Пятьдесят лет в космической баллистике, часть 1

Вернуться к 4 ЦНИИ

Перейти ко 2й части книги

Перейти к 3й части книги

---

Автор книги Анатолий Викторович Брыков — участник Великой Отечественной войны, лауреат Ленинской премии, заслуженный деятель науки и техники РСФСР, почетный академик и действительный член Академии космонавтики им. К. Э. Циолковского, доктор технических наук, профессор, ведущий научный сотрудник 4 Центрального научно-исследовательского института Министерства обороны Российской Федерации.

С 1949 года, после окончания Московского механического института, работал в одном из ракетных научно- исследовательских институтов Академии артиллерийских наук в так называемой группе Тихонравова. Эта группа объединяла молодых инженеров, которые занимались решением проблем только что зародившейся космонавтики.

Рассказывая о своей научной деятельности в 4 ЦНИИ и в 50 ЦНИИ КС в период становления и развития советской космонавтики, автор — ученик М. К. Тихонравова и непосредственный участник описываемых знаменательных событий — дает ответы на некоторые вопросы, связанные с тайнами наших успехов и неудач в освоении космоса.

Книга адресована всем читателям, интересующимся историей космонавтики.

Моя творческая научная деятельность сложилась так, что я оказался не только свидетелем событий, связанных с зарождением у нас в стране нового научного направления, за которым впоследствии утвердилось название «космическая баллистика», но и непосредственным участником этих событий. Как это случилось? Вот об этом и пойдёт речь.

Начало Великой Отечественной войны застало меня в городе Брянске. Был я тогда студентом Брянского института транспортного машиностроения, только что окончил второй курс обучения. И 2 июля 1941 года, ровно через десять дней после начала войны, нас, студентов и молодых рабочих, призвали на защиту Родины. Долгие четыре года шли мы сначала на восток, потом на запад.

В конце войны оставшихся в живых бывших студентов высших учебных заведений отпускали из армии на учебу. Я использовал предоставленную возможность продолжить учебу и в марте 1945 года поступил в Московский механический институт, преобразованный в 1948 году в Московский инженерно-физический институт (МИФИ). В 1949 году над дипломным проектом я работал в Конструкторском бюро Александра Давыдовича Надирадзе. 15 июня 1949 года успешно защитил дипломный проект и должен был приступить к практической работе в Конструкторском бюро А. Д. Надирадзе. Однако, как позднее выяснилось, представителю военного министерства из Академии артиллерийских наук было предоставлено право выбрать из выпускников нашего института лучших студентов для работы в недавно сформированном четвертом научно-исследовательском институте ААН, работавшем над исследованием проблем ракетного вооружения. А так как я окончил институт по специальности «Проектирование и производство ракетного вооружения» и получил диплом с «отличием», то, естественно, оказался в НИИ-4!

Институт был организован только в 1946 году, директор института — генерал Нестеренко Алексей Иванович, заместитель по научной работе — полковник Шор Яков Борисович. В институте было несколько управлений (специальностей — в прежней терминологии), каждому из которых был определён круг исследуемых проблем. Начальником управления, в одном из отделов которого для меня было отведено «место» младшего научного сотрудника, был Тихонравов Михаил Клавдиевич. Это управление разрабатывало проблемы жидкостных баллистических ракет, в его состав входило несколько отделов: отдел конструирования ракет, два отдела, занимавшиеся исследованиями проблем двигателей и топлива, и ещё один отдел — баллистический, который специализировался на разработке проблем, связанных с теорией полета жидкостных баллистических ракет.

Отдел ещё только формировался, состоял в основном из молодых инженеров, и вот 20 июля 1949 года я пополнил коллектив этого замечательного отдела. Именно он в скором времени стал первым подразделением страны, где зародилась космическая баллистика.


А. В. Брыков, 1940 г.

Следует отметить, что основную, наиболее важную исследовательскую работу отдел, в котором мне предстояло работать, выполнял под непосредственным руководством самого начальника управления М. К. Тихонравова. В скором времени я познакомился не только с самим Михаилом Клавдиевичем, но и с его творческой деятельностью в области ракетной техники. Оказалось, что он — известный ракетчик, по его проекту в нашей стране была создана первая жидкостная ракета «09», успешно, испытанная 17 августа 1933 года на полигоне в Нахабино под Москвой. Вдохновлённый первым успехом, в начале апреля 1934 года он выступил на первой Всесоюзной конференции по изучению стратосферы с докладом «Применение ракетных летательных аппаратов для исследования стратосферы», в котором определил, что летательные аппараты на ракетном принципе наиболее выгодно использовать там, где кончаются возможности других летательных аппаратов. Касаясь далее перспектив ракетной техники, указал на возможность в ближайшем будущем достижения высот полёта 100 км и более и затронул вопрос о возможности полёта человека на ракете.

Хотя в своих научных публикациях и в официальных выступлениях он ещё конкретно не высказывался по поводу полёта человека в космос в том понимании, как это сейчас принято, но мечту такую имел. И в одном из своих поздних воспоминаний он описал содержание своей беседы с С. П. Королёвым, в которой на вопрос: «Хотелось бы знать, кто будет проектировать и строить корабль для полёта человека в космос?» — они пришли к согласованному утверждению: «Обязательно доживём, будем проектировать и строить корабль, и увидим, как люди, (а может быть и мы) полетят в космос».

Запуск человека в космос был заветной мечтой М. К. Тихонравова.

И как только развитие ракетной техники достигло уровня, при котором появилась возможность осуществить первую часть своей мечты — полёт человека на ракете — Михаил Клавдиевич приступил к её реализации.

Великая Отечественная война подходила к концу, когда нашим ракетчикам удалось ознакомиться с достижениями ракетной техники Германии. В частности, с ракетой ФАУ-2, и не только «теоретически», но и «материально»: мы получили доступ к готовым образцам трофейных ракет ФАУ-2. В 1945 году Тихонравов с группой энтузиастов ракетной техники из РНИИ разработали проект высотной ракеты ВР-190, предназначенной для подъёма двух человек на высоту до 200 километров и состоящей из ракетной части и ракетной кабины. Предполагалось, что ракетная часть создаётся на базе модернизированной трофейной ракеты ФАУ-2, а в ракетной кабине предусматривалось специальное устройство для управления полётом в пустоте, приспособление для мягкой посадки на Землю, тормозной двигатель и специальное амортизирующее шасси. Высокая автоматизация управления полётом сочеталась с широкими возможностями ручного управления. Прямо прообраз космического аппарата!


М. К. Тихонравов с женой О. К. Тихонравовой в музее у макета ракеты «09», г. Калуга, 1966 г.

Проект высотной ракеты ВР-190 получил поддержку академиков Л. А. Орбели, В. Р. Фесенкова, Н. Д. Папалекси, профессоров В. В. Стрельцова и Н. П. Вернова. Однако реализация проекта оказалась очень сложным делом. Требовалось создание специальной лаборатории. Даже, несмотря на интерес И. В. Сталина к проекту, нужных средств после только что окончившейся войны у государства не нашлось.

К моменту моего прихода в отдел вопросы реализации полёта человека на ВР-190 отошли на второй план. Теперь Михаил Клавдиевич с группой сотрудников (И. М. Яцунский, Г. Ю. Максимов, Л. Н. Солдатова, Я. И. Колтунов к ним присоединился и я) работали над второй частью своей мечты — запуск человека в космос!

Уровень отечественной ракетной техники (да и мировой!), достигнутый к концу 1940-х годов, ещё не мог обеспечить осуществление этой мечты. Мы располагали находящейся в отработке ракетой Р-1 и в стадии проектирования были ракеты Р-2 и Р-3. Поставленную задачу можно было решить только с использованием многоступенчатой жидкостной баллистической ракеты, способной вывести на орбиту искусственного спутника Земли космический корабль с человеком на борту. Тихонравов, основываясь на малоизвестных работах К. Э. Циолковского, предложил очень плодотворную идею создания такой ракеты на базе существовавшего в то время технического уровня советского ракетостроения. Эта идея состояла в переходе на новый, нетрадиционный путь компоновки составной ракеты по схеме так называемого "пакета”. Первые же исследования, выполненные группой молодых инженеров отдела под руководством М. К. Тихонравова, привели к удивительному выводу: по состоянию уровня ракетостроения на начало 1950-х годов возможно создание составной баллистической ракеты, способной обеспечить достижение первой космической скорости!

Предварительные результаты были доложены Тихонравовым в 1948 году на НТС института, где идея «пакетной» схемы была фактически отвергнута учеными института (на исследования по этой тематике был наложен запрет), и вторично состоялся доклад на первой научно- технической конференции НИИ-4 в марте 1950 года. Аудитория, на которой были представлены специалисты всех основных ведомств страны, причастных к созданию и эксплуатации ракетной техники, ответила настороженным шумом, когда Тихонравов сформулировал свой вывод, и бурным негодованием вся аудитория отреагировала на заключительные слова докладчика «…о возможности полёта человека в космос!»


Проект высотной ракеты ВР-190. Кабина для полета двух пилотов. 1945 г.

После обсуждения (скорее — осуждения) доклада один из руководителей закончил своё выступление словами: «Думаю, что всё это фантастика! Никому не нужная затея!» Эти слова были встречены аплодисментами. Не вызывала восторга эта идея не только у большинства специалистов ракетной техники, но и у широкой научной общественности.

И действительно, после такой тяжелой, разорительной войны казалось абсурдным тратить колоссальные государственные деньги на реализацию этой фантастической, возможно даже авантюристической идеи!

Далее, как обычно это у нас бывает, последовали репрессии. М. К. Тихонравова с должности начальника управления сняли, оставили его лишь консультантом нашего отдела, сотрудникам отдела, разрабатывавшим под руководством Михаила Клавдиевича проблемы, касающиеся возможности создания спутника Земли, было категорически запрещено заниматься этими проблемами, а контроль поручили выполнять Александру Захаровичу Краснову, бывшему заместителю Тихонравова, который теперь был назначен начальником управления вместо Тихонравова.

Этот «запрет» и «освобождение» Михаила Клавдиевича от руководства большим научным коллективом только сплотило нас, и в отделе фактически образовалась «подпольная корпорация», члены которой (впоследствии члены «группы Тихонравова»), выполняя свои плановые исследовательские работы, продолжали работать и над запрещенной тематикой.

Наши разработки проблем многоступенчатых ракет «пакетной» схемы, оформленные в виде научных отчетов, в начале 1951 года были направлены в ОКБ С. П. Королёва. Кроме «негативных последствий» для М. К. Тихонравова и его коллектива, эти разработки имели и «положительную составляющую». В них содержались первые зачатки космической баллистики. Так, разработанный И. М. Яцунским приближенный метод определения оптимальных параметров составных ракет «пакетной» схемы позволял при заданном числе ступеней определить оптимальное распределение масс между ступенями и наиболее выгодный расход топлива. На базе этого метода для двухступенчатого «пакета» из трёх ракет Р-3 (проектные параметры разработки ОКБ С. П. Королёва ракеты Р-3 с дальностью стрельбы 3 тыс. км) была показана возможность достижения первой космической скорости. Исследования Г. Ю. Максимова по определению оптимальных условий вывода искусственного спутника Земли на заданную круговую орбиту содержали математическую модель для выбора оптимального распределения между потребной скоростью ракеты в конце активного участка и потребным значением импульса для перевода спутника с переходного эллипса на заданную круговую орбиту. Им же была рассмотрена и задача спуска спутника (или его части!) с круговой орбиты на Землю с определением потребного импульса торможения при минимальном отклонении от расчетного места спуска.

По моему глубокому убеждению, эти «зачатки» космической баллистики в нашей стране появились впервые и, как это ни парадоксально, именно наш НИИ-4 оказался первым научным институтом, положившим начало успешному развитию космической баллистики.


Члены «группы Тихонравова»: (сидят, слева направо) Я. И. Колтунов, Л. Н. Солдатова, И. М. Яцунский, (стоят) Г. Ю. Максимов, А. В. Брыков

А вскоре нашей группе и нашему институту крупно повезло. Этому способствовали два обстоятельства. Во-первых, Сергей Павлович Королёв очень хорошо отнесся к идее Тихонравова, доклад Михаила Клавдиевича ему очень понравился и он обещал Тихонравову поддержку. Высокую оценку получили и представленные ему наши разработки. Во-вторых, к этому времени в мире складывалась такая ситуация, что в условиях напряженного международного положения наша страна оказалась практически под угрозой атомного нападения со стороны США при полном отсутствии возможности нанести ответный атомный удар по объектам на территории США. Для исключения такой угрозы необходимо было создание межконтинентальной баллистической ракеты с дальностью стрельбы порядка 8…10 тысяч километров. И сделать это нужно было оперативно!

И вот теперь начатые Тихонравовым исследования возможности создания многоступенчатых жидкостных баллистических ракет дальнего действия на основе «пакетной» схемы оказались очень кстати! Сергей Павлович заказал нашему институту (а фактически, нашему коллективу) научно-исследовательскую работу по определению возможности создания межконтинентальной жидкостной баллистической ракеты «пакетной» схемы. У нас появилась возможность, разрабатывая эту тему, официально решать и вопросы вывода космических аппаратов на орбиту искусственного спутника Земли, так как межконтинентальная баллистическая ракета требуемой дальности практически всегда может служить ракетой-носителем.

А несколько позже, 16 сентября 1953 года мы узнали, что с начала будущего года в институте открывается заданная С. П. Королёвым новая тема: «Исследования по вопросу создания искусственного спутника Земли». А начинать работать по ней нам разрешили, не дожидаясь официального открытия темы. Сергей Павлович выполнять свои обещания не забывал!

Так, практически в самом начале своей научной деятельности, я оказался в коллективе, которому предстояло участвовать: во-первых, в решении одной из самых актуальных проблем, связанных с обеспечением безопасности нашей страны, и во-вторых, в проведении исследований по совершенно новому научному направлению — обоснованию возможности создания искусственного спутника Земли на базе современного развития науки и техники.

Это было начало работ, которые привели к созданию в стране самой совершенной в мире межконтинентальной баллистической ракеты Р-7, в отработке и испытаниях которой активное участие принимал наш институт — НИИ-4 Министерства обороны.

Так как я окончил специализированное по ракетной технике высшее учебное заведение, то достаточно быстро ознакомился с разработками отдела. Однако идея Тихонравова, касающаяся принципа «пакетной» схемы многоступенчатой жидкостной баллистической ракеты, была для меня совершенно незнакома. Мне очень хотелось разобраться в её сути. Оказалось, что она, как все гениальные идеи, очень проста!


С. П. Королев, 1953 г.

Действительно, к началу 1950-х годов многие передовые страны уже в совершенстве освоили производство и использование одноступенчатых жидкостных баллистических ракет и создали необходимую производственную базу для их изготовления. Успешно проходило и дальнейшее совершенствование таких ракет, в основном, в направлении повышения дальности стрельбы, улучшения характеристик рассеивания и повышения надёжности эксплуатации этих ракет. Однако, теоретические разработки по составным ракетам последовательной схемы (первая ступень отрабатывает свой ресурс и отбрасывается, включается вторая ступень, работающая так же до полного израсходования топлива, затем следующая и т. д.), показали ряд принципиальных трудностей, которые были не только чисто техническими, но и связанными с отработкой новых технологий, нового технического оснащения и новых принципов обслуживания при особо неблагоприятных условиях обеспечения требуемой надёжности. По мнению Тихонравова, надёжную двухступенчатую межконтинентальную баллистическую ракету «последовательной схемы» в начале 1950-х годов построить было невозможно. И было принято решение использовать «пакетную» схему. С. П. Королев, 1953 г.

История подтвердила справедливость такого решения. Действительно, созданная в середине 1950-х годов (решение о начале работ — 1954 г., первый удачный пуск — август 1957 г.) межконтинентальная двухступенчатая баллистическая ракета Р-7 «пакетной» схемы решила основную задачу, касающуюся обороны страны, а также задачу достижения первой космической скорости (4 октября 1957 года Р-7 обеспечила вывод на орбиту первого в мире ИСЗ). Однако, как боевая она имела существенные недостатки, и в мае 1959 года принимается решение о создании межконтинентальной двухступенчатой баллистической ракеты с последовательным расположением ступеней — Р-16. В конце 1950-х — начале 1960-х годов наша промышленность, опираясь на опыт создания одноступенчатых ракет средней дальности Р-12 и Р-14, уже могла решить и эту более сложную задачу. Первое испытание Р-16, состоявшееся 24 октября 1960, года оказалось неудачным. Ракета взорвалась при старте, погибли люди, в том числе маршал М. И. Неделин и ряд ведущих разработчиков ракеты Р-16. Завершилась разработка Р-16 лишь к концу 1961 года.

Идея «пакетной» схемы состояла в «объединении» в одно целое («пакет») нескольких баллистических одноступенчатых жидкостных ракет, уже имеющих производственную базу и все условия для отработки в полёте, с обеспечением одновременного включения двигателей всех составляющих ракет «пакета» на старте, с последующим переливанием топлива в полёте из вспомогательных ракет в основную (несущую боевой заряд) и отбрасыванием освободившихся от топлива вспомогательных ракет. Для создания такой межконтинентальной баллистической ракеты необходимо было, во-первых, найти соответствующий принцип «объединения» составляющих «пакет» одноступенчатых ракет в целую единую систему и, во-вторых, «научить» эту систему летать! При этом М. К. Тихонравов проанализировал возможности практического решения этой задачи и показал, что сформулированные требования выполнить легче, чем создать такую же ракету по схеме последовательного расположения ступеней.

Тщательные исследования по научному обоснованию своих предварительных разработок возможности создания межконтинентальной баллистической ракеты «пакетной» схемы М. К. Тихонравову удалось начать лишь в сентябре 1947 года, когда к этим работам подключился Игорь Марианович Яцунский. Именно он под руководством Михаила Клавдиевича разработал методологию выбора и оценки основных конструктивных и баллистических характеристик составных ракет «пакетной» схемы. Несколько позднее к этим работам подключились молодые инженеры отдела: Глеб Юрьевич Максимов (система управления), Лидия Николаевна Солдатова (оценки аэродинамических характеристик и системы переливания топлива), Ян Иванович Колтунов (проблема старта) и я.


И. М. Яцунский, 1960 г.

Мне в реализации идеи Тихонравова пришлось заниматься рядом вопросов, связанных как с проблемой «объединения» одиночных ракет в единый «пакет», так и с проблемой «обучения» его летательному искусству. И. М. Яцунский, 1960 г.

В проблеме «объединения» основное требование — обеспечить надёжность разделения ступеней «пакета». «Пакетная» схема двухступенчатой ракеты, в частном случае состоящей из двух ракет, основной и вспомогательной, предусматривала, что второй ступенью должна быть основная ракета, несущая боевую часть, и к моменту разделения ступеней (отделение вспомогательной ракеты) она должна быть полностью заправлена топливом. Поэтому, если обе, составляющие «пакет» ракеты были одинаковые (например, Р-2) и их двигатели при старте включились одновременно, то перед разделением, когда в баках каждой ракеты останется около половины топлива, его требовалось перелить из вспомогательной ракеты в основную, а затем «отбросить» вспомогательную ракету. Чтобы основная ракета смогла выполнить свою боевую задачу — поражение цели, необходимо было разделение ступеней произвести: во-первых, без механического повреждения основной ракеты, во-вторых, обезопасить «пакет» от возникновения пожара при переливании топлива и, в-третьих, после разделения не допустить у основной ракеты возникновения возмущений, с которыми не справилась бы система управления.

В мою задачу входило рассмотрение различных схем составления «пакета» из одинаковых ракет, оценка обеспечения требований надёжности, в частности, оценка возмущений у основной ракеты после разделения, определение весовых характеристик связей (элементов конструкции, объединяющих отдельные ракеты в «пакет»), а также выбор тех предложений для дальнейшего рассмотрения, которые окажутся наиболее простыми в реализации. Полученные при этом характеристики использовались: Максимовым — для оценки устойчивости полёта «пакета» после разделения, Солдатовой — для определения способов переливания топлива и оценки аэродинамических характеристик «пакета», Колтуновым — для анализа возможностей надёжного старта «пакета».

Мой анализ набора различных схем «пакета», составленного из двух или трёх ракет (рассматривались в частности реальная ракета Р-2, и проектный вариант ракеты Р-3), проводился методом математического моделирования движения «пакета» при различных схемах разделения. Исследовались такие схемы относительного движения ракет: а) по «направляющим»; б) за счет «расталкивания» их жесткими шарнирными связями; в) за счет динамического развода ракет специальными пороховыми движками; г) за счет крепления на шарнирных пироболтах, а также некоторые комбинации этих вариантов. Полученные результаты обсуждались в ОКБ С. П. Королева с создателями Р-7 в самом начале её разработки.


Схема пакета из трех ракет Р-3, предложенная в 1951 году М. К. Тихонравовым для создания межконтинентальной жидкостной баллистической ракеты в ОКБ-1

Надо отметить, что я рассматривал и вариант разделения, аналогичный принятому на ракете Р-7, и дал ему оценку как самого простого и надёжного с точки зрения конструктивного исполнения, но не обеспечивающего высокой надёжности в процессе динамики полёта при отделении вспомогательных ракет. В ряде рассмотренных вариантов (после выключения двигателей вспомогательных ракет и освобождения креплений вспомогательных ракет) основная ракета из-за несимметричного отхода от неё боковых ракет получала недопустимо большие возмущения.

При совместном анализе с конструкторами ОКБ С. П. Королева такой схемы соединения ракет в «пакет» мы к компромиссу не пришли. Однако, видимо, так и должно было быть: я рассматривал вариант создания «пакета» из одинаковых ракет, а сама ракета Р-7 была скомпонована из разноразмерных элементов. Конструкторы ОКБ-1 предложили вариант, который оказался очень надёжным и наиболее простым из всех рассмотренных. Итак, наши общие усилия завершились разработкой двух вариантов проекта экспериментального «пакета» из трёх ракет: первый вариант — «пакет» из трёх ракет Р-2 с предельной дальностью полёта 1540 км, второй — «пакет» из трёх ракет Р-3 с предельной дальностью полёта порядка 8000 км. Кроме компоновочных схем и описания всех элементов этих вариантов «пакета», мною были составлены и данные о весовых характеристиках связей, «объединяющих» три ракеты в «пакет».

В 1951 году три тома научного отчета, куда вошли разработки всех участников группы М. К. Тихонравова, были представлены в ОКБ-1 С. П. Королёву. Этот отчет содержал совершенно уникальные по тому времени разработки, в частности, методику оптимизации параметров пакета, с использованием которой и были выбраны параметры указанных выше двух вариантов экспериментального «пакета» из трёх ракет.

На базе содержащегося в отчете варианта пакета из трех ракет Р-3, разработанного под руководством М. К. Тихонравова предполагалось создать в ОКБ Королева межконтинентальную баллистическую ракету (см. А. В. Карпенко, А. Ф. Уткин, А. Д. Попов «Отечественные стратегические ракетные комплексы» Санкт-Петербург, 1999, стр. 34.) Над решением проблемы «обучения летному искусству» составной ракеты типа «пакет» работали все члены нашей группы. Здесь уже, естественно, эта проблема рассматривалась применительно к межконтинентальной баллистической ракете «пакетной» схемы с дальностью стрельбы 8…10 тысяч километров. В первую очередь рассматривались новые для ракетостроения особенности «пакетной» схемы, которые ранее совершенно не исследовались.


Члены «группы Тихонравова»: (стоят, слева направо) Г. М. Москаленко, О. В. Гурко, И. К. Бажинов; (стоят) В. Н. Галковский, Г. Ю. Максимов, Л. Н. Солдатова, М. К. Тихонравов, И. М. Яцунский

При обсуждении докладов М. К. Тихонравова на НТС НИИ-4 в 1948 году и в марте 1950 года на конференции в НИИ-4 наиболее «яркие» критические замечания касались: старта «пакета» («пакет» не взлетит из-за интерференции газовых струй двигателей; «пакет» опрокинется из-за разности тяг двигателей составляющих ракет); участка разделения ступеней («пакет» сгорит при переливании топлива или разрушится при отделении вспомогательных ракет из-за столкновения с основой), управления полётом (такая мало аэродинамичная конструкция — доска «не пройдёт» через атмосферу, не удастся «погасить» возмущения при разделении и обеспечить требуемую точность стрельбы). На все эти вопросы (да мы знали и другие «слабые» места) требовалось найти ответы.

Во второй половине 1951 года наша группа пополнилась двумя новыми сотрудниками. Игорь Константинович Бажинов (самолетчик) и Олег Викторович Гурко (двигателист) только что окончили МАИ, были приверженцами идей Михаила Клавдиевича и целенаправленно пробили себе дорогу в группу Тихонравова. Они вместе с нами включились в решение всех вопросов. С приходом И. К. Бажинова и О. В. Гурко у нас в НИИ-4 окончательно сформировался коллектив, известный в ракетно-космической науке как «группа Тихонравова». Отсутствие на фотографии автора этих строк объяснится какими-то неизвестными автору «объективными» причинами.

Особо следует отметить, что наши разработки, касающиеся обоснования возможности создания межконтинентальной баллистической ракеты, выполнялись с учетом перспективы использования этой ракеты для вывода космических аппаратов на орбиту искусственного спутника Земли. Поэтому многие из них следует рассматривать «вкладом» как в ракетную, так и в космическую баллистику.

В задаче обоснования возможности создания составной жидкостной межконтинентальной баллистической ракеты, предназначенной к использованию её как боевого оружия, должна быть решена еще и совершенно новая проблема для такого класса ракет — проблема изыскания способа уменьшения рассеивания точек падения боевой части, обусловленного погрешностями исполнения команды на окончание активного участка полета — которую предстояло решать мне. Чтобы понять суть этой проблемы, необходимо рассмотреть задачи, возникающие при переходе от стрельбы «обычными» ракетами к стрельбе межконтинентальными ракетами.

В начале 1950-х годов наши отечественные баллистические ракеты имели наибольшую дальность полёта около 600 километров. Переход же на межконтинентальные ракеты с дальностью стрельбы порядка 10 тысяч километров, то есть увеличение дальности стрельбы более чем в 15 раз, ставил перед разработчиками ряд трудно-разрешимых задач, обусловленных столь резкими изменением дальности стрельбы. Так, начальный вес ракеты необходимо было увеличить (при переходе на двухступенчатую схему) более чем в 13 раз (здесь, конечно, играет роль, и вес боевой части). Кроме того, такой переход при тех же принципах управления приводит к увеличению рассеивания. Если увеличение веса ракеты есть естественное следствие достижения больших дальностей стрельбы и на настоящем уровне ракетостроения альтернативы не имело, то существенное увеличение рассеивания было принципиально недопустимо, ибо «допустимое» рассеивание определяется только размерами поражаемых целей и не зависит от дальности.

Таким образом, одной из проблем на пути создания межконтинентальной баллистической ракеты оказалась проблема уменьшения рассеивания. Задача довольно сложная. Если ошибка скорости в конце активного участка один метр в секунду на дальности 600 километров даёт отклонение от цели 0,4 километра, то для межконтинентальной ракеты это отклонение составит около 6 километров. Следовательно, для получения тех же точностей стрельбы, что и у существующих ракет, необходимо повысить точность реализации параметров конца активного участка (в пересчете на скорость) в 15 раз. Это ещё в предположении одинаковых ошибок в конце активного участка. В действительности при той же системе управления эти ошибки будут ещё больше.

Как же решить эту проблему? Имеется два фактора, используя которые можно добиться успеха.

Очевидно, что наиболее просто эта задача решается, если систему управления строить так, чтобы в конце активного участка она вырабатывала команду, обеспечивающую поражение цели при условии мгновенного выключения двигателей. Тогда (при пренебрежимо малых погрешностях пассивного участка полёта) рассеивание будет определяться только погрешностями системы управления и, следовательно, выбрав соответствующим образом, параметры системы управления, можно будет обеспечить требуемую точность стрельбы. Но мгновенно двигатель выключить невозможно, процессы догорания топлива приведут к значительным погрешностям в конечной скорости и увеличению рассеивания.

Во избежание этого на практике переходят на ступенчатое выключение двигателя. Вначале вырабатывается команда на существенное уменьшение тяги, а затем, когда стабилизируется малый режим работы двигателя, вырабатывается команда на окончательное его выключение. И в этом случае, конечно, двигатель мгновенно не выключается и будет ещё некоторое время работать в неустановившемся режиме, пока не завершится догорание остатков топлива, и, как следствие, ракета получит какой-то дополнительный импульс — «импульс последействия».

Однако в этом случае проблема уже разрешима, так как сам импульс последействия будет значительно меньше. Если при выборе команды на окончательное выключение двигателя учесть среднее значение импульса последействия и обеспечить, чтобы величина отклонения действительного импульса от принятого среднего значения для каждой ракеты не превосходила ошибок, обусловленных работой системы управления, то, очевидно, цель будет достигнута.

Использование ступенчатого выключения двигателей при окончании активного участка у межконтинентальной баллистической ракеты не обеспечивает возможности сделать ошибки, обусловленные разбросом импульса последействия, меньше, чем ошибки системы управления. Теперь оказалось, что разброс импульса последействия является основным, доминирующим фактором и требуемую точность поражения цели обеспечить не удаётся.

Таким образом, проблема достижения требуемой точности стрельбы имела два аспекта: необходимо было либо найти такие пути управления движением ракеты на активном участке, чтобы ошибки в выработке команды на выключение двигателя в конце активного участка находились в требуемых пределах, либо обеспечить условия, при которых отклонения точек падения боевой части за счет разброса импульса последействия были бы меньше, чем отклонения, обусловленные погрешностями системы управления. Естественно, что при этом требовалось учитывать существующие технические возможности реализации предлагаемых методов парирования возмущений.

Мне предстояло найти способ парирования влияния разброса «импульса последействия». Проанализировал все традиционные пути, но решения не было видно. Конечно, можно было эту проблему переадресовать двигателистам, поставив требование уменьшить разброс импульса последействия до требуемых пределов. Однако Михаил Клавдиевич, да и мы все, понимали, что это не выход. Уж очень сложной казалась задача добиться исключительно высокой (как это требовалось в данном случае) точности в величине импульса последействия при неустановившемся режиме догорания остатков топлива. Надо было искать другие подходы.

И как только я свернул с традиционного пути, решение пришло: надо нейтрализовать влияние работы двигателя на движение отделяющейся боевой части сразу же после получения команды на окончание активного участка! Как же это сделать?

На первый взгляд, довольно просто: нужно на корпусе ракеты установить небольшие пороховые реактивные движки, которые включались по команде от системы управления и создавали бы тягу, превосходящую тягу основных двигателей и противоположную движению. При этом связи, удерживающие боевую часть в соединении с корпусом ракеты, должны освобождать боевую часть ракеты несколько раньше включения движков. Тогда корпус ракеты начнёт тормозиться, а боевая часть будет продолжать движение по требуемой траектории. Но задача будет полностью решена лишь в том случае, если задержка выхода тяги движков на требуемый режим будет достаточно малой. Принципиально такой способ обеспечивал решение задачи, что подтверждали проведённые мною расчеты.

Необходима, конечно, была и экспериментальная проверка некоторых положений. В частности, нужно было оценить величину временной задержки выхода на режим тяги движков. Такие эксперименты были мною выполнены. Суть их сводилась к исследованию путей увеличения скорости выхода тяги пороховых движков на расчетный режим. Оказалось, что у существующих пороховых двигателей неприемлемо большой разброс времени от момента подачи команды на воспламенение заряда до момента достижения требуемого значения тяги.

Эксперименты проводились на стендах нашего института, со штатными движками снаряда М-13 от знаменитой «Катюши». Анализ причин разброса указанного временного интервала определил, что он обусловлен большим свободным объемом камеры сгорания и наличием связи её с атмосферой. Из-за этого, во-первых, медленно горит воспламенитель и, во-вторых, неравномерно воспламеняются пороховые шашки. Причины эти устранялись увеличением давления в камере. Выход был прост: воспламенитель нужно поместить в замкнутый объем форкамеры, отделив его от пороховой камеры мембраной, которая обеспечит быстрый подъем давления в форкамере, и по достижении определённого давления откроет доступ продуктам горения в пороховую камеру, также пока загерметизированную. Быстрое повышение давления в пороховой камере гарантирует равномерное воспламенение пороховых шашек и повышение скорости горения уже в начале процесса. Задача эксперимента состояла в подборе объёма форкамеры, навески воспламенителя, давления разрыва мембраны, а следовательно, и её характеристик, предельного давления для разгерметизации пороховой камеры. Для корректного проведения эксперимента очень важным обстоятельством была необходимость использования безинерционной измерительной аппаратуры. Проведенные эксперименты подтвердили надёжность предложенного способа, а обработка результатов дала количественную оценку искомых параметров. Эффект достигался за счет некоторого увеличения веса ракеты, так как на ней требовалась установка дополнительных движков, но это не шло ни в какое сравнение с необходимостью проведения сложнейших работ по стабилизации импульса последействия за счет доработки двигателей.

Моё предложение изменить схему отделения боевой части межконтинентальной баллистической ракеты очень понравилось М. К. Тихонравову и, несмотря на негативное отношение ведущих разработчиков ракеты Р- 7 в ОКБ Королёва (требовалось некоторое увеличение веса ракеты за счет пороховых движков), принявших традиционный способ отделения боевой части, Михаил Клавдиевич посоветовал мне положить эту разработку в основу кандидатской диссертации и всемерно поддержал мои исследования в этом направлении.


Стратегические двухступенчатые жидкостные баллистические ракеты:
а) пакет из трех ракет Р-3 (проект Тихонравова);
б) ракета Р-7 (конструкция ОКБ-1 Королева);
в) ракета Р-16 (конструкция КБ Янгеля)

Эти разработки стали известны сотрудникам Конструкторского бюро М. К. Янгеля. Представители КБ несколько раз приезжали к нам в институт, знакомились с моими наработками, и как только я защитил кандидатскую диссертацию, затребовали её в своё КБ. Я не знал, как они использовали полученные материалы. И лишь через несколько лет Павел Ефимович Эльясберг, в дискуссии о качестве кандидатских диссертаций, высказал идею, что моя диссертация хороша как классический пример кандидатской диссертации: в ней рассматривается актуальнейшая задача, корректно выполнена теоретическая часть, содержатся экспериментальные исследования, обосновывающие возможность достижения требуемых точностных параметров системы отделения, и, главное, высокая степень реализации. И здесь он мне сказал: «Предложенная Вами, Анатолий Викторович, методика отделения боевой части реализована на боевой ракете Р-16, разработки М. К. Янгеля!»

Межконтинентальная двухступенчатая жидкостная баллистическая ракета Р-16 была первой советской составной двухступенчатой ракетой, выполненной по тандемной схеме (последовательное расположение ступеней). Её испытания проводились с октября 1960 до конца 1961 года. В 1961 году был поставлен на дежурство первый ракетный полк с МБР Р-16, а ракетный комплекс был принят на вооружение. Межконтинентальная ракета Р-16 была создана достаточно оперативно (Постановление СМ СССР «О разработке комплекса» от 17 декабря 1957 года) благодаря широкому использованию технологий, отработанных при создании баллистических ракет средней дальности Р-12 и Р-14, проектирование которых началось еще в 1950 году. Эти сведения содержатся в книге «Межконтинентальные баллистические ракеты СССР (России) и США», выпущенной в 1996 году под редакцией профессора Е. Б. Волкова, где на стр. 109, в частности, зафиксировано: «Отделение головной части от корпуса ракеты осуществлялось за счет торможения второй ступени с помощью пороховых ракетных двигателей». Разработчики Р-16 «пошли дальше»! Они использовали предложенную мною методику не только для разрешения проблемы, связанной с отделением боевой части ракеты, но и при разделении ступеней, обеспечив существенное сокращение возмущений второй ступени при «отбрасывании» отработавшей первой ступени. На ракете Р-16 «Разделение ступеней осуществлялось за счет тормозных паровых двигателей 1 ступени, а отделение ГЧ — за счет тормозных пороховых двигателей 11 ступени». (А. В. Карпенко, А. Ф. Уткин, А. Д. Попов «Отечественные стратегические комплексы»). Санкт-Петербург, 1999 год, стр.21. Так этот метод стал широко использоваться в ракетостроении.

Таким образом, к началу пятидесятых годов у нас в стране велись разработки межконтинентальных баллистических ракет в трех направлениях: -первое в ОКБ Королева на базе предложения М. К. Тихонравова создать межконтинентальную ракету пакетной схемы из трех одиночных, проектируемых ОКБ Королева ракет Р-3; второе в ОКБ Королева создать межконтинентальную баллистическую ракету оптимизированной пакетной схемы с разноразмерными составляющими элементами; третье в ОКБ Янгеля создать межконтинентальную двухступенчатую баллистическую ракету тандемной схемы.

Мне пришлось участвовать в разработках первого и второго направлений и совершенно не касаться третьего.

Однако первое направление ограничилось только разработками, которые велись в НИИ-4, а в ОКБ Королева реализовать создание межконтинентальной ракеты из трех ракет Р-3 не удалось, так как оказалось невозможно в то время создать двигатель для Р-3 с требуемыми характеристиками.

Второе направление в результате завершения теоретических исследований в ИПМ АН и в НИИ- 4 МО, выявило оптимальную пакетную схему, которая была принята Королевым для создания межконтинентальной ракеты Р-7. Она оказалась исключительно эффективной при использовании ее в качестве ракеты-носителя.

Третье направление завершилось созданием в ОКБ Янгеля серии межконтинентальных баллистических ракет тандемной схемы (Р-16 и др.), которые многие годы служили основным оружием стратегических ракетных войск нашей страны.


Третий искусственный спутник Земли — автоматическая научная станция

И так уж случилось, что мои разработки, выполненные в группе Тихонравова, как это не парадоксально, наиболее полно были реализованы в ОКБ Янгеля при создании межконтинентальных баллистических ракет серии Р-16!

Конечно, написанием диссертации я занимался «в свободное от основной работы» время. А основная работа была связана с решением ряда задач по теме: «Исследования по вопросу создания искусственного спутника Земли», заказанной нашему институту С. П. Королёвым в конце 1953 года. С появлением этой темы в НИИ-4 официально начинается исследование проблем, решение которых требует широкого использования методов космической баллистики. У нас уже было много наработок по этой теме, так что в её своевременном выполнении мы были уверены.

На мою «долю» выпали три задачи. Во-первых, задача анализа погрешностей вывода спутника на заданную орбиту, обусловленных отделением спутника от носителя. Здесь особых проблем не возникало, так как я решал аналогичные задачи применительно к межконтинентальной баллистической ракете. Во-вторых, задача, связанная с конструкторской проработкой автоматизированного спутника, компоновкой его элементов и составлением весовой сводки. Здесь предполагалось, что спутник будет предназначен для проведения научных исследований в космосе. Поэтому мною, основываясь на разработках кабины для высотной ракеты ВР-190 (проект М. К. Тихонравова), был предложен вариант автоматизированного спутника, который содержал все требуемые элементы, кроме состава научной аппаратуры, которую должны были определить ученые Академии наук СССР. В-третьих, задача оценки вероятности столкновения спутника с естественными космическими телами, движущимися вблизи Земли. Эта разработка особенно запомнилась, так как была первой моей печатной работой! И как впечатляюще она смотрелась на страницах журнала «Ракетная техника»!

Наши разработки, выполненные по этой тематике, были фактически результатом многолетних исследований, проведенных группой Тихонравова, и завершились они подготовкой под его руководством эскизного проекта искусственного спутника Земли. В этом проекте содержалось обоснование характеристик спутника, параметров различных систем, входивших в состав спутника, предлагались наиболее совершенные, на наш взгляд, конструктивные решения спутника и его элементов. Проект сыграл историческую роль в развитии космонавтики. Именно результаты наших исследований, представленные ученым АН СССР в конце 1955 года, способствовали принятию ими положительного решения о создании в ОКБ С. П. Королёва искусственного спутника Земли. В истории космонавтики этот спутник был третьим, он был выведен на орбиту 15 мая 1958 года, представлял собой фактически начиненную исследовательскими приборами автоматическую научную станцию, просуществовавшую в космосе до 6 апреля 1960 года.


П. Е. Эльясберг

Итак, в реализованном коллективом ОКБ Королева варианте уникального спутника «содержался» и труд нашего института! Так уже случилось, что наши разработки 1955 года «перекочевали» в ОКБ Королева вместе с М.К.Тихонравовым и членом «группы Тихонравова» Л. Н. Солдатовой, которая приняла самое активное участие в работе коллектива ОКБ. Таким образом, наш проект ИСЗ в какой-то мере был использован в разработках ОКБ Королева, и поэтому можно сказать, что и мой труд способствовал созданию исторического спутника Земли.

После принятия решения о создании Искусственного спутника Земли, у нас в институте широким фронтом развернулись работы по исследованию возможностей использования ИСЗ для решения задач в интересах Министерства обороны. В частности, мне пришлось исследовать возможность использования сбрасываемых с ИСЗ макетов для отработки элементов системы ПРО, а впоследствии и в определении перспектив использования объектов Д и ОД (спутники) для оборонных целей.

Завершилось признание космической баллистики как одного из научных направлений НИИ-4 созданием в институте (май 1956 года) специализированной лаборатории с задачами: организация баллистического обеспечения управления полётом ИСЗ и определение перспектив использования спутников в интересах Министерства обороны.

Начальником первой лаборатории космической баллистики был назначен опытный ракетный баллистик, доктор технических наук Павел Ефимович Эльясберг, который достаточно быстро «освоился» с космической баллистикой и успешно готовил свой коллектив к решению всех вопросов, связанных с проведением работ по запуску первого в мире искусственного спутника Земли.

Однако совершенно неожиданно процесс подготовки запуска в космос первой в мире автоматической научной станции был нарушен. Произошли события, которые потребовали скорректировать программу пусков ИСЗ.


Первый искусственный спутник Земли

В августе 1957 года в сообщении ТАСС было объявлено о создании в СССР межконтинентальной баллистической ракеты и об её успешном испытании. Но ожидаемого эффекта на наших возможных противников это сообщение не произвело. Они отнеслись к нему очень скептически, так что угроза атомного нападения вроде бы оставалась. Кроме того, наши спецслужбы получили информацию о подготовке в США запуска искусственного спутника Земли.

Эти два фактора и определили характер изменения намеченной программы пусков. Было принято решение срочно подготовить два «простейших» спутника (ПС-1 и ПС-2), чтобы, во-первых, опередить США в создании ИСЗ, а во-вторых, показать всему миру, что в стране есть средства, способные доставить «боевой груз» в любую точку Земли.

Наша космическая лаборатория при этом оказалась в сложнейшем положении. Из-за невозможности в создавшихся условиях использовать ЭВМ, пришлось искать «ручные способы» решения баллистических задач. А эти способы должны были решить задачу определения орбиты по данным измерений, прогнозирование движения спутника, расчет целеуказаний всем средствам наблюдений и измерений. Была создана графоаналитическая методика, основу которой составляло определение по данным измерений на специальных планшетах периода обращения спутника. Сравнением периодов обращения, вычисленных на нескольких соседних витках, можно было определить «падение» периода в функции времени, что давало возможность спрогнозировать движение спутника на несколько витков, а затем и рассчитать целеуказания всем средствам наблюдения и измерения.

При подготовке и проведении пусков первых спутников ПС-1 и ПС-2 моё участие состояло в разработках под руководством П. Е. Эльясберга графоаналитической методики и в руководстве группой, которая проводила предварительную обработку оптических измерений и приводила их к виду, удобному для использования в графоаналитической методике.

Успешные пуски первых двух «простейших» спутников в значительной степени решили как проблему приоритета нашей страны в открытии космической эры, так и проблему обеспечения безопасности страны!

Как только ажиотаж, связанный с открытием космической эры, иссяк, наступил спокойный режим работы по баллистическому обеспечению управления полётом запущенных спутников (ПС-1 просуществовал 92 суток, ПС-2 — 7 суток) и продолжилась подготовка запланированного запуска научной станции. Все работы велись под руководством П. Е. Эльясберга, и я оказался одним из его помощников. Вроде всё шло нормально, и вдруг американцы опять нарушили наш «установившийся» режим работы. Они решили осуществить запуск аппарата «ПИОНЕР», предназначенный для исследования окололунного и межпланетного космического пространства.

Наша страна, естественно, не могла «пропустить» вперёд американцев. Принимается решение: срочно готовить полёт космического аппарата в сторону Луны. Нашему институту очередное срочное задание: подготовить эскизный проект командно-измерительного комплекса.

В дальнейшем обстоятельства сложились так, что нашему институту была поручена разработка проектов командно-измерительных комплексов (КИК): полигонного КИК в районе старта ракеты, КИК в районе падения боевых частей, КИК для обеспечения пусков ИСЗ и космических аппаратов различного назначения, корабельного КИК. В этих работах я принимал участие в части разработки требований к точности измерительных средств, точности определения параметров движения ИСЗ и КА, а также точности прогнозирования их движения. Для выполнения этих работ потребовалась разработка новых методов, которые пополнили методологию космической баллистики.


Космические аппараты «Луна А» (а) и «Луна Б» (б)

Произошло это в самый напряженный период подготовки пуска третьего спутника. Эльясберг был так увлечен этой работой, что, с большим недовольством встретив внеочередное задание, назначил меня ответственным за разработку эскизного проекта командно-измерительного комплекса. Запуск космического аппарата в сторону Луны у нас в стране был предусмотрен ещё первой программой освоения космоса, составленной в 1954 году. А конкретная программа пусков, разработанная С. П. Королёвым, уже предусматривала и срок её реализации — 1959 год. Конструкторские же проработки лунных космических аппаратов в ОКБ Королёва начались значительно раньше. Первыми в этой программе были два космических аппарата — «Луна А» и «Луна Б». Первая должна была провести исследования космического пространства на трассе Земля-Луна и доставить на Луну вымпел с гербом Советского Союза, а вторая — ещё и сфотографировать обратную (невидимую с Земли) сторону Луны с передачей фотографии на Землю.

В эскизном проекте нам предстояло разработать предложения по составу и размещению измерительных средств, по требуемой точности измерений, по составу проводимых циклов измерений, а также предложить программу баллистического обеспечения управления полётом этих двух видов космических аппаратов.

У нас уже был большой опыт выполнения таких работ по спутникам, поэтому, уяснив суть работы и распределив её по исполнителям с учетом их специализации, нам удалось достаточно быстро решить поставленную задачу. В июле 1958 года нами был представлен проект для «попадающего» варианта космического аппарата («Луна А»— «Луна-1», «Луна-2»), а в конце 1958 года — для «облётного» варианта («Луна Б»— «Луна-3»).

Теперь нам предстояло готовить математическое обеспечение для решения задач по определению орбиты, прогнозированию движения и подготовке различного рода информации для заинтересованных соисполнителей.

Эти работы были выполнены к пуску первого космического аппарата на Луну, который состоялся 2 января 1959 года. Полёт проходил успешно. Однако «Луна-1» пролетела мимо Луны и превратилась в искусственную планету, получившую название «Мечта». Далее следовало несколько неудачных пусков (аварии КА), и лишь 12 сентября 1959 года «Луна-2» полностью выполнила намеченную программу полёта и доставила вымпел с гербом СССР на поверхность Луны. 4 октября 1959 года был произведен запуск космического аппарата «Луна-3». Полёт проходил нормально. Впервые была получена и передана на Землю фотография обратной стороны Луны.

Таким образом, наши задачи, поставленные перед первой серией космических аппаратов лунной программы, были успешно завершены. Доказана возможность надёжной радиотехнической и телевизионной связи с космическими объектами на больших расстояниях. Опасности для человека на трассе полёта к Луне и у Луны не обнаружено. Что касается американцев, то с августа 1958 года по март 1959 года они провели пять попыток запуска «ПИОНЕРА» в район Луны, но все окончились неудачей!

В части баллистического обеспечения управления полётом КА при подготовке каждого пуска основная нагрузка ложилась на наш институт, так как он исполнял роль головного центра по баллистическому обеспечению пуска. Подготовка каждого пуска начиналась с составления приказа по институту, которым определялся состав рабочих групп, их задачи и взаимодействие, назначался руководящий состав координационно-вычислительного центра (КВЦ). На пуски лунных космических ракет руководителем КВЦ был назначен Павел Ефимович Эльясберг, а я — его первым заместителем.

Теперь к моим обычным обязанностям научного характера прибавились «новые» организационные. И надо отметить, что этих новых организационных обязанностей было много, даже слишком много. Обусловлено это было тем, что наш КВЦ во время подготовки и проведения пусков действительно был центром, куда стекалось много информации от разработчиков различных систем объекта, от соисполнителей, от средств командно- измерительного комплекса. А из нашего центра выходили документы как на согласование с другими организациями, так и директивные. В связи с этим общий поток информации был очень велик.

Перейти ко 2й части книги

Перейти к 3й части книги

Показать Скрыть карту