ГИРД закладывает основы

Историческая ракетостроения

Ракета – древнейшая из тепловых машин, используемых людьми. Но первое тысячелетие ее развития не оказало заметного влияния на историю. Лишь после того как К. Э. Циолковский в поисках путей овладения богатствами космоса разработал теорию реактивного движения и на ее основе изобрел ракету на жидком топливе, лишенную принципиальных ограничений, присущих пороховым ракетам, появилась возможность для бурного развития новой отрасли техники – современного ракетостроения.

Первая жидкостная

Честь создания первой советской жидкостной ракеты принадлежит комсомольско-молодежному коллективу Группы изучения реактивного движения (ГИРД), созданной в Москве в сентябре 1931 года в системе Осоавиахима. Начав с разработки в общественном порядке ракетоплана РП-1 с жидкостным ракетным двигателем Ф. А. Цандера ОР-2, гирдовцы быстро доказали актуальность и перспективность своих планов и уже в апреле 1932 года получили государственную поддержку, давшую им возможность организовать конструкторское бюро из четырех проектных бригад и производственные мастерские со штатом конструкторов и рабочих. Это позволило резко расширить тематику исследований, и к концу года в ГИРДе разрабатывалось уже восемь сложных проектов ракетных двигателей и аппаратов. Но возникшие в процессе их осуществления проблемы оказались гораздо труднее, чем предполагалось. Стало ясно, что ускорить их решение можно, лишь сделав шаг назад и создав для получения исходного практического опыта жидкостную ракету самой простой конструкции. Начальник ГИРДа С. П. Королев поручил разработку ее проекта, получившего обозначение «объект 09», руководителю второй бригады М. К. Тихонравову.

Основные трудности создания ракет на жидком топливе проистекали из того, что их двигатели должны были работать в десятки раз дольше и при температурах в 2— 3 раза выше, чем пороховые, причем оба компонента топлива — окислитель и горючее — должны были подаваться в камеру сгорания постепенно и в строго заданном соотношении. В проекте ракеты 09 частично удалось обойти эти трудности благодаря применению в качестве горючего сгущенного бензина, разработанного по заданию Королева Бакинским ГИРДом. Его расположили прямо в камере сгорания кольцевым слоем вплотную к ее стенкам, защитив их тем самым от перегрева. При этом упростилась и система подачи, так как из бака требовалось подавать уже только один жидкий кислород. Кроме высокой эффективности и доступности, этот окислитель, быстро испаряясь при нормальной температуре, позволял обойтись без насоса и аккумулятора давления: он мог поступать в двигатель под давлением собственных паров.

Проектирование и изготовление узлов ракеты было выполнено ударными темпами, и уже в марте 1933 года начались наземные испытания ее двигательной установки, которая заработала далеко не сразу. Прошло пять месяцев, прежде чем она стала устойчиво развивать тягу, необходимую для выполнения полета.

Параллельно шла отработка порохового сбрасывателя парашюта, а в аэродинамической трубе МАИ проводились продувки модели корпуса ракеты без стабилизатора и со стабилизатором различной формы, позволившие уточнить аэродинамическую компоновку и сделать ее весьма совершенной.

17 августа 1933 года гирдовцы привезли полностью собранную ракету на инженерный полигон в районе подмосковного поселка Нахабино и установили ее в пусковой станок. Ведущие конструкторы машины Н. И. Ефремов и 3. И. Круглова сами заправили ее сгущенным бензином и жидким кислородом и спустились в блиндаж, откуда по команде С. П. Королева произвели запуск двигателя. Из сопла вырвалось пламя, ракета медленно вышла из станка и, все ускоряя движение, устремилась в небо. Весь полет продолжался 18 с, но эти секунды стали достойной наградой коллективу энтузиастов, показали его способность решать сложные научно-технические проблемы, стоящие на пути воплощения идей Циолковского.

«Первая советская ракета на жидком топливе пущена! День 17 августа, несомненно, является знаменательным днем в жизни ГИРДа, и, начиная с этого момента, советские ракеты должны летать над Союзом республик», — писал тогда Королев в специальном выпуске гирдовской стенгазеты. Этот полет позволил будущему основоположнику практической космонавтики поставить перед руководством вопросы о выделении средств на постройку опытной серии подобных ракет и об ускорении открытия Реактивного научноисследовательского института, которое уже около двух лет обсуждалось в правительственных инстанциях.

При разработке серийного варианта ракеты, получившего обозначение «объект 13», в конструкцию внесли ряд усовершенствований: была увеличена тяга двигателя, изменена система заправки кислородом, установлены каплевидные обтекатели над заправочными штуцерами, выступавшими за обводы корпуса в верхней части. Всего было изготовлено шесть ракет 13, пять из них совершили полеты, в трех из которых была достигнута высота 1500 м. Несомненно, что при дальнейшей работе с этой машиной была бы достигнута и расчетная высота полета, но ее создатели уже были поглощены разработкой новых, более сложных проектов, а принципиальные задачи, стоящие перед простейшей ракетой, были уже решены.

В результате создания «объектов 09 и 13» впервые в нашей стране был получен практический опыт по всему циклу работ с жидкостной ракетой, включая сложные для того времени операции с жидким кислородом в полевых условиях, достигнут устойчивый полет по вертикальной траектории с небольшим (по сравнению с пороховыми ракетами) ускорением, апробированы методы баллистических, прочностных и тепловых расчетов, закладывавшие основы теории проектирования ракет. И главное: исторический полет 17 августа ознаменовал рождение в СССР новой области машиностроения. Поэтому копия первенца советского ракетостроения, воссозданная по сохранившимся гирдовским чертежам, сегодня по праву занимает почетное место во многих музеях страны.

ГИРД закладывает основы

Исходную программу ГИРДу задал К. Э. Циолковский. Получив 23 сентября 1931 года обращение энтузиастов, положивших в Москве начало новой ракетной организации, он в тот же день отвечает им подробным письмом: «...Все, что у меня есть по реактивным приборам, я вам вышлю. Одолению заатмосферному предшествует одоление разреженных слоев воздуха. Начать надо с более легкого. Полеты в стратосферу можно начать с помощью чисто реактивных приборов и с помощью усовершенствованных преобразованных аэропланов. Первое проще, второе сложнее, ограниченнее, но ближе к жизни». Естественно, что для начальника ГИРДа С. П. Королева и руководителей его бригад Ф. А. Цандера, Ю. А. Победоносцева и М. К. Тихонравова, поскольку все они пришли из авиапромышленности, идея создания ракетного самолета тоже казалась более близкой к действительности.

Зная эти исходные положения, интересно проследить формирование плана работ ГИРДа. Первыми включенными в него конструкторскими темами, фигурировавшими в плане как «объекты 02 и 03», были разработки ракетопланов: РП-1 с ЖРД Цандера — 02 с вытеснительной подачей топлива и РП-2 с ЖРД Тихонравова — 03 с насосной подачей. Параллельно ГИРД начал и научно-исследовательские работы. Первой НИР стал «объект 01» — отработка наиболее эффективных способов сжигания металлического горючего в ракетном двигателе ОР-1.

Вторая НИР — «объект 04» — предусматривала создание первой в стране газодинамической испытательной установки ИУ-1 — сверхзвуковой аэродинамической трубы по проекту Победоносцева.

В марте 1932 года на совещании у начальника вооружений Красной Армии М. Н. Тухачевского гирдовцы познакомились с ленинградским ракетчиком Б. С. Петропавловским и узнали, что в руководимой им Газодинамической лаборатории испытан на стенде ряд опытных ракетных моторов, работающих на азотной кислоте и керосине, и завершается создание по проекту В. П. Глушко первого такого двигателя ОРМ-47, пригодного для установки на ракету. В результате в планах ГИРДа появился еще один пункт — «объект 05» — бескрылая (баллистическая) ракета с двигателем разработки ГДЛ.

Летом 1932 года, когда впервые были выполнены проектные расчеты по разрабатывавшимся объектам, выяснилось, что максимальной скорости полета крылатый ракетный аппарат может достичь, если тяга его двигателя будет примерно равна стартовому весу машины. Поскольку тяга разрабатывавшихся тогда ЖРД была около 100 кг, а вес ракетопланов получался не менее 470 кг, Королев принимает решение разработать небольшую беспилотную крылатую ракету 06 и на ней отработать всю динамику полета с характеристиками, близкими к оптимуму. Дальнейшие расчеты показали, что крылатые ракеты имеют существенное преимущество в дальности полета по сравнению с бескрылыми и, следовательно, представляют интерес не только в качестве модели ракетопланов, но и как средство быстрой доставки грузов на большие расстояния. Сразу же появилась идея создать ракету комбинированной схемы, взлетающую по крутой траектории как баллистическая, а затем планирующую к цели как крылатая. Так появился проект «объекта 07».

Теоретические расчеты дали жизнь и еще одному оригинальному проекту. По теории воздушнореактивных двигателей, созданной в 1928 году Б. С. Стечкиным, получилось, что самую простую конструкцию из всех таких двигателей должен иметь прямоточный ВРД, но он опособен работать только при большой сверхзвуковой скорости полета. Единственным реальным тогда способом разогнать ПВРД до нужной скорости было выстрелить им из пушки. Так родился проект ракеты 08, Представлявшей собой артиллерийский, снаряд, внутри которого располагается ПВРД, работающий на белом фосфоре в качестве горючего.

Рассматривая этот ряд проектов, видим, что более поздние из них были и более простыми. Гирдовцы на практике все глубже постигали специфику новой техники, все больше убеждались в справедливости совета Циолковского начать с самого простого. И действительно, они достигли первого успеха, когда бригада

Тихонравова создала ракету 09 простейшей конструкции (см. предыдущий номер «ТМ»). По этому же пути упрощения пришлось пойти и бригаде Цандера.

В январе 1933 года Ф. А. Цандер начал разработку своего проекта бескрылой ракеты — «объект 10», или ГИРД-Х с ЖРД, использующим металлическое горючее. Но как ни старались гирдовцы, каких только режимов и устройств для подачи металла в двигатель не применяли, все они оказывались неработоспособными. Идея явно опередила технику своего времени. И тогда Королев дал задание разрабатывать ракету 10 с обычным ЖРД на жидком кислороде и бензине. Схема двигателя с камерой грушевидной формы чбыла предложена еще самим Цандером, но конструирование ракеты проходило уже после смерти этого выдающегося пионера ракетной техники и велось Л. С. Душкиным, Л. К. Корнеевым и А. И. Полярным. В процессе отработки ЖРД 02 и 10, прогоравших, а иногда и взрывавшихся на стенде, гирдовцам пришлось еще раз отступить: заменить керосин на менее калорийное горючее — этиловый спирт, благодаря чему двигатели наконец заработали достаточно надежно.

25 ноября 1933 года ракета успешно стартовала с полигона Нахабино и поднялась на высоту 80 м. Хотя успех был неполным (в полете нарушилось крепление двигателя, и ракета повернула к земле, упав в 150 м от места старта), это не омрачило радости ее создателей, ведь был сделан еще один шаг в овладении ракетной техникой.

Отработка всех гирдовских ракет успешно продолжалась в Реактивном научно-исследовательском институте. В мае 1934 года начались летные испытания ракеты Королева 06, на которой была использована гибридная двигательная установка от ракеты 13. А летом 1935 года стартовала ракета Тихонравова 07, выполненная по схеме «летающее крыло», которая с ЖРД 02 достигла рекордной для этого времени высоты 3 тыс. м. В январе 1936 года с таким же двигателем успешно взлетела ракета 10а (РБД-01). За ними последовали старты новых крылатых и бескрылых ракет с жидкостными, воздушно-реактивными и комбинированными ракетными двигателями разных типов, создание которых успешно развивалось на основах, заложенных в ГИРДе. С точки зрения истории науки и техники руководимый С. П. Королевым ГИРД сыграл для космонавтики такую же роль, как лаборатория Э. Резерфорда — для ядерной физики, биологическая станция И. П. Павлова — для физиологии, воздухоплавательный кружок Н. Е. Жуковского — для авиации.

Первые управляемые

Одна из основных проблем, с которой столкнулись конструкторы первых ракетных летательных аппаратов (РЛА), — обеспечение устойчивости их полета по заданной траектории. Стабилизация с помощью хвостового оперения, дававшая пороховым ракетным снарядам хотя и не очень высокую, но приемлемую точность полета, здесь была совсем малоэффективна. Поэтому уже К. Э. Циолковский говорил о необходимости создания автоматических систем управления для ракет. Прекрасно понимая важность решения этой задачи, С. П. Королев еще до ГИРДа уделил много внимания изучению только появившихся тогда автопилотов.

Поначалу, когда пионеры ракетной техники были уверены, что сначала будут созданы ракетопланы, они сосредоточивали все силы на разработке ракетных двигателей, оставляя вопросы автоматического управления на будущее. Но трудности в создании двигателей привели к тому, что начинать пришлось с небольших беспилотных ракет. Первые же их запуски показали, что проблема управления для ракетостроения не менее актуальна, чем создание надежных, легких и экономичных реактивных двигателей. Правда, двигатели ракетчикам приходилось разрабатывать самим, а автоматическими системами управления занимались уже существовавшие специализированные организации, куда и обратились гирдовцы. Однако специалисты авиационного приборостроения, ознакомившись с техническим заданием на разработку гироскопического автомата для ракеты, категорически заявили, что в таких малых габаритах создать требуемый прибор они не могут, да скорее всего это и вообще невозможно. Королев понял, что решать задачу нужно самим. Когда попытки привлечь в коллектив опытного прибориста не удались, он направил на стажировку в приборный НИИ только что пришедшего в ГИРД молодого инженера С. А. Пивоварова. Ему и было суждено вскоре стать конструктором первых советских приборов управления ракетами.

Создание управляемых ракет происходило уже в РНИИ при активном участии инженеров Е. С. Щетинкова, Б. В. Раушенбаха, М. П. Дрязгова и других. На основе гирдовской крылатой ракеты 06 была разработана ракета 06/II с гироавтоматом, стабилизирующим полет в одной плоскости. Она успешно летала, совершая петли Нестерова, иногда по нескольку штук в одном полете. Затем была построена крылатая ракета ближнего действия 216 с кислородноспиртовым ЖРД 02 конструкции Цандера — Душкина, которая совершила в 1936— 1937 годах четыре полета. Ее автомат стабилизировал полет уже в двух плоскостях. Следующей стала крылатая ракета дальнего действия 212 с азотнокислотно-керосиновым ЖРД ОРМ-65 конструкции В. П. Глушко. Эта машина может рассматриваться как первый типичный образец современной ракетной техники, поскольку она имела все основные системы, присущие управляемым РЛА, стабилизировалась по всем трем плоскостям и была рассчитана на покрытие расстояния, на порядок превышающего дальность всех разрабатывавшихся тогда неуправляемых ракетных снарядов. Ракета была выполнена по нормальной самолетной схеме. В ее приборном отсеке располагался гироскопический автомат стабилизации ГПС-3 конструкции Пивоварова, состоявший из двух гироскопов, воздушных коробок, скоростного прибора с анероидными коробками, золотниковой системы, аретира, рулевых машинок и системы обратной связи. Топливные баки располагались в крыле, а баллоны со сжатым воздухом для системы подачи топлива и работы системы управления — в задней части фюзеляжа перед двигателем. Старт ракеты производился с помощью ракетных салазок, разгоняемых по рельсовому пути мощным пороховым двигателем. Таким образом, ракета 212 примечательна еще и тем, что в ней впервые слились воедино достижения разных направлений советского ракетостроения, возникшие в ГИРДе и ГДЛ.

Большим достижением ГДЛ было создание пороховых ракетных двигателей на высокоэффективном бездымном порохе. Несколько проигрывая ЖРД в удельном импульсе, они оставались чрезвычайно простыми и этим не могли не привлекать конструкторов. С их помощью в РНИИ решили провести широкие исследования по выбору аэродинамической компоновки РЛА, для чего была разработана серия малых крылатых пороховых ракет — «объект 48». Эти неуправляемые ракеты, прежде чем удалось с помощью конструктивных и технологических ухищрений заставить их летать достаточно точно, выполняли в полете самые разнообразные, зачастую неожиданные эволюции.

Королев умел из всякого, даже заведомо вредного свойства, проявившегося при испытании новой техники, извлекать пользу. В беспорядочных маневрах неуправляемых ракет он увидел возможность создать для ПВО «воздушную торпеду», которая легко могла бы догнать любой самолет. И такая машина была разработана в 1936 году, причем сразу в двух вариантах: 217/I — по самолетной схеме и 217/II — по симметричной четырех-крылой схеме, типичной для зенитных управляемых ракет нашего времени. Успехи приборного сектора РНИИ во главе с Пивоваровым привели к тому, что за решение проблемы взялись и приборные организации: для ракеты 217 систему управления по лучу прожектора, освещающего цель, разрабатывал уже институт телемеханики.

Опыт разработки первых управляемых ракет привел к появлению новых проектов: управляемой баллистической ракеты 609/II и воздушной торпеды 301 с системой радиоуправления конструкции профессора А. Ф. Шорина, запускаемой с самолета по наземным и воздушным целям.

Таким образом, в предвоенные годы в стенах РНИИ на уровне экспериментальных образцов была разработана стройная система ракетного вооружения, включающая машины всех основных типов, занявших в 50-е годы постоянное место в армиях развитых государств. Причем все входившие в эту систему РЛА были отработаны на стендах, а ракеты 212 и 217 совершили в 1939 году по нескольку полетов. Но в условиях надвигающейся войны эти работы, требующие огромной затраты сил и средств, были приостановлены. Полученный опыт показал, что общий уровень техники во всем мире еще не позволяет сделать управляемые ракеты эффективным оружием широкого применения. И хотя были сведения, что Германия продолжает подобные работы, в СССР было принято решение все силы специалистов ракетного дела сосредоточить на создании пилотируемых перехватчиков и многозарядных установок для массированной стрельбы неуправляемыми ракетными снарядами. Это решение привело к своевременному появлению на франте знаменитых «катюш».