О работах М.К.Тихонравова по составным ракетам и искусственным спутникам Земли в 1946–1956, статья 2003

Вернуться к 4 ЦНИИ

---

О работах М.К.Тихонравова по составным ракетам и искусственным спутникам Земли в 1946–1956 гг.

К 55-летию доклада М.К.Тихонравова «Пути осуществления больших дальностей стрельбы»

С деятельностью группы Михаила Клавдиевича Тихонравова связываются первые работы по практическому изучению проблем создания составных жидкостных ракет и искусственных спутников Земли. Однако мало кому известно о конкретном содержании проведенных исследований и, в частности, о том, что он первым в нашей стране предложил реальный проект многоступенчатых (составных) ракет для вывода на орбиту ИСЗ.

И.Бажинов, д.т.н., специально для «Новостей космонавтики»



В 1945–1946 гг. М.К.Тихонравов организовал в Реактивном научно-исследовательском институте (РНИИ, позже НИИ-1) группу для разработки проекта пилотируемого аппарата, вертикально запускаемого одноступенчатой ракетой (типа Р-1) на высоту до 200 км (проект ВР-190). В 1946 г. работы над проектом вместе с группой сотрудников, куда входили Н.Г.Чернышев, П.И.Иванов, В.Н.Галковский, Г.М.Москаленко и другие, были переведены из РНИИ во вновь созданный НИИ-4 Академии артиллерийских наук (ААН) СССР (в последующем НИИ-4 МО СССР). М.К.Тихонравов был назначен заместителем начальника института. В группу был включен военный геодезист И.М.Яцунский, пришедший в НИИ-4 в 1947 г. и быстро ставший первым помощником Михаила Клавдиевича. В начальный период М.К.Тихонравов непосредственно руководил работами над проектом ВР-190, однако в 1947 г. Михаил Клавдиевич постепенно отошел от него и организовал новый отдел во главе с П.И.Ивановым. Проект ВР-190, как известно, реализован не был.

Отдел П.И.Иванова под руководством Михаила Клавдиевича начал заниматься исследованиями составных ракет, разработкой методов расчета траекторий полета составных ракет. Основные исследования в этом направлении вел И.М.Яцунский.

В начале 1948 г. был получен ряд результатов, свидетельствующих о возможности создания в недалеком будущем составных ракет в ОКБ-1 С.П.Королева. Этим результатам М.Тихонравов придавал важное значение и решил выступить с докладом «Пути осуществления больших дальностей стрельбы» на заседании ученого совета института. Такой доклад Михаил Клавдиевич сделал в начале лета 1948 г. в присутствии специалистов и ученых из других организаций.

К этому времени в ОКБ-1 С.П.Королева на основе немецкой «Фау-2» была создана ракета Р-1 с дальностью полета около 300 км, разработана новая ракета Р-2 на дальность порядка 600 км, прорабатывалась ракета на дальность примерно 1000 км (т.н. «тысячная ракета»). Практическую возможность достижения еще больших дальностей в то время почти никто, особенно в кругах военных специалистов, не признавал. Поэтому сообщение Михаила Клавдиевича о том, что «пакет» из разрабатываемых в ОКБ-1 «тысячных ракет» способен достичь любых дальностей и даже вывести на орбиту искусственные спутники Земли, взбудоражило зал, вызвало бурю отрицательных и даже язвительных откликов и выступлений. По иронии судьбы, среди выступавших были и те, кто стали впоследствии видными учеными в области ракетодинамики и космонавтики, в частности П.Э.Эльясберг, Г.С.Нариманов и др. Очень немногие специалисты поняли принципиальную ценность результатов, доложенных Тихонравовым, и высказывались с пониманием его идей. Эти идеи были поддержаны С.П.Королевым и президентом Академии артиллерийских наук А.А.Благонравовым. Благодаря их помощи М.К.Тихонравов повторил доклад 14 июля 1948 г. на годичном заседании ААН. Доклад был выслушан с огромным вниманием, однако реакция участников в основном была подобна реакции большинства членов ученого совета НИИ-4. Более того, за выступлением Тихонравова последовало расформирование отдела П.И.Иванова как занимающегося неактуальными проблемами. Только по настоятельной просьбе Михаила Клавдиевича разрешили оставить для продолжения исследований составных ракет одного И.М.Яцунского. Сам же М.К.Тихонравов был снят с должности заместителя директора института, оставшись лишь научным консультантом.

Доклад М.К.Тихонравова при активной поддержке С.П.Королева и А.А.Благонравова все же был опубликован в журналах «Доклады Академии артиллерийских наук» (М., 1949, вып. 6) и «Ракетная техника».

С.П.Королев, узнав о расформировании отдела П.И.Иванова, в поддержку М.К.Тихонравова выдал НИИ-4 официальный заказ на выполнение НИР по дальнейшим исследованиям составных ракет. Можно считать, что с этого времени начался новый этап работ группы М.К.Тихонравова.

Обосновав необходимость расширения состава группы для проведения исследований по заказу С.П.Королева, М.К.Тихонравов в конце 1949 г. добился включения в нее молодых специалистов-инженеров Г.Ю.Максимова, Л.Н.Солдатовой, Я.И.Колтунова и А.В.Брыкова. В 1950 г. к работе в группе Тихонравова был вновь привлечен Г.М.Москаленко, пришел также Б.С.Разумихин. В том же году в группу были направлены для подготовки дипломных проектов и последующей работы студенты МАИ О.В.Гурко и автор этой статьи. В 1953 г. в группу возвратился В.Н.Галковский.

В марте 1950 г. на конференции в НИИ-4 М.К.Тихонравов сделал доклад «Ракетные пакеты и перспективы их развития», в котором развил идеи по составным ракетам, дополнил их новыми результатами и впервые прямо сказал о возможности создания искусственных спутников Земли, вплоть до полетов на них человека. В докладе прозвучало, что в группе был рассмотрен (по техническому заданию Королева. – Авт.) двухступенчатый «пакет» из трех ракет Р-3, разработка которых была начата в ОКБ-1, и было доказано, что такой «пакет» может не только перенести тяжелую боевую часть на любую дальность, но и вывести на орбиту спутник, масса которого может оказаться достаточной для полета на нем человека.

Доклад был выслушан внимательно, но по-прежнему преобладали недоверчивые и саркастические выступления. Тем не менее проработка «пакета» из трех ракет Р-3 была отражена Королевым, присутствовавшем на докладе, в эскизном проекте ракеты Р-3. Проведенный анализ был, пожалуй, первой попыткой исследования вопроса создания ИСЗ, базирующегося на конкретных проектных проработках одноступенчатых ракет королевского КБ.

Теперь немного о группе, занимавшейся разработками составных ракет. Идеологом и организатором всех проводимых разработок был, конечно, Михаил Клавдиевич, который создавал в группе особый психологический климат. Каждый новый сотрудник очень быстро проникался сознанием чрезвычайной важности и перспективности исследований, к участию в которых он приступал. Тихонравов стремился подобрать задачу, соответствующую увлечениям коллеги. Особенно он приветствовал случаи, когда специалисты сами выдвигали и решали проблемные вопросы. В рабочих беседах Михаил Клавдиевич умел говорить доступно, ярко и убедительно. Все это способствовало тому, что коллектив группы работал увлеченно, не считаясь с личным временем, и решал вопросы в короткие сроки. Вместе с тем руководитель всячески поощрял расширение научного кругозора сотрудников, приучал своих учеников не бояться неизвестных им областей знаний и смелей их осваивать, если это необходимо в интересах дела.


Дома у Михаила Клавдиевича: И.К.Бажинов, В.Н.Галковский, М.К.Тихонравов и Л.Н.Солдатова.

Непосредственным координатором исследований был Игорь Марьянович Яцунский, который, кроме того, вел конкретные исследования по ряду важных направлений. Он создал методику приближенных расчетов движения составных ракет на активном и пассивном участках полетов с учетом влияния центрального поля тяготения, атмосферы и вращения Земли. По этой методике он проводил расчеты различных вариантов составных ракет с целью оптимизации значений основных конструктивно-баллистических параметров, которые обеспечивали бы наименьший стартовый вес ракеты при заданных полезной нагрузке и дальности полета.

Г.М.Москаленко анализировал данные о весовых характеристиках основных агрегатов одиночных жидкостных баллистических ракет (БР), проектируемых в ОКБ Королева, а также информацию редких тогда американских публикаций, находил относительные значения этих характеристик и рассматривал возможные их изменения в применении к составным ракетам. Кроме того, им разрабатывались и возможные компоновки составных ракет различных типов.

А.В.Брыков и Л.Н.Солдатова изучали возможные схемы и средства соединения ступеней составных ракет. Такие средства должны были обеспечивать надежное сочленение ступеней при их работе в составе ракеты и безопасное их отделение после выработки топлива. Проводилась также проектная разработка экспериментального «пакета» из трех ракет Р-2.

Мне было предложено изучить применяемый метод приближенного расчета траекторий полета составных ракет, попытаться упростить его и повысить точность расчетов. Эту задачу мне удалось достаточно быстро решить, и некоторое время вместе с И.М.Яцунским я проводил по новой методике исследовательские расчеты ряда типов составных БР.

Ракеты Р-1 и Р-2 имели аэродинамические стабилизаторы и были статически устойчивыми при полете в атмосфере. На составных ракетах от аэродинамических стабилизаторов явно целесообразно было отказаться. В связи с этим возникла проблема обеспечения устойчивости движения таких ракет. Этим занимались Б.С.Разумихин и Г.Ю.Максимов. Ими теоретически была показана возможность достижения устойчивости таких ракет и предложены необходимые меры по перенастройке их автоматов стабилизации. Солдатова в тот же период для оценки величин аэродинамических возмущений проектировала модели составных ракет и выполняла их продувки в аэродинамических трубах.

Одной из важных проблем являлось обеспечение нужной точности полета ракеты на активном участке. Г.Ю.Максимову и мне было поручено изучить влияние возможных возмущений на отклонения траектории БР и рассмотреть возможности его уменьшения. Такие исследования мы проводили в линейном приближении и рассматривали различные методы управления боковым движением ракеты и моментом выключения ее двигателя с целью уменьшения погрешностей точек падения ее головной части (ГЧ). При этом рассматривалась возможность использования как наземных измерительных радиосредств, так и бортовых инерциальных систем. Полученные результаты показали возможность и пути обеспечения приемлемой точности полета межконтинентальных ракет.

В 1950 г. Г.Ю.Максимов изучил условия выведения спутников на круговые орбиты разной высоты и показал, что на орбиты высотой более 300 км спутник выгодно выводить в два этапа. Сначала с помощью ракеты он доставляется в нижнюю точку эллиптической орбиты, а затем в ее апогее ИСЗ придается дополнительный импульс для перевода на круговую орбиту с высотой, равной высоте апогея переходного эллипса. Впоследствии такой переходный эллипс был назван эллипсом Хомана.

Я.И.Колтунов с самого начала увлекся решением сложных проблем динамики старта составных ракет и определения требований к стартовому комплексу. Он исследовал различные возможные схемы стартовых комплексов и оценивал их характеристики.

Олегу Гурко Михаил Клавдиевич поручил изучать вместе с И.М.Яцунским проблемы защиты головных частей межконтинентальных ракет от аэродинамического нагрева при их движении в атмосфере на нисходящем участке траектории. Рассмотрев ряд способов, они обратили внимание на возможность теплозащиты путем выдавливания охладителя (например, воды) через пористую поверхность в пограничный слой потока, обтекающего объект. Такая теплозащита оказалась эффективной не столько за счет отбора охладителем тепла от горячего потока, сколько за счет перестройки пограничного слоя, значительно уменьшающей количество тепла, передаваемого к поверхности. Позже Гурко стал проводить экспериментальные продувки охлаждаемых моделей с целью подтверждения указанных закономерностей.

Работы по изучению различных проблем создания составных ракет продолжались в группе Михаила Клавдиевича до 1953 г. Результаты исследований регулярно высылались в ОКБ Королева. Мало известно, что в начале 50-х годов группой были подготовлены и представлены Тихонравовым в правительство СССР два докладных письма, в которых аргументировано указывалось на возможность создания составных баллистических ракет, способных доставлять боевые грузы на межконтинентальные и большие дальности. Вероятно, эти письма сыграли определенную роль в принятии постановления правительства о создании составных баллистических ракет.


Герой Социалистического Труда М.К.Тихонравов.

Конечно, доклады М.К.Тихонравова в 1948 г. и последующие работы сотрудников группы не определили конкретный проектный облик будущей первой советской составной ракеты Р-7, для этого нужен был огромный труд коллективов ОКБ-1 и его смежных организаций. Однако в результате выполненных исследований были показаны возможности решения многих основных проблем создания составных ракет, очерчено поле рациональных значений основных характеристик, рассмотрен ряд возможных компоновок составных ракет. Все это позволило уже на самых ранних этапах разработки Р-7 оценить ожидаемые значения ее характеристик, а также возможности по выводу на орбиты искусственных спутников Земли. Эти результаты уже в начале проектных проработок облика межконтинентальных ракет обеспечили С.П.Королеву возможность принятия ряда принципиальных решений, таких как выбор для доставки боевых грузов на большие дальности (порядка 10000 км) баллистических составных, а не крылатых ракет, также рассматриваемых в то время, пакетной схемы составной баллистической ракеты для дальнейшей проработки и т.п.

К 1953 г. С.П.Королев принял основные решения по межконтинентальной баллистической ракете Р-7, и в ОКБ-1 и его смежных предприятиях развернулись соответствующие широкие опытно-конструкторские работы. Для решения проблемы ее летных испытаний в НИИ-4 была привлечена группа Тихонравова, а также сотрудники других подразделений. В рамках группы Тихонравова И.М.Яцунским и мной осуществлялись расчеты и анализ ряда возможных трасс испытательных запусков составных ракет. А.В.Брыков проработал метод определения движения БР по результатам угловых и дальномерных измерений и решил задачу об оптимальном расположении относительно трассы полета наземных пунктов измерений и др. Однако группа Тихонравова в 1953-м и последующие годы основной акцент в своих исследованиях перенесла в другую, более близкую ей область.

Как-то в начале 1953 г. я и Г.Ю.Максимов обсуждали вопрос о том, что к конкретным работам по созданию составных ракет уже подключились различные организации, что поисковая работа нашей группы в этом плане становится не очень нужной и пора, пожалуй, направить наши основные усилия на анализ проблем создания ИСЗ. Тут же мы набросали черновик плана дальнейших исследований по созданию автоматических и пилотируемых спутников. Конечно, сегодня он выглядит довольно простым, но в тот период идеи, заложенные в него, нас окрылили. Мы немедленно рассказали об этом Михаилу Клавдиевичу, он нас горячо поддержал и попросил сделать план более детальным, а на его основе разработать предложение об открытии в НИИ-4 научно-исследовательской темы по обоснованию возможностей и путей создания искусственных спутников Земли. Такие предложения с участием всей группы были подготовлены, и Тихонравов доложил их руководству института и Управления ракетного вооружения ГАУ.

Предложение Михаила Клавдиевича об открытии специальной НИР по этой проблеме, поддержанное С.П.Королевым, при активном участии заместителя начальника НИИ-4 Г.А.Тюлина было принято командованием (А.И.Соколов), и в 1954 г. тема под №72 в институте стала реальностью. Научным руководителем работ был назначен М.К.Тихонравов, ответственным исполнителем – И.М.Яцунский. Мы отвечали за различные разделы темы. Утверждение темы явилось прямым свидетельством признания идей и результатов усилий М.К.Тихонравова и его группы.

В рамках темы 72 было запланировано исследовать основные проблемы создания ИСЗ и наметить пути их решения, причем должны были быть рассмотрены как относительно простые неориентированные спутники, так и способные ориентироваться и разворачиваться в пространстве и совершать маневры на орбите. Работы в группе велись в следующих направлениях.

Во-первых, исследовались траектории выведения искусственных спутников Земли на разные орбиты. Разработанные ранее И.М.Яцунским и мной практические методы расчета траектории составной ракеты были модернизированы применительно к выведению ИСЗ на орбиты разной высоты. По таким методикам нами производились оценочные расчеты весов спутников, которые могли быть доставлены на орбиты ракетами типа Р-7.

Во-вторых, исследовалось влияние ошибок выведения спутников на элементы реализуемых орбит. Надо было установить, достаточна ли точность работы систем управления межконтинентальных баллистических ракет для того, чтобы вывести спутник на орбиту, близкую к требуемой, не приведут ли возможные ошибки к быстрому его падению на Землю. С этой целью Г.Ю.Максимов оценил влияние таких ошибок на возможные отклонения элементов орбиты спутника на непрерывном активном участке полета РН. Мной была выполнена такая же работа применительно к «разрывному» участку выведения ИСЗ. В итоге было показано, что точность работы систем управления МБР достаточна для вывода ИСЗ в космическое пространство.

В-третьих, нужно было проанализировать, как влияют на орбиту ИСЗ основные возмущения при длительном полете. Эти вопросы исследовали Г.Ю.Максимов и И.М.Яцунский. Первый изучал влияние нецентральности поля Земли из-за ее эллиптичности, притяжений со стороны Солнца и Луны, а также остатков атмосферы Земли на невысокие орбиты спутников, а второй – влияние на орбиту ИСЗ высших гармоник поля тяготения Земли. В результате были выявлены условия допустимости всех этих возмущений и оценены их величины.

Одной из волнующих была проблема обеспечения встречи двух ИСЗ на орбите с целью их стыковки. Хоть мы уже неплохо знали законы орбитального движения, однако возможность сближения двух КА, перемещающихся со скоростями около 8 км/с, эмоционально не легко было принять. Ведь даже самые быстрые артиллерийские снаряды летали со скоростями 1.5–2 км/с. На основе найденных ранее соотношений между ошибками работы системы управления и отклонениями орбиты на разрывном участке выведения КА мной была рассмотрена и показана возможность мягкой встречи двух аппаратов на орбите. В порядке постановки анализировалась также задача управления движением с целью сближения.


Стоят: Г.Ю.Максимов, О.В.Гурко, Г.М.Москаленко и Я.Н.Колтунов; сидят: А.В.Брыков, Л.Н.Солдатова, И.М.Яцунский и И.К.Бажинов.

Важнейшей стороной обеспечения полета спутника является контроль элементов орбиты. Для этого необходимо предусмотреть измерение параметров движения ИСЗ по орбите и разработать соответствующий метод определения ее элементов. Проанализировав особенности полета ИСЗ, И.М.Яцунский и Г.Ю.Максимов еще в 1953 г. разработали соответствующий метод, в основу которого были положены законы орбитального движения и метод наименьших квадратов. Эти исследования были продолжены и позже применены при разработке наземного командно-измерительного комплекса.

Во время полета спутника необходимо было стабилизировать положение его осей в пространстве, осуществлять его развороты для того, чтобы оси заняли нужное положение. Исследованиями по этой теме занимался Г.Ю.Максимов. Он рассмотрел возможности ориентации ИСЗ по бортовым наблюдениям Солнца, Луны, Земли, а также ярких звезд, изучил требования, которым должны удовлетворять приборы, используемые для ориентации спутника. Были исследованы также гироскопические системы, позволяющие запоминать опорные направления в пространстве и обеспечивать задаваемые развороты спутника (в этих разработках принимал участие и автор статьи). В результате был намечен возможный облик системы ориентации и разворотов ИСЗ в пространстве и оценены ее характеристики.

Важным вопросом обеспечения функционирования спутника являлось снабжение его устройств электроэнергией. Этой темой занималась Л.Н.Солдатова. Она рассмотрела возможность создания источника электроэнергии на основе термопары, действующего за счет нагрева Солнцем и охлаждения космосом, но он оказался неэффективным. В ходе дальнейших исследований выяснилось, что источник на базе фотоэлементов может оказаться приемлемым. Теперь такие источники энергии применяются практически на всех ИСЗ.

Другим важным и в какой-то мере неожиданным оказался вопрос о том, как и куда девать тепловую энергию, выделяемую различными приборами спутника и получаемую за счет его нагрева Солнцем и Землей. Решением этой проблемы занимались И.М.Яцунский и О.В.Гурко. Они исследовали условия поглощения спутниковой поверхностью радиации от Солнца и Земли и излучения внутренней теплоты в космическое пространство, обрисовали систему специальных покрытий поверхности спутника и жалюзи, которые позволяли регулировать тепловой режим внутри ИСЗ. Были также выработаны требования к системе внутренней принудительной вентиляции.

А.В.Брыков оценил вероятность столкновения со спутником метеоритов различных размеров и скоростей и выяснил, что такая вероятность невелика и ею можно пренебречь. Сорокапятилетний опыт космических полетов подтвердил эту оценку.

Михаил Клавдиевич много внимания уделял изучению проблемы возвращения на Землю беспилотных и пилотируемых спутников. Напомню, что О.В.Гурко и И.М.Яцунский занимались разработкой теплозащиты при высокоскоростном полете в атмосфере Земли путем выдавливания охладителя через пористую поверхность аппарата. Они разработали методики расчета потоков охладителя для поддержания нужного температурного режима; мною было рассмотрено влияние изменений траекторий спуска и геометрических форм спутника на количество охладителя. Мне также довелось исследовать зависимость действующих на спутник перегрузок от параметров траекторий и основных характеристик объекта при баллистическом и планирующем спусках, а также проанализировать возможные отклонения точки посадки спускаемого аппарата от расчетной.

Выполняемые по теме 72 работы позволяли оценить значения массово-геометрических и энергетических характеристик основных агрегатов и систем ИСЗ. Кроме того, в группе изучались облики неориентированного (ему присвоили индекс «объект Д»; исследовали А.В.Брыков и Л.Н.Солдатова) и ориентированного («объект ОД»; В.Н.Галковский) ИСЗ. Исследование показало, что объекты «Д» и «ОД» могут быть созданы и выведены на орбиту с помощью ракеты Р-7. Это можно считать одним из принципиальных результатов работы группы.

Все получаемые данные исследований оформлялись в виде научно-технических отчетов и высылались в ОКБ Королева, где были использованы. Сергей Павлович высоко ценил работу группы. В тезисах доклада по разработке эскизного проекта ИСЗ он пишет: «Особо должны быть отмечены первые работы М.К.Тихонравова и его группы». Основные результаты, полученные по теме 72, позже были изложены в монографии: Тихонравов М.К., Яцунский Г.М., Максимов Г.Ю. и др. Основы теории полета и элементы проектирования ИСЗ. М., Машиностроение, 1967.

Работы над искусственными спутниками Земли велись очень интенсивно, и уже в 1954 г. пути решения основных проблем и возможные характеристики будущих ИСЗ были определены. На основе этих материалов Михаил Клавдиевич дал указание группе подготовить для правительства СССР докладную записку «Об искусственных спутниках Земли». Проект такой записки был подготовлен, и Тихонравов доложил об этом С.П.Королеву и М.В.Келдышу. Последний попросил своих сотрудников Д.Е.Охоцимского и Т.М.Энеева принять участие в подготовке докладной записки с учетом результатов исследований, полученных ими. Ее итоговый вариант был подписан М.К.Тихонравовым и представлен в 1954 г. С.П.Королевым в правительство СССР. Как известно, на основании этого документа, а также предложения С.П.Королева о запуске первых искусственных спутников Земли с помощью ракеты Р-7, в 1956 г. было принято правительственное постановление, согласно которому ОКБ-1 поручалось создать и запустить ИСЗ с использованием упомянутой ракеты, определялся порядок работ и кооперация смежных организаций для решения поставленной задачи. НИИ-4 Минобороны, в котором работала группа М.К.Тихонравова, согласно данному постановлению становился головной организацией по проектированию и развертыванию наземного командно-измерительного комплекса.

1956-й стал годом окончания работы группы М.К.Тихонравова в НИИ-4. Нужно отметить, что административно она никогда не выделялась в самостоятельное подразделение, а включалась в различные отделы института, однако вследствие большого авторитета Михаила Клавдиевича в научно-тематическом отношении группа была самостоятельна. В связи с развертыванием работ над спутниками в ОКБ-1 ушли сначала Л.Н.Солдатова, затем Г.Ю.Максимов. В 1956 г. туда же перешел и сам М.К.Тихонравов, создав там знаменитый отдел №9.

Более подробно о работе группы рассказано в статье: Бажинов И.К. «О работе группы М.К.Тихонравова в НИИ-4 Министерства обороны СССР». «Космонавтика и ракетостроение», ЦНИИмаш. №1 (26), 2002.

И.Бажинов, д.т.н., для Новостей космонавтики, Информационный период 1–30.06.2003. Фото из архива автора.

Показать Скрыть карту