В этот день… №3-12 (21-29 февраля)



Александр Грищенко «Шёл я в небесную даль,
Куда, я и сам не знаю,
И увидел наконец:
Меня обмануло облако…
Прикинулось вишней в цвету.»

Сайгё (Сато Норикиё)

Строки этого пятистишия, на мой взгляд, подходят к описанию самой существенной проблемы пилотируемой космонавтики, а именно – есть ли необходимость отправлять человека в космос? Ведь почти все научные задачи успешно решаются автоматическими ракетно-космическими аппаратами, что подтверждается примерами из истории космических исследований.

 
21 февраля 1958 года – первый пуск геофизической ракеты Р-5А (СССР).

Помимо боевых ракет и ракет-носителей, для геофизических, физических, медико-биологических исследований верхних слоёв земной атмосферы и ближнего космоса применяются геофизические ракеты. Они перемещаются по суборбитальной траектории, высота апогея может составлять от 1000 до 1500 км (а иногда и более).

Ракета Р-5А (В-5А) – одноступенчатая геофизическая ракета. Она была создана в ОКБ-1 под руководством С. П. Королёва на базе БРСД Р-5М (баллистической ракеты средней дальности с ядерной боевой частью). Круг задач, для решения которых предназначалась новая геофизическая ракета, включал в себя:

  • измерение давления воздуха на высотах 400–500 километров;
  • исследование микрометеоритов;
  • исследование ионного состава;
  • исследование высоты светящихся слоёв;
  • исследование ультрафиолетовой части спектра Солнца;
  • исследование возможности выживания и жизнедеятельности животных при подъёме их на ракете на высоту до 500 километров;
  • исследование ионосферы в условиях вертикального полёта ракеты до высот порядка 500 километров;
  • испытание системы спасения головной части;
  • разработка и создание экспериментальных стабилизированных на восходящей ветви траектории ракет.

Возвращаемая головная часть ракеты Р-5А (В-5А)На ракете Р-5А были также предусмотрены эксперименты для обеспечения перспективных разработок ОКБ-1.

В головной части имелся специальный герметичный отсек для медико-биологических экспериментов с двумя клетками из плексигласа, что позволяло с помощью киносъёмки вести наблюдения за поведением животных во время полёта. Кроме собак использовались белые крысы и мыши, которых в отсеках помещали парами — самца и самку. В герметичном отсеке размещались киноаппаратура с кассетой на 300 метров плёнки, система зеркал и осветительная аппаратура. Для регенерации воздуха в отсеке служили два патрона с гранулами надперекисных соединений калия. Исследования показали, что полет не вызывает резких расстройств в физиологических функциях животных, заметных изменений в их поведении и в состоянии здоровья, а выбранная конструкция герметичной кабины и её оборудование обеспечивают необходимые условия для жизни животных при полете до высот 212…450 км.

В период действия невесомости на участке падения полезной нагрузки на Землю регистрируемые физиологические параметры удерживались в допустимых пределах и возвращались к исходному уровню на 5–6-й минуте. Выбранная система спасения головной части на парашюте обеспечивала сохранение жизни животных при приземлении.

Геофизические ракеты Р-2А и Р-5А на испытаниях на полигоне Капустин ЯрОсновные ТТХ ракеты Р-5А: длина — 23,74 м; диаметр – 1,652 м; стартовая масса – 29,314 т; масса полезного груза – ~2 т; высота подъёма – 482 км.

Всего с полигона Капустин Яр в период с 21 февраля 1958 года по 21 октября 1961 года было выполнено десять пусков ракет Р-5А. Ряд пусков был неудачным и закончился гибелью находившихся на борту собак. Вместе с тем удалось провести ряд экспериментов по возвращению объектов на Землю, а также ряд экспериментов, результаты которых впоследствии использовались при пусках автоматических межпланетных станций к Луне.

Ракета Р-5 и все её модификации (военные и геофизические), представляли собой «последнюю точку» в советской линии развития конструкции базовой ракеты А-4 (Фау-2). Также, как и американским конструкторам при создании ракет семейства «Редстоун», отечественным разработчикам пришлось значительно переработать конструкцию ракеты и двигателя. Кстати, также, как и американские «наследники» А-4 (Фау-2), советские ракеты семейства Р-5 эксплуатировались до начала семидесятых годов ХХ века (до 1971 года).

Описание конструкции ракеты и её системы управления оставим в стороне, а вот что касается развития ЖРД, остановимся на этом подробнее – что и почему было изменено в немецком ЖРД А-4.

Двигатель РД-103Ревизия конструкции двигателя А-4, проведённая В. П. Глушко ещё в Германии, показала возможность его форсирования по тяге без существенного изменения конструкции. Это подтвердилось, во-первых, найденным немецким техническим отчётом, во-вторых, произведёнными расчётами 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 313,6 кН.

Однако приступить к реализации плана создания новой ракеты помешало правительственное постановление 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. Королёв, 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 утверждён 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 362,6 кН, 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 313,6 кН без каких-либо изменений конструкции. Однако такое форсирование двигателя приводило к существенному снижению его работоспособности и надёжности – камера двигателя преждевременно прогорала. В связи с этим конструкторы ОКБ-456 ввели в двигатель ряд изменений, позволивших обеспечить как требуемую тягу и удельный импульс (362,6 кН и 2060 м/с у поверхности земли), так и надёжность работы в пределах рабочего ресурса. К наиболее существенным изменениям следует отнести применение 92% этилового спирта вместо 75% в РД-100, увеличение давления в камере с 1,63 МПа до 2,14 МПа, повышение частоты вращения ротора ТНА, введение твёрдого 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.

Двигатель РД-110Первое стендовое огневое испытание двигателя РД-101 состоялось 26 августа 1948 г. Наземная отработка двигателя продолжалась до сентября 1949 г., лётные испытания в составе ракеты Р-2 начались 25 сентября 1949 г. и проводились в несколько этапов до середины 1952 г. Длительность лётной отработки ракеты явилась следствием доводки в натурных условиях многочисленных технических новинок, внесённых практически во все ракетные системы.

Так, в процессе лётно-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 лётно-конструкторских испытаний проводилось обучение армейских боевых расчётов 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.

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 самолётов-носителей, оснащённых ядерными бомбами.

Боевые ракеты ОКБ-1Обеспечение столь значительной дальности полёта 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. Королёв ещё 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 столкнёмся с гораздо большими трудностями…».

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 1176 кН при давлении газов в камере сгорания 6,12 МПа и удельным импульсом тяги 2350 м/с (в пустоте).

Эти энергетические характеристики предполагали, что вместо спирта будет использовано более калорийное горючее. По расчётам, 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.

Схема ракеты Р-5Необходимость обеспечения надёжного 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 1176…1372 кН тяги связано с решением ряда проблем, которые находятся на границе посильного современной науке и технике». Учитывая это обстоятельство, конструкторы и расчётчики 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.

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 ещё 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.

Реализуя намеченные планы, ОКБ-1 предложило в целях существенного сокращения сроков создания модельной ракеты Р-3А использовать ракету Р-2, введя в её 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 трудоёмкую 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 392 кН, при этом удельный импульс тяги возрос до 2107 м/с. Такая энергетическая характеристика двигателя в сочетании с остальными нововведениями позволяла довести дальность полёта экспериментальной ракеты Р-3А до 930 км, т.е. в более чем в полтора раза превысить дальность ракеты Р-2.

Двигатель РД-103МТакой итог воодушевил участников разработки. Опираясь на результаты расчётов 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 полёта 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 её проектировании научно-технический задел успешно реализовался в конструкции ракеты Р-5М, которая имела дальность действия 1200 км и была способна нести ядерную боеголовку.

В основном, на геофизических ракетах-клонах боевой БР Р-5М использовалась модификация двигателя РД-103М. Это однокамерный ЖРД с ТНА, приводимым в действие продуктами каталитического разложения концентрированной перекиси водорода в газогенераторе. Компоненты топлива: окислитель – жидкий кислород, горючее – 92% раствор этилового спирта. Основные технические характеристики двигателя: тяга в пустоте – 500 кН, тяга на Земле – 432 кН; удельный импульс в пустоте – 2430 м/с, удельный импульс на Земле – 2156 м/с; время работы – 120 с; давление в камере сгорания – 2,39 МПа; масса сухого двигателя – 870 кг. В процессе разработки двигателя РД-103 практически было завершено непосредственное 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.


 

24 февраля 1977 года – возвращение на Землю экипажа КК «Союз-24» и завершение пилотируемых полётов на орбитальной пилотируемой станции (ОПС) «Алмаз» (СССР).

Лётно-конструкторские испытания ОПС начались весной 1973 года. 3 апреля 1973 года была запущена ОПС-1, получившая официальное название «Салют-2». Судьба станции оказалась несчастливой. Станция потеряла управление и 28 мая 1973 года вошла в плотные слои атмосферы и затонула в акватории Тихого океана в 3000 км восточнее Новой Гвинеи. Следующей была ОПС-2, получившая в открытой печати название «Салют-3». О полёте первого экипажа станции (П. Р. Попович и Ю. П. Артюхин) мы уже рассказывали (обзор №1-18 01–10.07.2016). Этот экипаж выполнил основную программу полёта. Правда, режим работы космонавтов был очень жёсткий: космонавты отдыхали по очереди, урывками, производили съёмки объектов в разное время суток, поскольку приходилось работать по разным странам в условиях различной облачности и освещённости. Экипаж КК «Союз-24»: командир корабля В. В. Горбатко и бортинженер Ю. Н. Глазков  в скафандрах у пульта управления тренажёром  (1977)В ходе полёта подтвердились проблемы, вызванные сокращением экипажей с трёх до двух человек. При проведении съёмок были получены исключительно ценные фотоматериалы с хорошей контрастностью и большой разрешающей способностью на местности. Помимо ведения планово-перспективной космической съёмки в различных зонах спектра, выполнялись многочисленные специальные съёмки. Например, при фотографировании Бруклинского моста в Нью-Йорке, на снимках можно было различить марку автомашины, а на грузовиках и трейлерах прочитать содержание рекламы. При съёмках морских судов можно было определить тип корабля и чётко различить палубный номер или наименование, при съёмках железнодорожного узла – различить назначение и тип железнодорожных вагонов и их число в составе.

Первая экспедиция на станции «Салют-3» проработала 15 суток. После благополучного возвращения экипажа на Землю, 26 августа 1974 года стартовала вторая экспедиция на КК «Союз-15» (Г. В. Сарафанов, Л. С. Дёмин). Этот экипаж должен был проработать на станции целый месяц, но отказ системы автоматического сближения и стыковки «Игла» не позволил состыковаться со станцией. 28 августа космонавты успешно вернулись на Землю. Нового корабля «Союз» в наличии не было и от дальнейшего использования «Салюта-3» пришлось отказаться. 24 января 1975 года, выполнив полугодовую программу полёта в автоматическом режиме, «Салют-3» был сведён с орбиты и прекратил своё существование в Тихом океане.

Несмотря на общее с долговременными орбитальными станциями (ДОС) название «Салют», ОПС «Алмаз» отличались от них схемой полёта. Выполняя задачи космической разведки, станция «Алмаз» совершала полёт по более низкой орбите с ориентацией на Землю в течение большей части суточных витков. Кроме того, экипажи ОПС «Алмаз» комплектовались исключительно военными лётчиками-космонавтами. Эти особенности станции «Салют-3» были отмечены экспертами США.

Экипаж КК «Союз-24» в группе встречающих на аэродроме космодрома после возвращения с места приземленияРаботы над системой «Алмаз» продолжались. Запуск станции «Алмаз» №3 («Салют-5») состоялся 22 июля 1976 года. После 15-суточного автономного полёта станции, 6 июля 1976 года состоялся старт КК «Союз-21». В составе экипажа – Борис Волынов и Виталий Жолобов. Через сутки, после стыковки со станцией, экипаж приступил к работе. Продолжительность полёта должна была составлять примерно 64 суток.

Однако специфика работы экипажа заключалась в том, что, помимо управления станцией, проведения научных и технологических экспериментов, телерепортажей, главное время уделялось наблюдению наземных объектов, и здесь требовалось особое внимание. Режим работы был очень напряжённым. На 42 сутки проявилось ухудшение самочувствия В. Жолобова, затем пошли жалобы на сильную головную боль, тошноту, рвоту. Б. Волынов, докладывая о состоянии Жолобова, рассказывал, что их преследовали какие-то неприятные запахи. Было принято решение срочно спускать экипаж и разбираться.

Волынов сумел оставить станцию в рабочем состоянии, провёл спуск корабля организованно. 24 августа 1976 года, после 49 суток полёта, экипаж возвратился на Землю. Государственная комиссия по испытаниям рассмотрела возможные причины досрочного прекращения полёта экипажа. Медики отмечали изменения со стороны почек и большую потерю веса у космонавтов (7,3 кг у Б. В. Волынова и 6,6 кг у В. М. Жолобова) при нормальных показателях обследования (давление, пульс, кардиограмма). Комиссия начальника института медико-биологических проблем О. Г. Газенко пришла к выводу, что наблюдавшийся в полёте синдром явился результатом перегрузки экипажа, эмоционального напряжения. Отмечалось хроническое недосыпание экипажа, нарушение режима физтренировок, недостаточная психологическая поддержка с Земли.

Станция «Алмаз» – «Салют-5»14 октября 1976 года космонавты Вячеслав Зудов и Валерий Рождественский на корабле «Союз-23» были выведены на орбиту и приступили к выполнению программы полёта. Но опять отказала система «Игла» и стыковка не состоялась. Следующим экипажем были Виктор Горбатко и Юрий Глазков. Они должны были выполнить некоторые ремонтные работы, снарядить и подготовить к спуску капсулу с фотоматериалами. Но главное, они должны были произвести замену атмосферы на станции. Имевшийся запас чистого сжатого воздуха было решено использовать для заполнения гермоотсека, предварительно частично стравив в космос старый воздух. За несколько приёмов можно было в значительной мере обновить атмосферу станции.

7 февраля 1977 года стартовал корабль «Союз-24». Горбатко состыковался со станцией блестяще. Затем космонавты перешли на станцию. По донесению Горбатко, на станции была вполне нормальная атмосфера, никаких запахов. Затем космонавты передали результаты анализа проб воздуха: все параметры были в норме.

После 18-суточного полёта космонавты, выполнив все задачи, возвратились на Землю. На следующие сутки примерно в тот же район была спущена капсула с материалами, наработанными в космосе.

Станция «Салют-5» завершила свой 412-суточный полёт 8 августа 1977 года. На этом закончился первый этап лётно-конструкторских испытаний ОПС. Также завершились и пилотируемые полёты по программе «Алмаз». Правда, пока об этом мало кто знал…

Спускаемый контейнерРуководство НПО машиностроения ожидало первого полёта транспортного корабля снабжения (ТКС) (обзор №2-26 11–20.07.2017), который должен был использоваться для полётов к станциям второго этапа. Тяжёлый транспортный корабль позволил бы решить проблему перегруженности экипажа, вместо двоих космонавтов на станцию можно было отправить полноценный экипаж из трёх космонавтов. Кроме того, активно велась работа над ОПС второго этапа. Были заложены две станции ОПС-4 и ОПС-5. По сравнению с ОПС предыдущих поколений новые станции должны были оснащаться модернизированной ДУ, радиолокационной станцией «Меч-А», новыми фотоаппаратами. На новых ОПС устанавливались два стыковочных узла. Но 28 июня 1978 года было выпущено постановление правительства, в соответствии с которым разработка пилотируемых станций «Алмаз» была прекращена.

Переход к автоматическим станциям имел ряд причин. Во-первых, военные заказчики пришли к выводу, что эксплуатация пилотируемого фоторазведчика слишком дорога; кроме целевой аппаратуры ОПС оснащена сложными системами жизнеобеспечения, необходимыми для существования экипажа на орбите. Необходимы также и транспортные корабля для доставки экипажей на станцию и их возвращения на Землю. Для функционирования экипажей станции привлекались гражданские специалисты, что создавало трудности при соблюдении режима секретности. Во-вторых, не обеспечивалась оперативность получения разведывательных данных из-за отсутствия оптимальной группировки ОПС на орбите: глобальное покрытие и оперативный мониторинг необходимой территории могла обеспечить группировка из шести аппаратов! В-третьих, как мы уже рассказали, сказывалась перегрузка космонавтов и снижение эффективности их работы. С точки зрения экономики одиночные и сложные ОПС можно было заменить множеством часто запускаемых автоматических фоторазведчиков.

К такому же выводу о ненужности экипажа на борту разведывательной станции пришли и американцы (примерно, за десять лет до советских специалистов). Но это уже другая история.


 

При подготовке материалов были использованы следующие источники:

  1. Александр Железняков. 100 лучших ракет СССР и России. Первая энциклопедия отечественной ракетной техники. – М.: «Яуза-пресс», 2016.
  2. Вячеслав Рахманин. О «немецком следе» в истории отечественного ракетостроения. / В журнале «Двигатель», № 1, 2, 3, 4, 6, 2005.
  3. С. П. Уманский. Ракеты-носители. Космодромы. – М.: «Рестарт+», 2001.
  4. Двигатели 1944-2000. Авиационные, ракетные, морские, промышленные. – М.: «АКС-Конверсалт», 2000.
  5. А. И. Маликов и др. Ракетно-космический комплекс «Алмаз» ОКБ генерального конструктора В. Н. Челомея. ОПС-1, ОПС-2, ОПС-3, ТКС / В кн. «Развитие отечественной ракетно-космической науки и техники»: в 6 т. / кол. авт., сост. М. А. Первов / Федер. косм. агентство, Рос. акад. космонавтики им. К. Э. Циолковского. / Т.2: «История развития отечественной пилотируемой космонавтики». – М.: «Столичная энциклопедия», 2015.
  6. И. Б. Афанасьев, Д. А. Воронцов. Золотой век космонавтики: мечты и реальность. – М.: Фонд «Русские витязи», 2015.

 


« »



Оставьте свой комментарий

Вы должны быть авторизованы чтобы оставлять комментарии.

Рейтинг@Mail.ru