена-корреспондента РАН Михаила Ивановича Соколовского эти задачи были успешно решены. Традиционная для канальных зарядов манжета торцевого раскрепления выполнялась укороченной до некоторого диаметра, превышающего диаметр полюсного отверстия корпуса и определяемого из внутрибаллистического расчета. Специальное оформление укороченной манжеты позволило внедрять её законцовку в топливо с одновременной герметизацией заманжетного пространства для исключения попадания в него топлива при формовании заряда.

Новые конструкции зарядов с горящими торцами обеспечили:

— безопасную распрессовку зарядов, т.е. дистанционное извлечение иглы, формирующей центральный канал, за один технологический приём;

— однородный поток продуктов сгорания на входе в сопло;

— снижение требований к деформационным характеристикам топлива на канале и высокую степень «расчетности» действующих деформаций в опасных сечениях круглого канала, не имеющего концентраторов напряжений;

— достижение высоких значений Kv на уровне 0,92; 0,95 и 0,97 для первой, второй и третьей ступеней соответственно.

Корпус двигателя третьей ступени близок к сферическому. Заряд имеет небольшой глухой канал и задний горящий торец. Раскрытие и воспламенение торца обеспечиваются после запуска РДТТ деформированием корпуса и заряда за счет полного скрепления передней полусферы корпуса с зарядом. На этом двигателе достигнут наивысший в отечественной и зарубежной практике коэффициент заполнения двигателя топливом ~ 0,97.

На первой ступени БРПЛ РСМ-52 (вариант) использовалось топливо типа ОПАЛ, имеющее более низкие деформационные характеристики, чем топлива типа Т9-БК. Но, благодаря конструкции заряда, запас прочности по деформациям на канале был достаточен, чтобы гарантировать вероятность безотказной работы заряда в первые пять секунд его работы не ниже 0,99999 в целях обеспечения повышенной безопасности для атомного подводного ракетоносца при старте ракеты.

Крупномасштабная экспериментальная отработка таких перспективных схем зарядов с горящими передними торцами началась ещё в 1980 г. при активной поддержке Я.Ф. Савченко и Л.Н. Лаврова на модельном двигателе с массой заряда около шести тонн в габаритах второй ступени ракеты РСМ-45 и продолжилась на различных модельных двигателях от сравнительно небольших (с массой зарядов менее одной тонны) до габаритов второй ступени. Проведено свыше 100 стендовых испытаний РДТТ маршевых ступеней и их {50} крупномасштабных моделей. В процессе работ широко использовался для анализа метод рентгенотелевизионной визуализации динамики раскрытия зазора между зарядом и корпусом РДТТ и характера перемещения фронта горения в зоне горящего торца.

Характерной особенностью отработки РДТТ маршевых двигателей БРПЛ РСМ-52 (вариант) по теме «Барк» была реализация новых методических подходов (методологии) к проверке физической работоспособности зарядов в заданных условиях эксплуатации^[8]. Их теоретической базой стали численные методы механики деформируемых тел, позволяющие учитывать пространственную сложность конфигураций твердотопливных зарядов, особенности их технологии изготовления и механического поведения используемых топлив.

Ключевыми элементами экспериментальной отработки прочности стали многоцелевой высокоинформативный натурный и модельный эксперименты.

Методологический акцент был сделан на проведении предельных, ресурсных и форсированных прочностных испытаний РДТТ, которые оснащались индивидуальными средствами измерения перемещений, напряжений и деформаций. Решение проблемы проверки конструкционной прочности заряда (особенно в зонах концентрации напряжений) возлагалось на полномасштабный макетный (инертное топливо) эксперимент.

Результатом практической реализации возможностей разработанной методологии явилась целая серия новых, интересных в научном отношении исследований.

Хотя эта работа проводилась уже после безвременного ухода из жизни Генерального конструктора В.П. Макеева, специалисты ГРЦ и новый Генеральный конструктор Игорь Иванович Величко в лучших традициях В.П. Макеева поддерживали и активно участвовали в новаторских предложениях ФНПЦ «Алтай» и НПО «Искра» по отработке и внедрению новых технических решений (по зарядам) в маршевые двигатели ракеты РСМ-52 (вариант). В конечном счете эти РДТТ не уступали, а во многом и превосходили лучшие зарубежные аналоги.

В конце 1997 г. работы по завершению отработки этой ракеты в силу ряда организационных и финансовых причин были сначала приостановлены, а потом прекращены на этапе лётных испытаний.

Оценки российских специалистов показывают^[9], что сопоставление по энергомассовому совершенству последних американских морских баллистических ракет с РСМ-52 (вариант), определяемому величиной забрасываемой массы на дальность 10 тысяч километров (в килограммах), отнесённой к стартовой массе ракеты (в тоннах), дают следующие величины: РСМ-52В — 37,7; «Трайдент-1» — 34,7; «Трайдент-2» — 37,2.

Из этих данных следует, что ракета РСМ-52 (вариант), разработанная по теме «Барк», не только не уступала по энергомассовому совершенству американским разработкам, но и несколько превосходила их.

В настоящее время существенную основу ракетного щита России в триаде стратегических ядерных сил составляют твёрдотопливные ракетные комплексы «Тополь» и «Тополь-М» {51} разработки Московского института теплотехники как головной ракетной организации, единственного разработчика в числе главных создателей отечественного ракетно-ядерного оружия, специализирующегося только на твердотопливных ракетных комплексах. Разработке этого эффективного оружия предшествовала многоплановая и многолетняя работа ряда предприятий страны, в том числе и ФНПЦ «Алтай», по становлению промышленности, способной создавать твердотопливные заряды из высокоэнергетических топлив. Наработанный за годы бурного развития ракетно-космической техники потенциал в основном удалось сохранить и даже приумножить.

В последнее десятилетие ФНПЦ «Алтай» (генеральный директор А.С. Жарков) под руководством Генерального конструктора Московского института теплотехники, академика РАН Юрия Семёновича Соломонова принимал участие в качестве одного из основных исполнителей в создании ракетного комплекса «Булава».

В процессе этих и других работ полностью реконструирован и модернизирован единственный за Уралом научно-производственный комплекс для снаряжения и испытаний маршевых РДТТ, позволяющий отрабатывать широкую номенклатуру энергоустановок из смесевого твердого топлива, необходимых для отечественной ракетно-космической техники, и проводить испытания РДТТ в условиях, моделирующих их реальную эксплуатацию^[10].

Научный и технологический поиск продолжается. Синтез новых энергоёмких окислителей и создание базовых опытных производств, разработка технологий использования активных связующих и принципов обеспечения технологической безопасности, физико-химической стабилизации структурного состояния и эксплуатационных свойств показывают реальную возможность создания твёрдых топлив, приближающихся по уровню энергетических характеристик к высококипящим топливам ЖРД, а также дают возможность разрабатывать новые мощные ВВ для модернизации ракетных боевых частей обычного снаряжения.

В заключение хочется сказать, что, наряду с великими Главными конструкторами ракетной техники С.П. Королёвым, М.К. Янгелем, В.Ф. Уткиным, В.П. Макеевым, А.Д. Надирадзе, П.А. Тюриным, Л.Н. Лавровым, на Алтае, в г. Бийске, хорошо помнят всех их соратников из разных городов нашей Родины, которые всегда с большим уважением и теплотой относились к коллективу НПО «Алтай» во главе с Я.Ф. Савченко, и высоко ценят тот большой вклад наших общих работ для отечественного ракетостроения в становление и развитие Федерального научно-производственного центра «Алтай».

Достойное продолжение и приумножение славных традиций Якова Фёдоровича Савченко — доскональности и обстоятельности в сочетании с высочайшей ответственностью за безусловное получение требуемого конечного результата в любом деле, за которое пришлось взяться, — будет самой лучшей памятью о нём и примером для будущих поколений сотрудников предприятия.

Примечания

[1] Профессор Р. Годдард (1882-1945 гг.) — основоположник американского ракетостроения, один из пионеров ракетной техники.

[2] Особое конструкторское бюро-1, основано в 1946 г. сначала как отдел в составе НИИ-88, который в 1956 г. выделился в самостоятельное ОКБ-1. В настоящее время — Ракетно-космическая корпорация «Энергия» им. С.П. Королёва.

[3] Гребенкин В.И. Роль Я.Ф. Савченко в становлении нового направления развития РДТТ в ракетных комплексах разработки ФГУП «Московский институт теплотехники» // Сб. докладов III Всероссийской научно-практической конференции (25-27 сентября 2003 г., г. Бийск). — Бийск: ФГУП «ФНПЦ «Алтай», РА РАН, 2004. — С. 30.

[4] Ленинская премия в Советском Союзе присуждалась за научные и технические достижения, превосходящие мировые.

[5] Андреев Л.В., Конюхов С.Н., Янгель М.К. Уроки и наследие. Днепропетровск: Арт-Пресс, 2001.

[6] Жарков А.С., Марьяш В.И., Сакович Г.В., Шандаков В.А., Яскин А.В. Опыт создания составов топлива и зарядов для БРПЛ // Ракетно-космическая техника: Расчёт, экспериментальные исследования и проектирование баллистических ракет с подводным стартом: научно-технический сборник. — Сер. 14. Вып. 1(44). — ГРЦ «КБ им. академика В.П. Макеева», 2000. — С. 89-97.

[7] Сакович Г.В., Жарков А.С., Яскин А.В. Научный подвиг Алтая: Твёрдое топливо для первых отечественных ракет РВСН C.П. Королёва создано на Алтае // Родина. — 2009. — Вып. 12. — С. 62-63.

[8] Анисимов И.И., Вагичев С.Н., Жарков А.С., Жуков А.П., Марьяш В.И., Яскин А.В. Совершенствование конструкций зарядов маршевых РДТТ для повышения энерговооруженности БРПЛ РСМ-52 (вариант) // Ракетно-космическая техника: Расчёт, экспериментальные исследования и проектирование баллистических ракет с подводным стартом: научно-технический сборник. Сер. 14, Вып. 1(50). — ГРЦ «КБ им. академика В.П. Макеева», 2004. — С. 118-128.

[9] Морские стратегические ракетные комплексы. М.: Военный парад — ГРЦ «КБ им. академика В.П. Макеева», 2011.

[10] Жарков А.С., Литвинов А.В., Яскин А.В. ФНПЦ «Алтай»: энергия твёрдого топлива // Национальная оборона № 4 (61), апрель 2011. — С. 16-20.