В этот день… №2-27 (21-31 июля)



Александр Грищенко «…Человек действительно нрава тихого, но притом – безмерной умственной дерзости» – это характеристика М. К. Тихонравова, одного из ведущих советских ракетчиков. Но, наверное, такой характеристики заслуживают и многие другие создатели тех изделий ракетно-космической техники, о которых мы расскажем в этом обзоре.
 
 
22 июля 1951 года – первый полёт живых организмов на ракете в космос (СССР).

Как в США, так и в СССР шло активное освоение немецких ракетных трофеев. И также как в США, советские инженеры и учёные пытались расширить сферу применения баллистических ракет. При этом параллельно шло копирование немецких образцов и совершенствование их лётных характеристик.

Примером такого совершенствования может служить экспериментальная ракета Р-1А. Отечественные разработчики предложили использовать несущий бак горючего и применить отделяющуюся от ракеты в конце активного участка головную часть (ГЧ). В этом случае для носителя расчётным оставался только участок активного полёта, значительно более благоприятный по механическим и тепловым нагрузкам, чем атмосферный участок нисходящей ветви траектории. Экспериментальная ракета Р-1АДля экспериментальной проверки этих идей и была создана ракета Р-1А. Отделяющаяся ГЧ впервые намечалась для использования в конструктивной схеме ракеты Р-2, но в связи с тем, что многие организации заинтересовались возможностью использовать новую ракету для своих целей, программа экспериментов вышла далеко за рамки первоначального замысла.

Головная часть ракеты Р-1ДРакету Р-1А оснастили системой управления со специальными гироскопическими приборами и приборами для телеметрических измерений. Для получения дополнительной информации при пусках ракет использовались специальные оптические системы для траекторных измерений (перископы подводных лодок, кинофототеодолиты, скоростные кинотеодолиты), обеспечивающие наблюдение за ГЧ на пассивном участке траектории, а также радиолокаторы с активным сопровождением (на корпусе ракеты устанавливался специальный радиопередатчик). После отделения ГЧ сигнал с неё передавался телеметрической системой Физического института АН СССР.

При положительных результатах пусков по баллистическим траекториям предусматривались два вертикальных пуска для физических исследований верхних разреженных слоёв атмосферы с помощью системы ФИАР-1 Геофизического института АН СССР. На ракете Р-1А также проводились исследования влияния газовой струи двигателя на прохождение радиоволн.

В мае 1949 года лётные испытания Р-1А начались и дали положительные результаты. Всего было проведено шесть пусков – четыре по баллистическим траекториям и два вертикальных.

Ракета Р-1Д на пусковом столеПолученные данные послужили базой для подготовки широкой программы научных исследований по геофизике в интересах АН СССР и разработки модификаций ракеты Р-1, специально предназначенных для этой цели (Р-1Б, Р-1В, Р-1Д и Р-1Е). Для координации работ от академии наук СССР была выделена специальная комиссия под председательством Президента АН СССР С. И. Вавилова и академика М. В. Келдыша. Работы проводились в соответствии с Постановлением СМ СССР от 30 декабря 1949 года.

Все четыре пуска ракеты Р-1Б в июле-августе 1951 года были вертикальными, из которых один оказался неудачным. На борту ракеты находились подопытные животные в специальном герметичном отсеке, исследовалось их поведение в условиях невесомости.

22 июля 1951 года впервые на ракете Р-1В успешно летали собаки Дезик и Цыган. Ракета Р-1В отличалась от ракеты Р-1Б только тем, что вместо аппаратуры ФИАН монтировалась парашютная система спасения корпуса ракеты. Всего было проведено два пуска в июле-августе 1951 года.

С. П. Королев с подопытной собакойПримерно в это же время в США на ракете «Аэроби» (Aerobee) весом 60 кг на высоту до 70 км были запущены 3 особи белых мышей с аппаратурой, обеспечивающей их жизнедеятельность и способной регистрировать отдельные моменты поведения животных в полёте.

На ракете Р-1Д, в отличие от ракет Р-1Б и Р-1В, где подопытные животные спасались вместе с герметичным отсеком на парашюте, каждая из двух собак катапультировалась в скафандре, смонтированном на специальной тележке, имеющей парашютную систему и систему жизнеобеспечения. Кроме того, на ракете Р-1Д вместо отсека с аппаратурой ФИАН были установлены аппаратура для исследования распределения по высоте плотности ионизации в ионосфере и изучения распределения сверхдлинных волн в атмосфере и космическом пространстве. Три пуска ракеты Р-1Д проводились в июне-июле 1951 года, и все были удачными.

Общая схема полёта животных в скафандрах на ракете с последующим катапультированием и приземлением (1954 г.)При пусках ракеты Р-1Е была сделана ещё одна попытка найти конструктивное решение, обеспечивающее спасение корпуса ракеты. Для этой цели на головной части установили три пороховых ускорителя, сообщавшие ей скорость отделения около 12 м/с. Однако этих мер оказалось недостаточно. Новый конструктивный вариант системы спасения корпуса ракеты заключался в использовании пиропушки, которая должна была не только вводить в действие вытяжные купола парашютов, но и одновременно освобождать парашютные пакеты, в которых были уложены основные купола парашютов. Всего провели шесть пусков с января 1955 года по апрель 1956 года, четыре из которых были удачными.

Испытания ракет типа Р-1, приспособленных для проведения научных экспериментов, продолжались до середины июня 1956 года. Все задачи, связанные с использованием ракеты Р-1 и её модификаций для проведения научных экспериментов, были решены, за исключением одной – спасения корпуса самой ракеты.

В отличие от США, где после кратковременного периода экспериментов с немецкими ракетами А-4, перешли к созданию и эксплуатации своих исследовательских ракет, о которых мы уже рассказывали («Викинг», «Аэроби», «ВАК-Корпорал»), в СССР довольно долго продолжали работать с модификациями той же А-4.


 

29 июля 1900 года – родился Михаил Клавдиевич Тихонравов (Российская империя).

Михаил Тихонравов родился в старинном русском городе Владимире, в интеллигентной семье. Его отец, Клавдий Михайлович, почётный гражданин Владимира, был выпускником юридического факультета Санкт-Петербургского университета, мать, Александра Николаевна, закончила Бестужевские курсы и училище технического рисования А. Л. Штиглица. Атмосфера уважения к знаниям, как к науке, так и к искусству, окружала ребёнка с младенчества. Вскоре после рождения сына семья Тихонравовых переехала в Петербург, где Михаил начал учиться в гимназии.

Михаил Клавдиевич ТихонравовВ 1917 году в Петрограде жить большой семье стало трудно, и мать с младшими детьми уехала в Переславль-Залесский, где учительствовала её сестра. Сам же Михаил с отцом остались в Петрограде. Юноше надо было закончить учёбу в третьей классической гимназии. В этом учебном заведении особый упор делался на изучение языков. Так, латынью там занимались все шесть дней в неделю и, кроме того, ещё учили французский, немецкий, греческий. Михаилу нравилась латынь, и даже в зрелые годы он нередко вспоминал своё увлечение – читал книги на латинском языке.

В 1918 году, после окончания гимназии, отец с сыном приехали в Переславль-Залесский. Отец стал работать судьёй, а сын – курьером при суде. Но вихрь перемен увлёк и старинный русский город. Михаил стал организатором комсомольских ячеек в Переславле-Залесском и первым вступил в комсомол.

В 1919 году вступил добровольцем в Красную Армию. На следующий год он становится курсантом Института Красного Воздушного Флота (впоследствии он был переименован в Военно-воздушную инженерную академию имени Н. Е. Жуковского).

Конструкторской работой Михаил Тихонравов занялся ещё в стенах академии – принимал активное участие в кружке «Парящий полёт», построил планер АВФ-1, с которым в ноябре 1923 года выступил на первых Всесоюзных планерных испытаниях в Коктебеле. Планеры, которые были созданы при непосредственном участии М. К. Тихонравова, показывали рекордные результаты.

Но у Михаила Клавдиевича были и другие сферы интересов. Ещё учась в академии, он занялся проблемой орнитоптеров. В 1936 году вышла его книга «Полёт птиц и машины с машущими крыльями». Через тринадцать лет, в 1949 году, вышло второе, значительно дополненное и переработанное издание книги.

Планеризм подарил Тихонравову судьбоносную для истории космонавтики встречу: в 1929 году на съезде конструкторов безмоторной авиации в Коктебеле он встретился с молодым инженером Сергеем Королёвым. С этого момента началось их сотрудничество.

На Нахабинском полигоне после пуска ракеты «ГИРД-Х». Слева направо: стоят – С. П. Королёв, Л. К. Душкин, М. К. Тихонравов; сидят – (?), Я.М.Терентьев. 25 ноября 1933 годаВ 1925 году, после окончания академии (это был её самый первый выпуск), Михаил Клавдиевич служил год в 1-й легкобомбардировочной эскадрильи. Затем он стал работать конструктором в КБ Н. Н. Поликарпова. Принимал участие в создании первых советских самолётов 2И-Н1, И-3, Д-2, И-6, У-2, Р-5, ТБ-2. В 1931 году он возглавил группу моторного оборудования в Центральном КБ имени Менжинского. Одновременно вёл преподавательскую работу в академии. Наряду с планерами и орнитоптерами Тихонравов интересовался трудами Циолковского. В 1923 году курсант Тихомиров ездил в Калугу к Константину Эдуардовичу. Так что неслучайно в январе 1932 года он начал работать в ГИРДе. Вначале Тихонравов читал лекции для молодых инженеров, а с апреля стал руководить второй бригадой ГИРДа, правда, пока по совместительству. На постоянную работу ему удалось перейти только в июле 1933 года.

О работе М. К. Тихонравова в ГИРДе мы частично уже рассказывали, когда вспоминали о первой советской ракете с ЖРД (а точнее с гибридным ракетным двигателем – ГИРД-09 (обзор №1-18 1–10.07.2016).

Но кроме ракет с ЖРД у Михаила Клавдиевича были и другие проекты. В 1936 году во втором номере сборника «Реактивное движение» вышла его статья «Пути использования лучистой энергии для космического полёта». Поскольку перспективы создания солнечного паруса в 30-е годы были довольно туманными, Тихонравов предложил другой путь использования лучистой энергии космического пространства. Речь шла о трансформации этой энергии с помощью фотоэлементов в электрическую, которая затем превращается в тепловую путём нагрева газа в камере ракеты. Газ под давлением, выбрасываясь из камеры через сопло, создаёт необходимую для движения ракеты силу тяги.

Памятный знак на Нахабинском полигоне в честь запуска первых советских жидкостных ракет.Наиболее рациональным способом превращения электрической энергии в кинетическую энергию выбрасываемого вещества Михаил Клавдиевич считал разложение молекулы водорода на атомы с помощью вольтовой дуги. Полученный таким образом атомарный водород чрезвычайно нестоек, и он, выходя из поля действия вольтовой дуги, вновь рекомбинирует в молекулы водорода с выделением того тепла, которое было сообщено ему при разложении. Идеальная скорость истечения при этом получается равной 20540 м/с. Это гораздо больше, чем при горении водорода в кислороде, при соединении фтора с бором, при реакции водорода с озоном. Предложенный Тихонравовым двигатель имеет большие перспективы, особенно если удастся решить проблему использования водорода, находящегося в межпланетной среде.

В РНИИ, после объединения ГИРДа и ГДЛ, в 1938-1939 годах Михаил Клавдиевич возглавлял группу по исследованию устойчивости полёта пороховых ракетных снарядов и улучшению их кучности боя. Тихонравов и его сотрудники провели большую научно-исследовательскую работу, результаты которой были использованы при разработке гвардейских миномётов («Катюша»), так заметно проявивших себя в Великой отечественной войне.

В 1944 году произошла реорганизация РНИИ. Михаил Клавдиевич вместе с Н. Г. Чернышёвым руководил вновь созданным отделом ракет, ракетных двигателей и топлив. В начале 1945 года, группа сотрудников РНИИ под руководством М. К. Тихонравова, в которую входили Н. Г. Чернышёв, В. А. Штоколов, П. И. Иванов, В. Н. Галковский, Г. М. Москаленко, А. Ф. Крутов и др., приступили к разработке пилотируемого высотного ракетного аппарата в виде герметичной кабины с двумя стратонавтами. В качестве ракеты-носителя предполагалась одноступенчатая жидкостная ракета, рассчитанная для вертикального полёта на высоту до 200 км. Разумеется, за основу была взята конструкция немецкой баллистической ракеты А-4 («Фау-2»). Эти изыскания в середине 1945 года были оформлены в виде проекта высотной ракеты ВР-190.

Так могла выглядеть герметичная кабина ракеты ВР-190В этом проекте содержались решения, которые нашли применение в конструкции современных космических кораблей: парашютная система спуска, тормозной ракетный двигатель мягкой посадки, система разделения с помощью пироболтов, электроконтактная штанга для упредительного зажигания двигателей мягкой посадки, бескатапультная герметичная кабина с системами обеспечения жизнедеятельности стратонавтов в скафандрах, система стабилизации кабины за пределами плотных слоёв атмосферы с применением реактивных сопел малой тяги.

В 1946 году полковник Михаил Тихонравов стал сотрудником НИИ-4 Министерства обороны. Вместе с ним перешла и группа соавторов проекта ВР-190. В том же году, ещё до перехода в новый институт, вместе с полковником Николаем Чернышёвым, Тихонравов направляет И. В. Сталину рапорт под грифом «Совершенно секретно. Особой важности». Конструкторы уверяли, что практическая реализация проекта ВР-190 возможна в срок, близкий к году. Академия наук проект одобрила и рекомендовала Министерству авиационной промышленности его реализовать. Даже положительное решение вождя, распорядившегося осуществить проект, по каким-то причинам осталось неисполненным. Жаль, ведь суборбитальный проект человека в космос мог состояться примерно на 10 лет раньше, чем это сделал Алан Шепард (обзор №1-13 1–15.05.2016).

Несмотря на поддержку со стороны начальника НИИ-4 генерала А. И. Нестеренко, работа на новом месте не заладилась – очень уж тематика отличалась от направлений работ НИИ реактивного вооружения Академии артиллерийских наук.

В 1947 году Тихонравов вплотную занялся теорией составных ракет, заложенную ещё Циолковским. Несмотря на отсутствие современной вычислительной техники, сотрудники Тихонравова выполнили большой объём траекторных расчётов и задач оптимизации, и в конце 1947 года был выпущен предварительный расчёт. Несмотря на то, что работы поддерживались НИИ-88 и С. П. Королёвым, в 1949 году исследования по составным ракетам в НИИ-4 было велено прикрыть. Но, даже лишившись последней надежды на официальную поддержку, Тихонравов продолжал работать. Его помощниками были совсем немного молодых людей – учеников, которыми руководил помощник Михаила Клавдиевича, Игорь Марианович Яцунский. Здесь трудились и опытные сотрудники, которых Тихонравов знал ещё со времён ГИРДа, и начинающие инженеры, а также аспиранты Михаила Клавдиевича. Кстати, летом 1951 года аспирантом Тихонравова стал молодой инженер К. П. Феоктистов, а темой его диссертации стала теория движения искусственных спутников Земли.

В парке им. К.Э Циолковского. Слева направо: М. С. Рязанский, М. К. Тихонравов, С. П. Королёв, Н. И. Королёва, К. И. Трунов. Калуга, 15 сентября 1957 годаТихонравов и его сотрудники продолжали «факультативно» работать над обоснованием возможности создания жидкостной баллистической ракеты, способной достичь первой космической скорости и вывести на орбиту ИСЗ. А с сентября 1953 года, все эти работы получили официальный статус.

В 1956 году С. П. Королёв создаёт в своём ОКБ проектный отдел по разработке разных типов искусственных спутников Земли, автоматических межпланетных станций для полёта к Луне, Марсу, Венере и пилотируемых кораблей. На должность начальника этого отдела Сергей Павлович пригласил Тихонравова. Заместителем Королева по всем проектным делам назначается Константин Давыдович Бушуев.

В штат отдела было зачислено около 30 специалистов, средний возраст которых составил 26 лет, а возраст ответственных руководителей тем – 32-34 года.

Первые ИСЗ, космический корабль «Восток» и многие другие космические аппараты – всё это проектировалось в отделе Михаила Клавдиевича.

Встреча гирдовцев в день празднования 60-летия М. К. ТихонравоваЧерез несколько лет после запуска первого спутника, уже оставив работу в ОКБ-1, Тихонравов преподавал в МАИ. Здесь в апреле 1968 года шестеро студентов-энтузиастов решили создать космическое конструкторское бюро и сделать автономный малый спутник – лабораторию с научными приборами, телеметрией, командными радиолиниями. Чтобы привлечь к эксперименту больше людей, предусмотрели установку радиолюбительского автоматического приёмопередатчика. Проект получил название «ИКАР» — Исследовательский Космический Аппарат Радиолюбителей. Ректор МАИ И. Ф. Образцов предложил переименовать проект, так как Икар был первым в мире нарушителем лётной дисциплины. И спутник стал называться «ИСКРА» — Исследовательский Студенческий Космический Радиолюбительский Аппарат. Научным руководителем СКБ был назначен М. К. Тихонравов. К сожалению, старта первой «Искры» (27.10.1978) он не увидел. 4 марта его не стало.

Как ни странно, но главным трудом своей жизни конструктор Тихонравов считал не планеры-рекордсмены, не первую ракету и даже не первый спутник, а энциклопедический труд о бабочках, который он сам и проиллюстрировал.

В 1976 году в американском городе Аламогордо (Alamogordo), штат Нью-Мексико (New Mexico), был открыт Музей космонавтики. В его Зале Славы среди 35 портретов людей, внёсших наибольший вклад в исследования Вселенной, был и портрет Михаила Клавдиевича Тихонравова.


 

30 июля 1964 года – первые в СССР испытания газогенератора на газообразном водороде и жидком кислороде (СССР).

ЖРД 11Д57В планах повышения характеристик РН Н-1 была предусмотрена разработка верхней ступени с ЖРД, работающем на жидком кислороде и жидком водороде. Для осуществления этих планов были привлечены силы не только ракетных КБ, но и авиадвигательные проектные организации. Одним из таких КБ было НПО «Сатурн» (ныне «А. Люлька-Сатурн»).

В 1960 году КБ начало разработку проекта кислородно-водородного ЖРД РДУ-165. Когда работы подходили к концу, было получено новое задание – начать разработку кислородно-водородного ЖРД 11Д54 для третьей ступени РН Н-1. Впоследствии по требованию С. П. Королёва этот двигатель был переориентирован в маршевый для полёта пилотируемого корабля, выводимого также РН Н-1, на Луну. Двигатель получил индекс 11Д57. Три года ушло на перестройку опытного производства и создание испытательных стендов. С 1964 по 1967 год шли поисковые работы по выбору оптимальных решений организации рабочего процесса и технических задач – охлаждения и конструирования узлов. Работы эти носили не только расчётный и конструкторский характер, но и включали в себя огневые испытания предлагаемых конструкторских решений ответственных узлов двигателя.

ПГС ЖРД 11Д57

ПГС ЖРД 11Д57:
1 – камера сгорания; 2 – головка камеры сгорания; 3 – газовод; 4 – ТНА; 5 – турбина ТНА; 6 – насос горючего; 7 – насос окислителя; 8 – газогенератор; 9 – бустерный насосный агрегат (БНА); 10 – турбина БНА; 11 – насос водорода БНА; 12 – насос кислорода БНА; 13, 14 – регуляторы кислорода; 15 – клапан водорода; 16 – клапан кислорода; 17 – поворотное сопло; 18 – клапан кислорода газогенератора

ТНА ЖРД 11Д57К лету 1967 года 11Д57 был готов и в июле в НИИ химического машиностроения начались его огневые испытания. Они продолжались 100 месяцев. Вплоть до января 1976 года было проведено 416 испытаний 101 двигателя с общей наработкой 48067 секунд. Всеми работами руководил главный конструктор Михаил Афанасьевич Кузьмин (перешедший из КБ Н. Д. Кузнецова). Руководителем группы газодинамических расчётов был Михаил Михайлович Гойхенберг. Разработка ТНА велась под управлением Михаила Александровича Постникова.

Двухступенчатый центробежный насос водородаМногоразовый ЖРД 11Д57 работает по замкнутой схеме с дожиганием генераторного газа. Охлаждение камеры обеспечивается жидким водородом и жидким кислородом. Сброс водорода из камеры производится не в газогенератор, а в камеру сгорания через головку и завесы охлаждения. Схема охлаждения камеры обеспечивает работу газогенератора на «стабильных» компонентах, т.е. нет переменного разогрева при изменении режима, зависящего от разогрева в сопле камеры сгорания. Такая схема охлаждения камеры даёт возможность отработать «стабильный» режим дросселирования ЖРД от 20% до номинальной тяги.

Шнекоцентробежный насос жидкого кислородаВыбранная схема двигателя позволяет создать за основными насосами ТНА давление в 17,5…24 МПа.

За счёт охлаждаемого сопла двигатель стабильно работает во всём диапазоне рабочих режимов. Это позволяет профилировать и изготавливать сопла с различной степенью расширения. Такая схема позволяет удовлетворять потребности двигателя в топливе с помощью одновального, однотурбинного ТНА.

Наличие бустерного насосного агрегата в системе питания позволяет применить лёгкие баки с низким давлением и обеспечивать бескавитационную работу основных насосов.

Карданная подвеска двигателя обеспечивает его качание в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

Фрагмент камеры сгорания (цилиндрический участок камеры охлаждается жидким кислородом). Хорошо видны спрямляющая решётка генераторного газа, струйноцентробежные форсунки и один из поясов завесы, через которые водород поступает в камеру сгоранияОсновные технические характеристики двигателя: тяга в пустоте – 393 кН; удельный импульс в пустоте – 4562 м/с; соотношение компонентов – 5,8 (±10%); диапазон изменения давления в камере сгорания – +5,5%…-7,5%; давление в камере сгорания – 10 МПа (+10%…-20%); время работы – 800 с; сухая масса двигателя – 840 кг; геометрическая степень расширения сопла – 143,3.

На испытаниях 11Д57 максимальная наработка одного двигателя достигла 5293 с, а максимальное количество запусков одного двигателя – 11. К сожалению, испытаниями на стендах всё и ограничилось. Программа Н-1 была закрыта, а попытки модифицировать 11Д57 для применения на перспективных РН не увенчались успехом. Но мы ещё вернёмся как к модификации ЖРД 11Д57М, так и к не полетевшим новым ракетам.


 

При подготовке материалов были использованы следующие источники:

  1. Ракетно-космическая корпорация «Энергия» имени С. П. Королева 1946-1996. Под ред. Ю. П. Семенова. – «Меносовполиграф», 1996.
  2. В. И. Яздовский. На тропах вселенной. – М.: Фирма «Слово», 1996.
  3. А. И. Первушин. 108 минут, изменившие мир. – М.: «Эксмо», 2011.
  4. Владимир Хозиков. Догнать и перегнать Америку / Серия «Ракетные боги Кремля». – М.: «Эксмо», Яуза, 2004.
  5. Валерий Родиков. Тайные ведать пути… / Антология «Загадки звездных островов». Книга четвертая / Сост. Ф. Алымов. – М.: «Молодая гвардия», 1987.
  6. Н. С. Королева. С. П. Королев. Отец: К 100-летию со дня рождения: в 3-х кн. – М.: «Наука», 2007.
  7. Двигатели 1944-2000. Авиационные, ракетные, морские, промышленные. – М.: «АКС-Конверсалт», 2000.
  8. Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей / Под общ. ред. Г. Г. Гахуна. – М.: «Машиностроение», 1989.

 


« »



Оставьте свой комментарий

Вы должны быть авторизованы чтобы оставлять комментарии.

Рейтинг@Mail.ru