В этот день… №1-13 (1-15 мая)
И снова здравствуйте! Если, апрель самый «космический» месяц в году, то для отечественной ракетной техники самым «космическим» днём является 15 мая. Именно 15 мая 1957 года начались лётные испытания знаменитой ракеты Р-7, 15 мая 1987 года впервые успешно стартовала ракета «Энергия». Кроме того, вы узнаете и о других событиях, которые произошли в этот день.
03 мая 1949 года — первый старт ракеты «Викинг» (Viking, США).
Начиная с 19 апреля 1946 года, на полигоне Уайт Сандс (White Sands, США) проводились испытательные пуски трофейных ракет А-4 («Фау-2»), целью которых, в частности, было исследование верхних слоёв атмосферы. Благодаря приборам, установленным на ракетах, удалось получить достаточно обширный массив метеорологических данных. Кроме измерения температуры и давления воздуха производилось фотографирование поверхности Земли с больших высот и солнечного спектра, была измерена интенсивность космических лучей на больших высотах и взяты пробы воздуха до высоты 72 км.
Но запас А-4 уменьшался, и после согласования требований военных и учёных было выработано решение о подготовке двух новых и совершенно различных по типу ракет. Большую ракету было решено назвать «Нептуном» (Neptune), а маленькую — «Венерой» (Venus). Оба названия использовались только на стадии проектирования. Когда ракеты были изготовлены, они стали именоваться соответственно «Викинг» (Viking) и «Аэроби» (Aerobee).
В 1947 году производством «Викинга» занималась фирма «Гленн Л. Мартин» (Glenn L. Martin) в Балтиморе, а двигательной установкой для неё RMI 20000C1 (XLR10-RM-2) — фирма «Риэкшн Моторс» (Reaction Motors) в Нью-Джерси. Для того чтобы ускорить разработку в основу ракеты были положены общие характеристики А-4. В январе 1949 года первые «Викинги» были отправлены на испытательный полигон Уайт Сандс.
В ракете «Викинг» использовалось то же топливо, что и в А-4 — жидкий кислород и 75%-й водный раствор этилового спирта. Конструкция же существенно отличалась от немецкой разработки. Первые «Викинги» представляли собой узкий цилиндр диаметром 0,82 м и длиной от 13,8 до 14,8 м. Стартовый вес первого образца — 4380 кг. В отличие от независимых баков А-4, бак со спиртом ракеты «Викинг» был несущим. В последующих образцах «Викингов» бак для кислорода также делался несущим. От графитовых рулей ракеты А-4 отказались, т.к. они поглощали некоторую часть энергии ЖРД. Была применена установка двигателя RMI 20000C1 на карданном подвесе, что позволило управлять ракетой по тангажу и курсу. Для управления по крену имелись рулевые сопла, через которые истекал парогаз (продукт разложения перекиси водорода), отработанный на турбине ТНА.
Двигатель имел следующие технические характеристики: тяга — 93 кН; удельный импульс на земле — около 1990 м/с; номинальное время работы в полете — 70 с (для первой серии ракет) и 100 с (для второй серии); соотношение компонентов топлива — 1,11.
Первый пуск был назначен на 28 апреля, но из-за плохой погоды его отменили. 3 мая 1949 года первая ракета «Викинг» поднялась в воздух после некоторой задержки, вызванной неисправностью дренажных клапанов. Подъём прошёл удачно, однако через 54 секунды после старта, когда «Викинг» был уже на высоте 27 км, двигатель выключился. По этой причине максимальная высота полёта через 160 секунд после старта составила всего лишь 80 км, максимальная скорость ракеты равнялась 3600 км/ч.
Последующие пуски ракет «Викинг» протекали с большим успехом. Всего в 1949-1955 гг. было запущено 10 ракет с полигона Уайт Сандс и одна с корабля в Тихом океане. Максимальная высота подъёма ракеты «Викинг» первой серии — 219 км с полезным грузом 178 кг (1951 г.), ракета второй серии достигла высоты 254 км с полезным грузом 374 кг (1954 г.).
Последние две модифицированные ракеты «Викинг» использовались в 1956-1957 гг. для полётов по программе создания ракеты-носителя «Авангард» (Vangard).
05 мая 1961 года — первый полет астронавта Алана Шепарда (Alan Shepard) на КК «Меркурий» (Mercury, США).
С 01 сентября 1958 года, указом президента Эйзенхауэра, ответственность за осуществление космической программы была возложена на Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (National Aeronautics and Space Administration, NASA). Через месяц специалисты НАСА подготовили окончательный вариант проекта «Человек в космосе», который с середины декабря стал называться программой «Меркурий» (Mercury). В проекте подготовки запуска пилотируемого спутника можно увидеть элементы более ранних проектов Вернера фон Брауна (Wernher Von Braun), военно-воздушных сил и предшественника НАСА — НАКА — Национального консультативного совета по аэронавтике (National Advisory Committee for Aeronautics, NACA). Тем не менее, авторство приписывают сотруднику НАКА Максу Фаже (Max Faget), который ещё в 1957 году 
разработал эскизный проект космического корабля для суборбитального полёта (с помощью ракеты «Редстоун» — Redstone) и орбитального полёта (с помощью ракеты «Атлас» — Atlas). Основная нагрузка по проектированию и созданию КК была возложена на авиационную компанию «Макдонелл» (McDonell).
Планировалось вывести капсулу с пилотом на орбиту в первой половине 1960 года, но в заданный срок не уложились.
Впервые макет орбитального корабля «Меркурий» был запущен с мыса Канаверал 9 сентября 1959 года. В качестве носителя использовалась новая ракета «Атлас-Д» (Atlas D). Этот суборбитальный запуск прошёл успешно, и повторные испытания были отменены. Плановое развитие программы позволило фирме «Макдонелл» в апреле 1960 года начать разработку большого и долгоживущего КК «Меркурий Марк I» (Mercury Mark I) — прототипа орбитальной станции. Впоследствии этот проект лёг в основу программы «Джемини» (Gemini).
А затем начались проблемы — 29 июля 1960 года КК «Меркурий-1» разрушился в результате отказа РН «Атлас-Д» на 58-й секунде полёта. И что самое неприятное, причину отказа установить не удалось. 21 ноября 1960 года была предпринята попытка запуска КК «Меркурий-2» с армейской ракетой «Редстоун». В первые же секунды старта произошло выключение двигателя. И система аварийного спасения отстрелила капсулу. Разрушения стартового стола оказались незначительными, а «Меркурий-2» удалось восстановить и использовать в дальнейшем.
Следующий старт ракеты «Редстоун» состоялся 19 декабря 1960 года. Вся программа запуска была выполнена в полном объёме. Корабль достиг высоты 210 км и скорости 2,2 км/с.
Сразу решиться на суборбитальный полёт человека, несмотря на выход из графика, руководители НАСА не могли и 31 января 1961 года поместили в кабину «Меркурия-2» шимпанзе по кличке Хэм. Полёт прошёл не без приключений: двигатель ракеты отключился раньше времени, и система автоматического управления отстрелила капсулу с обезьяной. Кроме того, после приводнения капсула дала течь, и корабль едва не утонул.
Следующий запуск «Меркурия-2» на РН «Атлас-Д» состоялся 21 февраля. Он прошёл успешно. Но Вернер фон Браун, разработчик РН «Редстоун», настоял на ещё одном беспилотном запуске, который был осуществлён 24 марта 1961 года. Любопытно, что в марте 1961 года состоялись также успешные запуски двух беспилотных КК «Восток» (9 и 25 марта).
5 мая 1961 года ракета «Редстоун» подняла на высоту 186,2 км капсулу «Фридом-7» (Freedom 7 — «Меркурий-3»), в которой находился лётчик военно-морской авиации Алан Шепард. Первый американский космический полёт, как и планировалось, был суборбитальный и продолжался всего 15 минут. Полёт завершился приводнением А. Шепарда в 488 км от места запуска. Максимальная скорость полёта была 2,4 км/с. Максимальная перегрузка при торможении достигала 11 единиц.
Циклограмма траектории полёта РН «Редстоун» с КК «Меркурий»
| № поз. | Время, с | Траекторные фазы | Высота, км | Скорость, м/с | Удаление от места старта, км |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 0 | Старт | 0 | 0 | 0 |
| 2 | 143 | Отсечка тяги ДУ | 95 | 2020 | 55 |
| – | 144 | Отделение САС | – | – | – |
| 3 | 153 | Отделение КК | 117 | – | 75 |
| 4 | – | Разворот КК | – | – | – |
| 5 | – | Начало участка торможения | – | – | – |
| 6 | – | Высшая точка траектории | 187 | – | – |
| 7 | – | Включение тормозной ДУ | – | – | – |
| 8 | – | Отсечка тяги тормозной ДУ | – | – | – |
| 9 | – | Конец участка торможения | – | – | – |
| 10 | – | Отделение тормозной ДУ от СА | – | – | – |
| 11 | – | Аэродинамический управляемый полёт | – | – | – |
| 12 | – | Раскрытие вытяжного парашюта | 6,3 | – | – |
| 13 | – | Раскрытие основного парашюта | – | – | – |
| 14 | 15 мин 22 с | Приводнение СА | – | – | 486 |
При осуществлении суборбитальных полётов использовалась одноступенчатая РН «Редстоун-Меркурий». Стартовая масса около 30 т, сила тяги при старте — 347 кН. Топливо для работы ЖРД — спирт и жидкий кислород. Ракета «Редстоун» представляла собой улучшенный вариант ракеты А-4 (Фау-2). Создавалась она командой немецких специалистов под руководством Вернера фон Брауна. Двигатель ракеты разработан в конце 40-х — начале 50-х годов фирмой Рокетдайн (Rocketdyne) и также имел много общего с ЖРД ракеты А-4, не случайно его индекс был А-6.
Основные технические характеристики ЖРД А-6: тяга у земли 333,54 кН (у модификации А-7 — 347 кН); схема двигателя — открытая со сбросом генераторного газа; система подачи компонентов в камеру сгорания — турбонасосная; мощность турбины — 574 кВт; рабочее тело газогенератора привода ТНА — концентрированная перекись водорода; расход топлива — 136 кг/с; управление вектором тяги — газовыми рулями; сухая масса двигателя — 660 кг.
Ракета-носитель «Редстоун» использовалась только при запусках КК «Меркурий» по суборбитальным траекториям (05.05.1961 и 21.07.1961). Но конструкция ракеты применялась в качестве баков первой ступени РН «Сатурн-1» (Saturn) и «Сатурн-1В» (также разработки команды фон Брауна). Подробнее о семействе РН «Сатурн» поговорим позднее.
15 мая 1958 года — запуск искусственного спутника Земли «Спутник-3» — первой геофизической лаборатории (СССР).
30 января 1956 года вышло постановление правительства, предусматривающее в 1957-58 годах создание и вывод на орбиту ракетой Р-7 неориентированного спутника (объекта «Д») массой 100-1400 кг с аппаратурой для научных исследований массой 200-300 кг.
Общее научное руководство и разработка приборов для исследований космического пространства возлагались на Академию наук. Министерству оборонной промышленности поручалось создание самого спутника, а Министерству радиопромышленности — разработка телеметрической системы и командной радиолинии. Кроме того, постановление предусматривало создание на территории СССР 15-ти измерительных пунктов для слежения за спутником и получения телеметрической информации.
В июле 1956 года эскизный проект объекта «Д» был закончен, и новые космические подразделения ОКБ-1 приступили к разработке реальной конструкции. Но в конце 1956 года по результатам огневых испытаний двигателей РД-107 и РД-108 выяснилось, что удельный импульс, вместо необходимых 3040 м/с, составляет 2980 м/с. К тому же разработка научной аппаратуры задерживалась.
В. П. Глушко обещал довести удельный импульс до расчётного к весне 1958 года. В связи с этим для запуска объекта «Д» был назначен новый срок — 1958 год.
 |
|
Схема размещения научной аппаратуры спутника: |
Для того чтобы опередить американцев в космической гонке, в январе 1957 года С. П. Королёв предложил запустить на орбиту ИСЗ массой только до 100 кг. 15 февраля вышло постановление Совета министров о выводе простейшего спутника. Он и был запущен 4 октября 1957 года. А работа над объектом «Д» продолжалась. И в апреле 1958 года третий спутник должен был выйти на орбиту, но ещё «сырая», не завершившая весь цикл испытаний, ракета Р-7 не выполнила свою задачу. Удачной оказалась лишь вторая попытка, состоявшаяся 15 мая 1958 года.
Третий советский спутник рекордной массой 1327 кг был оснащён самой разнообразной научной аппаратурой. На нем были установлены 12 различных приборов, многоканальная телеметрическая система с запоминающим устройством, радиоаппаратура для точных измерений орбиты, радиопередатчик «Маяк», система терморегулирования, программно-временное устройство и другое бортовое оборудование. Длина спутника 3,57 м. Масса научной и измерительной аппаратуры с источником питания 968 кг. Высота апогея достигала 1881 км, наклонение плоскости орбиты 65,2°. Спутник просуществовал на орбите 691 сутки, совершив 10037 оборотов вокруг планеты.
С помощью спутника была проведена широкая программа исследований околоземного космического пространства (измерение давления и состава верхней атмосферы, концентрации заряженных частиц, космических лучей, магнитного и электростатического полей, метеорных частиц и др.). Проведённые измерения позволили установить наличие внешней зоны радиационного пояса Земли.
15 мая 1942 года лётчик Г. Я. Бахчиванджи совершил взлёт и полёт на первом советском ракетном самолёте БИ-1 (СССР).
Первый практический полёт с использованием ЖРД в Советском Союзе осуществили на ракетоплане РП-318-1 28 февраля 1940 г. Это был специально оборудованный спортивный планер СК-9 конструкции С. П. Королёва, в хвостовой части которого установили ракетный двигатель РДА-1-150. Двигатель, развивающий тягу 150 кг, разработали инженеры Л. С. Душкин и А. В. Палло на базе более раннего «опытного ракетного мотора» ОРМ-65 конструкции В. П. Глушко. Особенностью силовой установки, используемой на РП-318, являлась подача топливных компонентов (керосина и азотной кислоты) в камеру сгорания при помощи сжатого воздуха.
После проведения успешных полётов РП-318 информация о возможности использования ЖРД была доведена до всех конструкторов, занимающихся проектированием новых перспективных самолётов. 12 июля 1940 года постановлением Комитета Обороны СССР была определена направленность использования таких ракетных двигателей для создания специального истребителя-перехватчика. Задание на его разработку получила группа инженеров РНИИ под руководством М. К. Тихонравова.
В то же время, со второй половины 1940 года, конструкторы КБ-293 (руководитель В. Ф. Болховитинов) А. Я. Березняк и А. М. Исаев, разрабатывали в инициативном порядке проект истребителя-перехватчика с ЖРД. Перед тем, в 1940 году, они посетили РНИИ, где познакомились с конструктором Леонидом Душкиным, который работал над ЖРД с турбонасосной подачей топливных компонентов с расчётной максимальной тягой 1100 кг.
Если с камерой двигателя всё получалось более-менее благополучно, то с ТНА, который должен был обеспечивать подачу топлива в камеру сгорания под давлением 50 атмосфер, имелись существенные проблемы. Требовалось длительное время для его доводки, которого не было. Для ускорения работ по созданию истребителя пришлось отказаться от насосной подачи и вернуться к опробованному на РП-318 принципу вытеснения кислоты и керосина сжатым до 145-148 атмосфер воздухом из бортовых баллонов ёмкостью 115 литров. Вытеснительная система подачи была разработана А. М. Исаевым и М. В. Мельниковым. По причине большого объёма и веса воздушных баллонов выбранный вариант ограничивал количество бортового топлива, и время непрерывной работы двигателя не превышало 2-х минут! Значительно уменьшался радиус действия, и практическое применение перехватчика сузилось до околоаэродромных полётов. Этот вариант самолёта с двигателем Д-1А (конструкции Леонида Душкина и Владимира Штоколова) стал основным и получил обозначение БИ.
Эскизный проект ракетного самолёта был представлен в Наркомат авиапромышленности в первых числах июля 1941 года. Согласно расчётам взлётный вес машины составлял 1500 кг, длина старта 350 м, максимальная скорость у земли 900 км/ч, скороподъёмность 180 м/с.
После положительного решения Комитета Обороны, самолёт был изготовлен в течение 40 дней! Но двигатель ещё не был готов и первые испытания, начиная со второй половины сентября 1941 года, проводили в планерном варианте. В октябре все работы были прерваны в связи с обострившейся обстановкой на фронте. КБ-293 эвакуировали на Урал, в посёлок Билимбай, расположенный в 30 км от Свердловска (Екатеринбурга). Разместили всех в старом литейном заводике времён промышленников Демидовых. Предприятие к этому времени не работало и находилось в заброшенном состоянии.
Наибольшие проблемы были с силовой установкой. Главной задачей считалось изменение тяги ракетного двигателя от 400 кг до максимального значения 1100 кг. При этом требовалось обеспечить необходимую герметичность систем подачи азотной кислоты, постоянность давления топлива и многократность запусков. Была оборудована испытательная станция, на которой велись огневые испытания. От РНИИ испытаниями руководил Арвид Палло, а от ОКБ — инженер Алексей Росляков.
НИИ ВВС для испытания самолёта командировало капитана Григория Яковлевича Бахчиванджи, который едва не погиб 20 февраля 1942 года при запуске двигателя на испытательном стенде. Произошёл взрыв, несмотря на грамотные действия Бахчиванджи. Специальная комиссия, расследовавшая аварию, установила, что взрыв произошёл по причине усталостного разрушения камеры двигателя, который к этому моменту уже отработал положенный ему ресурс.
В марте 1942 года стенд был восстановлен, а в систему питания ЖРД были внесены необходимые изменения. На лётном экземпляре двигателя провели 14 огневых испытаний.
25 апреля самолёт был переправлен из Билимбая в Кольцово, где размещался НИИ ВВС. Первый полёт на истребителе БИ лётчик Бахчиванджи выполнил 15 мая 1942 года. Взлётная масса самолёта в первом полете была ограничена 1300 кг, а двигатель отрегулирован на тягу 800 кг. Полет продолжался чуть более 3-х минут. Согласно оценке Государственной комиссии первый полет БИ-1 полностью доказал возможность создания ракетного перехватчика и возможность его использования в военных целях. Предлагалось продолжить испытания опытных образцов и одновременно приступить к серийному изготовлению самолёта. Так, вслед за Германией, СССР стал второй страной мира, создавшей ракетный самолёт.
Для изготовления серии двигателей Д-1А использовали базу в Нижнем Тагиле, туда направили ведущим инженером А. В. Палло. Доводку силовых установок для опытных самолётов поручили А. М. Исаеву. Именно с этого момента Исаев начал специализироваться по ракетным двигателям, впоследствии он стал одним из ведущих советских специалистов в области ЖРД. Уже в 1944 году конструкторский отдел, руководимый А. М. Исаевым, разработал более совершенный двигатель РД-1 для модификации самолёта БИ-1.
Технические характеристики двигателя: диапазон изменения тяги — 5900-10800 Н; давление в камере сгорания — 1,57-1,9 МПа; удельный импульс — 2010 м/с; расход топлива — 5,4 кг/с; соотношение компонентов — 4,2; охлаждение камеры — регенеративное (камера сгорания охлаждается окислителем, сопло — горючим) совместно с завесным от форсуночной головки; воспламенение — электродуговое со стороны сопла; продолжительность непрерывной работы двигателя на переменном режиме — 200 с, на максимальном — до 70 с; общий ресурс работы — 18 мин.
К сожалению, при выполнении седьмого полёта 27 марта 1943 года лётчик-испытатель Г. Я. Бахчиванджи погиб. При скорости более 800 км/ч на самолёт начал действовать пикирующий момент, с которым лётчик справиться не смог. Причину катастрофы смогли точно определить при испытаниях модели самолёта БИ в аэродинамической трубе больших скоростей Т-106 ЦАГИ. Проведённые исследования показали, что затягивание в пикирование возникает при обтекании прямого крыла воздушным потоком на околозвуковых скоростях. Тогда с этим явлением столкнулись впервые. Поэтому предположить развитие трагических событий в полете Григория Бахчиванджи оказалось невозможно.
Впоследствии работы по самолётам БИ продолжились. Общее количество опытных лётных машин довели до семи экземпляров. Весной 1945 года на них были выполнены последние испытательные полёты. Серийное производство ракетных истребителей БИ так и не состоялось.
Полёты первого советского ракетного истребителя дали очень многое создателям авиационной и ракетной техники: информацию об особенностях полёта с большими скоростями, опыт создания новой техники и работы с агрессивными рабочими телами, и многое другое, чему невозможно научиться по учебникам. Но самое главное, на наш взгляд, это появление целого поколения ракетных конструкторов СССР. Вот неполный перечень фамилий молодых инженеров, участвовавших в разработке БИ-1: А. Я. Березняк (позже — руководитель МКБ «Радуга»), А. М. Исаев (руководитель КБ «Химмаш»), В. П. Мишин (первый заместитель С. П. Королёва), К. Д. Бушуев (заместитель С. П. Королёва по пилотируемой космической тематике), Б. Е. Черток (заместитель С. П. Королёва по системам управления ракетно-космической техники), М. В. Мельников (заместитель С. П. Королёва по двигателям), А. В. Палло (ведущий специалист ОКБ-1) и многие другие. О работах этих выдающихся специалистов мы ещё расскажем в последующих выпусках.
При подготовке материалов были использованы следующие источники:
- Дж. Хэмфрис. Ракетные двигатели и управляемые снаряды. — М.: Издательство иностранной литературы, 1958.
- А. В. Амброжевич. Развитие транспортных систем с ЖРДУ. — Харьков: Рукопись, 2007.
- С. П. Уманский. Ракеты-носители. Космодромы. — М.: «Рестарт+», 2001.
- G Brooks, James M. Grimwood, Loyd S. Swenson. Chariots for Apollo. A History of Manned Lunar Spacecraft. — Published as NASA Special Publication-4205 in the NASA History Series, 1979.
- А. М. Первушин. Битва за звезды: Космическое противостояние. — М.: ООО «Издательство АСТ», 2003.
- Б. Е. Черток. Ракеты и люди. Подлипки — Капустин Яр — Тюратам — Москва — М.: «РТСофт», 2011.
- Б. Е. Черток. Ракеты и люди. От самолётов до ракет — М.: «РТСофт», 2010.
- А. М. Первушин. Битва за звезды: Ракетные системы докосмической эры. — М.: ООО «Издательство АСТ», 2003.
- М. А. Маслов. Утерянные победы советской авиации. — М.: Яуза: Эксмо, 2009.
- Космонавтика. Энциклопедия. — М.: «Советская Энциклопедия», 1985.
| « | В этот день… №1-12 (16-30 апреля) | В этот день… №1-14 (16-31 мая) | » |
