Главная страница >  Имена 

Решение «проблемы №1»

Автор статьи, которую мы представляем читателям, - Иван Савельевич ПРУДНИКОВ, доктор технических наук, один из ведущих специалистов в области ракетно-космической техники. В ОКБ С. Королева начал работать с 1946 года. В 50-60-х годах руководил проектно-конструкторским отделом головных частей (ГЧ) баллистических ракет. С1964 по 1966 год возглавлял проектный отдел по космическим пилотируемым кораблям, затем - проектно-конструкторский отдел по лунному кораблю комплекса Н1-ЛЗ. В течение девяти лет, с 1974 по 1982 год, был главным конструктором одного из тематических направлений НПО «Энергия», в задачи которого на первых порах входила разработка лунного экспедиционного комплекса. Интересно, что Сергей Павлович Королев только однажды был научным руководителем - при подготовке И. Прудниковым кандидатской диссертации в 1955 году.

Решение «проблемы №1»

До этого, как известно, в СССР были разработаны ракеты Р-1, Р-2 и Р-5, максимальная дальность полета которых составляла соответственно 270, 600 и 1200 км. Опыт их создания и проведенные научно-исследовательские работы показали принципиальную возможность разработки в относительно короткие сроки МБР с дальностью полета около 8000 км при массе головной части до 5,5 т и стартовой массе 275 т.

В 1954 году ОКБ С. Королева (ОКБ-1) поручается создание межконтинентальной баллистической ракеты (МБР), получившей в дальнейшем индекс Р- Эта работа была беспрецедентна.

Резкое торможение в плотных слоях атмосферы приводило к огромным силовым нагрузкам на конструкцию, сопровождавшимся колоссальным нагревом теплозащитного покрытия, чего не мог выдержать никакой применявшийся в то время материал. Вот почему скорость движения головной части «семерки» и ее энергетическая характеристика определяли качественную новизну и научно-техническую сложность ее создания. Это касалось выбора аэродинамической компоновки, разработки методики аэрогазодинамических расчетов и определения тепловых потоков при движении головной части в атмосфере, создания надежных высокоэффективных теплозащитных материалов, определения характера уноса (разрушения) теплозащитного покрытия и расчета его потребной толщины, разработки оптимальных компоновочной и конструктивно-силовой схем ГЧ, обеспечивающих нормальное функционирование спецснаряжения и минимальную массу головной части. Вот почему ее разработка и считалась «проблемой № 1».

В то время это было сверхзадачей. Проблем хватало, но в статье рассказано о той, над которой работал отдел головных частей. В процессе всего полета надо было обеспечить целостность и нормальное функционирование ядерного боезаряда, кроме того, боеголовки должны были иметь заданные баллистические характеристики. Наверное, у читателя возникнет вопрос: разве стоявшие на вооружении ракеты не имели боевых частей? Конечно, имели, но скорость входа ГЧ ракеты Р-7 в плотные слои атмосферы (условно - в 100 км над поверхностью Земли) достигала 7900 м/с, что в 2,64 раза превышало скорость ГЧ ракеты Р- При этом кинетическая энергия составляла около 170 млрд. кг*м, что было больше уже в 27 раз. Такой энергией располагает фантастический железнодорожный состав из 20 400 вагонов массой по 60 т, движущийся со скоростью 60 км/ч. Это и обусловливало все трудности.

К чести всех занимавшихся этой проблемой, она была решена успешно и в короткие сроки (1954-1958 гг.). Причем настолько успешно и надежно в научно-техническом, инженерном и практическом плане, что о ней, во-первых, в скором времени перестали (!) говорить, а во-вторых, основными решениями по «проблеме № 1» пользуются по сей день при создании как головных частей, так и аппаратов, спускаемых на Землю, Марс или Венеру.

Р-7

С учетом всех обстоятельств стало совершенно ясно, что без особых организационно-технических мероприятий с задачей не справиться. Главный конструктор прибег, пожалуй, к единственно правильному решению - организовал в ОКБ-1 специальный проектно-конструкторский отдел, привлек мощные научные силы страны и создал на экспериментальном заводе ОКБ-1 специализированное производство по изготовлению головных частей.

С исторической точки зрения интересно не только то, что успех был достигнут, но и то, как он был достигнут.

При ОКБ-1 был создан совет, который систематически обсуждал и направлял поисковые исследования по всем аспектам проблемы. Руководили советом академик Г. Петров и член-корреспондент АН СССР К. Бушуев. В его работе участвовали доктор технических наук Ю. Дунаев, А. Обухов (ЛФТИ АН СССР), Н. Воронин (Институт огнеупоров), специалисты ОКБ-1.

Для решения вопросов аэрогазодинамики, определения тепловых потоков, разработки теплозащитного покрытия постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР были привлечены кафедры МГУ, институты Академии наук СССР и промышленности. В их числе Научно-исследовательский институт тепловых процессов Минвооружения, Всесоюзный институт авиационных материалов Минавиапрома, Физико-технический институт АН СССР, Ленинградский институт огнеупоров, Ленинградский физико-технический институт АН СССР, Научно-исследовательский институт графита Минцветмета, Институт горючих ископаемых АН СССР, Институт порошковых материалов АН УССР, Научно-исследовательский институт пластмасс Минхимпрома, Московский химико-технологический институт имени Д. И. Менделеева.

Проектно-конструкторский отдел ОКБ-1 по головным частям был отделом замкнутого цикла и имел в своем составе все подразделения для проведения расчетно-исследовательских и проектно-конструкторских работ и их осуществления. Расчеты показывали, что для тепловой защиты ГЧ потребуются специальные материалы и производство головных частей будет специфическим. Это обусловило создание на заводе цеха теплозащитных покрытий, оснащенного уникальным оборудованием: крупногабаритным автоклавом высокого давления, мощными прессами с подогревом, каландрами и др. Руководил им И. Поваров. Одновременно были организованы участки по изготовлению корпусов, сборке и заводским испытаниям головных частей. Первым начальником участка сборки ГЧ был В. Зудинов.

Рис. Аэродинамическая компоновка головной части ракеты Р-7: a) первоначальный вариант (1956 г.); б) принятая по результатам летной отработки и уточнения методик расчетов (1958 г.)

Достоверной методики расчета тепловых потоков к поверхности головной части и величины уноса теплозащитного покрытия не было, поэтому предприняли попытку оценить эти характеристики путем сопоставления условий входа метеоритов и головной части в плотные слои атмосферы. С этой целью Сергей Павлович привлек к работам академика В. Фесенкова. Результаты были малоутешительными. Получалось, что требуемая масса тепловой защиты слишком велика и неприемлема по чисто практическим соображениям. Для технически правильного решения оставался только один путь - разработка расчетных методик, пусть очень приближенных, и на их основе определение значений тепловых потоков и уноса массы теплозащитного покрытия. Это и было сделано под руководством аэрогазодинамиков - В. Рощина, А. Решетина, Б. Плотникова с использованием теоретических предпосылок и экспериментальных данных, полученных на образцах в плазменных высокотемпературных установках и моделях, подвергавшихся воздействию газов, истекающих из ЖРД.

Какой должна быть аэродинамическая компоновка головной части, какие условия будут сопутствовать полету при столь больших скоростях прохождения атмосферы, как защитить ГЧ от аэродинамического нагрева - все это было тогда малоизвестным. Исключительно сложную задачу представляло определение температур на поверхности головной части, тепловых потоков к теплозащитному покрытию, характера и величины обгара (разрушения) теплозащитного покрытия. На основании аэродинамических расчетов и предварительной компоновочной проработки с учетом применения спецснаряжения решили ГЧ делать конической формы с углом полураствора 11 град. (рис. 1).

Благодаря общим усилиям первую головную часть телеметрического варианта для летных испытаний «семерки» удалось изготовить почти в заданные сроки. Но на полигоне, во время подготовки ракеты к летным испытаниям, на покрытии боковой поверхности ГЧ стали появляться трещины. Прибегли к их заделке. Все это лишний раз убеждало, что принятое теплозащитное покрытие нетехнологично, неконструктивно и в целом неприемлемо.

Наиболее подходящим для наконечника и боковой поверхности ГЧ а то время был признан материал на основе кремнезема с органическим связующим - бакелитом. Отработка технологии нанесения покрытия на головную часть оказалась сложной и отняла много сил и времени. К началу летных испытаний ракеты Р-7 этот вопрос все еще оставался в критической стадии и им занимались все, включая высшее руководство. В частности, большое внимание ему уделял Д. Устинов, в то время министр вооружения.

При испытаниях в августе-сентябре 1957 года головные части с заданными баллистическими характеристиками достигли района падения. Однако на высоте около 11 км, когда скорость падения ГЧ была примерно 5000 м/с, наблюдались яркие вспышки. Это являлось несомненным признаком разрушения головных частей в плотных слоях атмосферы.

Первые два пуска ракеты Р-7 (май-июль 1957 г.) были аварийными на участке выведения и ничего нового для отработки головной части не дали. Но тогда уже под руководством А. Северова, В. Бурлуцкого и В. Никулиной велся поиск защитного покрытия другого вида - асботекстолитового на органическом связующем. Головные части для последующих двух летных испытаний были изготовлены именно с его использованием. В конструкцию же наконечников изменения не вносились.

В результате анализа полученных данных удалось уточнить величины уноса теплозащитного покрытия, а по ним - методики расчета. Это обусловило изменение аэродинамической компоновки - была уменьшена длина наконечника, увеличены его притупление и длина стабилизирующей юбки (рис. 1).

При раскопках воронок были найдены обломки наконечников и элементов конструкции корпусов ГЧ с остатками теплозащитного покрытия. По ним можно было судить, что несущий металлический корпус головной части надежно защищен от аэродинамического нагрева и унос теплозащитного покрытия с боковой поверхности меньше расчетного почти на порядок. Что же касается наконечника, то не оставалось никаких сомнений - разрушение ГЧ начиналось именно с него.

Так решалась и была решена «проблема № 1» - создание головных частей межконтинентальных баллистических ракет со специальным снаряжением. А вместе с ней - и задача разработки аппаратов, которые могли бы спускаться с орбиты искусственного спутника Земли, возвращая грузы, животных, а затем и космонавтов.

Доработанная головная часть (компоновка, конструкторские и прочностные расчеты - В. Садовый, Н. Воронцов, К. Хомяков, Н. Павлов) была изготовлена в кратчайшие сроки, Ее летные испытания (в январе 1958 г.) прошли успешно. При этом благодаря усовершенствованию антенно-фидерных устройств телеметрическая информация с ГЧ была получена на большей части траектории ее полета в плотных слоях атмосферы. Эти результаты наряду с данными автономных регистрирующих устройств и анализом обнаруженных остатков ГЧ позволили дополнительно уточнить методики расчета тепловых потоков и уноса теплозащитного покрытия.


Прудников И.С., "Авиация и космонавтика", 1994, № 1-2





Далее:
Валерий Федорович Быковский.
Charles Joseph Camarda.
Космические марки Кампучии.
Астронавты ЕКА.
Gerald Paul Carr.
Frank James Casserino.
Eugene Andrew Cernan.
Chamitoff, Gregory Errol.
Chilton, Kevin Patrick.


Главная страница >  Имена