108 минут, изменившие мир - Первушин Антон Иванович

Пакетная схема

Собирать ракеты в пакет предложил Михаил Клавдиевич Тихонравов. Разочарованный тем, что его проект «ВР-190» («Победа») в НИИ-4 поменяли на «Ракетный зонд», конструктор, обладая полномочиями заместителя начальника института, организовал новый отдел, который должен был заниматься многоступенчатыми ракетами, соединенными не последовательно, а параллельно – в пакет.

Идея пакета появилась не на пустом месте. Дело в том, что привычная схема последовательного расположения ступеней, несмотря на кажущуюся простоту, имела свои недостатки. Прежде всего не была решена задача запуска двигателя второй ступени во время полета. Теоретикам она казалась малосущественной, но практики долго не знали, как к ней подступиться. Второй важный момент – даже оценочный расчет показывал, что размеры ракеты, сделанной по последовательной схеме и при этом способной развить первую космическую скорость, будут поистине титаническими: придется строить огромную монтажную башню, да и сама ракета от увеличения длины не станет прочнее и надежнее.

Пытаясь решить эту проблему, Тихонравов обратился к трудам Константина Эдуардовича Циолковского, которого безмерно уважал, и в работе «Наибольшая скорость ракеты» (1935) нашел описание «эскадры ракет»[88]. Интерпретация идеи, предложенная Тихонравовым, состояла в том, чтобы запускаемые одновременно ракеты, имеющие, по Циолковскому, только гидравлические связи, снабдить дополнительно механическими связями, объединив в один «пакет». В такой схеме запуск двигателей всех ракет осуществляется одномоментно на старте, топливо к ним подается сначала от одной ракеты, которая после опустошения отваливается, затем от другой и так далее.

«Эскадра ракет» Константина Циолковского (рисунок из книги Б. Ляпунова «Открытие мира»)

«Пакет» ракет не имеет ограничений по дальности полета – то есть сначала задаешь дальность, а потом проектируешь под нее «пакет». Однако в то время не существовало теории оптимального выбора основных конструктивно-баллистических параметров таких сложных агрегатов – именно ее и предстояло создать новому отделу, учрежденному Тихонравовым. В 1947 году электронно-вычислительных машин в распоряжении ракетчиков еще не было, и все необходимые расчеты приходилось выполнять вручную, на арифмометрах. Тем не менее к концу года был выпущен предварительный отчет по теории составных ракет, включая анализ пакетных схем.

Тихонравов внимательно следил за работой отдела. Результаты ему так понравились, что он решил доложить их на ученом совете НИИ-4. Оригинальную идею встретили настороженно. Критики тут же уцепились за плохую аэродинамику соединения ракет, за уязвимость механических соединений. Но Тихонравов верил в осуществимость проекта и 14 июля 1948 года в Академии артиллерийских наук прочитал расширенный доклад «Пути осуществления больших дальностей стрельбы ракетами». Выступление вызвало бурю негодования – мало кто из специалистов поверил в практическую возможность достижения дальностей свыше 1000 км с помощью баллистических ракет. Поэтому сообщение Тихонравова о том, что «пакет» способен достичь любых дальностей и даже вывести на орбиту искусственный спутник Земли, взбудоражило зал. По иронии судьбы среди яростных критиков были и те, кто стали впоследствии видными учеными в области ракетной динамики и космонавтики.

Революционный доклад чуть было не стал катастрофой для научной карьеры Михаила Тихонравова. Отдел тут же расформировали как «занимающийся неактуальными проблемами». Самого Тихонравова сняли с должности заместителя директора института, низведя до научного консультанта. Тогда в его судьбу решил вмешаться Сергей Павлович Королёв. В декабре 1949 года он выдал НИИ-4 официальный заказ на выполнение работы по теме «Исследование возможностей и целесообразности создания составных ракет дальнего действия типа «пакет». В записке была прямо сформулирована цель исследования – «сравнение возможностей достижения больших дальностей (порядка 10 000 км) с помощью одиночных и составных (последовательных и по типу «пакет») ракет дальнего действия с целью выбора рационального направления работ в области дальнобойных ракет».

Тихонравову после получения заказа не только вернули тему, но и позволили сформировать большую группу для научно-исследовательской работы. В марте 1950 года он сделал новый доклад – «Ракетные пакеты и перспективы их развития».

Первый вариант составной ракеты нам основе «Р-2» (рисунок А. Шлядинского)

Тогда прозвучало, что по техническому заданию Королёва группой был рассмотрен двухступенчатый пакет из трех больших баллистических ракет и доказано, что такой пакет может не только доставить тяжелую боевую часть на любую дальность, но и вывести на орбиту спутник, масса которого может оказаться достаточной для полета на нем человека. Доклад был выслушан внимательно, но в последовавшей дискуссии по-прежнему преобладали саркастические выступления.

Работы по изучению различных проблем создания составных ракет продолжались в группе до 1953 года. Результаты исследований регулярно высылались в бюро Королёва. Сергею Павловичу особенно нравилась схема простейшего пакета, и он, видя, что группа Тихонравова «зашивается», заказал оптимизацию этой схемы в Отделении прикладной математики имени Стеклова[89].

В начале 1950-х годов группой Тихонравова были подготовлены и представлены в правительство СССР два письма, в которых аргументировано излагались перспективы применения составных межконтинентальных ракет. Эти письма сыграли определенную роль в принятии постановления правительства о создании ракет нового типа.

Иосиф Сталин подписал такое постановление незадолго до своей смерти – 13 февраля 1953 года. Постановлением была задана тема «Т-1» – «Теоретические и экспериментальные исследования по созданию двухступенчатой баллистической ракеты с дальностью полета 7000–8000 км». Цель исследований – разработка эскизного проекта ракеты дальнего действия массой до 170 т с отделяющейся головной частью массой 3 т.

Позднее, в октябре 1953 года, проектное задание было изменено: масса головной части увеличена до 5,5 т при сохранении дальности полета. Последнее решение приняли под влиянием неофициальной информации о техническом облике термоядерных зарядов нового поколения, которую предоставил один из идеологов данного направления – будущий академик Андрей Дмитриевич Сахаров. Позднее выяснилось, что масса такого заряда может быть многократно уменьшена. Однако двигатели для ракеты уже разрабатывались, и «запас» по тяге, который они давали, впоследствии сыграл решающую роль в реализации космических планов.

С принятием на вооружение «Р-2» положение Сергея Павловича Королёва в качестве главного конструктора баллистических ракет сильно укрепилось. По инстанциям прошло представление его на Сталинскую премию. Хотя эти премии из-за смерти Сталина в том году не присуждались, Совет главных конструкторов не оставили без наград, выделив им дополнительные вакансии членов-корреспондентов Академии наук СССР.

В декабре 1953 года в ОКБ-1 был подготовлен проект постановления о создании баллистической ракеты большой дальности «7Р» (позже – «Р-7»). Уже в его тексте предлагалось применить ракету «7Р» для запусков искусственных спутников Земли и космических аппаратов к другим планетам. В январе 1954 года прошли совещания главных конструкторов, на которых были сформулированы технические требования к «7Р», согласованы основные тактико-технические характеристики, этапы конструирования и испытаний.

Наконец 20 мая 1954 года было принято Постановление ЦК КПСС и Совета министров СССР № 956-4080; о разработке, изготовлении и испытаниях межконтинентальной ракеты «Р-7» (8К71).

Начался этап эскизного проектирования. При этом сотрудники ОКБ-1 рассмотрели более полусотни вариантов компоновки «пакета». В конечном итоге остановились не на самом оптимальном, но позволявшем использовать многие существовавшие технологические наработки.

«Пакет» ракеты «Р-7» состоял из пяти блоков (фактически – одноступенчатых ракет): центрального блока «А» и четырех симметрично окружавших его конических боковых блоков «Б», «В», «Г» и «Д»[90]. Двигатели всех блоков запускались на старте одновременно. После опустошения топливных баков боковые блоки отделялись (первая ступень), а центральный блок (вторая ступень) продолжал полет. При этом внутренняя компоновка блоков была подобна компоновке ракеты «Р-5», что значительно упрощало работу конструкторам и технологам. Новизну для них представляли лишь узлы связей блоков и магистралей перекачки топлива. Основные компоненты топлива располагались в нижнем (горючее) и верхнем (окислитель) баках каждого блока. Вспомогательные компоненты (жидкий азот для наддува баков и перекись водорода для привода турбонасосного агрегата) размещались в торовых баках непосредственно над рамой двигателя.