За пределы стратосферы

Крупнейшим мероприятием в научной жизни послевоенного периода стал Международный геофизический год (МГГ), проходивший с 1 июля 1957 года по 31 декабря 1958 года. В ходе его выполнения не только были осуществлены обширные наземные исследования, которые по единой программе, охватывающей сорок научных проблем, вели более 50 тыс. ученых шестидесяти стран, но и благодаря развитию ракетной техники, в первую очередь советской, были далеко раздвинуты пространственные границы исследований. К этому времени в нашей стране под руководством С. П. Королева были созданы новые управляемые баллистические ракеты дальнего действия, во всех отношениях превосходящие ракету Р-1. Они и послужили основой для разработки геофизических ракет второго поко-ления В-2, В-5 и В-11.

Ракета В-2А предназначалась для выполнения того же комплекса исследований, что и ракеты серии В-1, но на вдвое больших высотах — порядка 200 км. Примененные на этой машине топливные компоненты — жидкий кислород со спиртом — и схема двигательной установки: однокамерный ЖРД с трубонасосным агрегатом, работающим на продуктах разложения перекиси водорода, — оставались такими же, как у Р-1. Высота полета была поднята в основном за счет совершенствования конструкции корпуса, в которой впервые был применен несущий спиртовой бак и герметичный приборный отсек, между топливным и хвостовым.

Важнейшими событиями МГГ стали запуски первых в истории искусственных спутников Земли, затмившие все остальные достижения. Но и ракетные высотные исследования по программам МГГ проводились на гораздо более высоком уровне, чем раньше.

Первый пуск ракеты В-2А был осуществлен 16 мая 1957 года. При этом полезный груз массой 2200 кг, расположенный в головной части и двух боковых контейнерах, был поднят на высоту 212 км и успешно возвращен на Землю. Две собаки, совершившие полет на этой ракете, сначала испытали шестикратную перегрузку, а затем динамическую невесомость в течение 320 с. Всего было проведено 13 пусков ракет серий В-2.

Ракета В-5А была создана на основе первой в мире ракеты, имевшей дальность полета более 1 тыс. км. В ее конструкции в полной мере были воплощены принципиальные идеи, характеризовавшие новый этап в развитии мощных баллистических ракет, подготовивший научно-технические возможности для перехода к созданию многоступенчатых межконтинентальных и космических ракет.

Корпус машины был резко облегчен за счет того, что он рассчитывался только на сравнительно небольшие нагрузки активного участка, имел несущие топливные баки монококовой цельносварной конструкции из легкого алюминиево-магниевого сплава. На дюралевом клепаном хвостовом отсеке вместо громоздкого стабилизатора устанавливались легкие пилоны, несущие воздушные рули. Стабилизация ракеты на активном участке полета осуществлялась системой управления с помощью воздушных и газовых рулей, а затем на участке подъема по инерции — с помощью струйных рулей, или микрореактивных двигателей. Причем в качестве их рабочего тела использовались не какие-то специально запасенные компоненты, а уже выполнившие свою основную роль и потому даровые газы наддува из огромного бака окислителя, давление в котором поддерживалось за счет испарения остатков жидкого кислорода. На большие силовые и тепловые нагрузки, возникающие при возвращении в атмосферу, была рассчитана только головная часть ракеты, снабженная конической стабилизирующей юбкой с тормозными щитками. В ее шпиле располагался спектрограф для фотографирования ультрафиолетовой части спектра Солнца. Под ним находилась аппаратура для получения данных о составе положительных ионов и о других характеристиках верхней атмосферы, затем шли отсеки для подопытных животных и системы их жизнеобеспечения, для бортовых источников питания и, наконец, для парашютной системы.

Впервые примененная стабилизация ракеты на участке подъема по инерции, исключавшая ее вращение вокруг вертикальной и горизонтальной осей, вместе с тщательным определением траектории движения с помощью оптической и радиоизмерительной аппаратуры позволили точно привязать результаты исследований к высотам полета, что значительно увеличило их научную ценность. Головная часть отделялась от ракеты в верхней части траектории и начинала свободное падение на Землю. Общий период невесомости при этом достигал 10 мин.

Первый запуск ракеты В-5А 21 февраля 1958 года сразу же был ознаменован рекордным результатом для одноступенчатых летательных аппаратов: полезный груз массой 1520 кг был поднят на высоту 473 км. Эксперименты с помощью ракеты В-5 А дали ценнейший материал, положенный в основу проектирования систем жизнеобеспечения и парашютных систем спасения для космического полета человека. В дальнейшем были разработаны другие варианты этой ракеты: В-5Б и В-5В с высотной геоастрономиче ской станцией. Всего было осуществлено 25 пусков ракет этих серий, во время которых достигались высоты до 512 км. Последние пуски с научной аппаратурой, изготовленной специалистами ВНР, ГДР, ПНР, СССР и ЧССР, проводились в 1970—1971 годах по программе «Вертикаль» в рамках «Интеркосмоса».

Ракета В-11 А была разработана на основе первой баллистической ракеты на высококипящем топливе, позволяющем хранить и транспортировать ее в заправленном состоянии. Совершенство ракеты видно в том, что при почти втрое меньшей стартовой массе эта ракета могла решать те же задачи, что и Р-1, но была гораздо удобнее в эксплуатации. Машина была оснащена двигательной установкой конструкции А. М. Исаева с однокамерным азотнокислотно-керосиновым ЖРД и вытеснительной системой подачи с жидкостным аккумулятором давления, работавшим на основных компонентах топлива. Приближаясь по простоте обслуживания к метеорологическим ракетам, В-11 А в то же время обладала грузоподъемностью и высотой полета, позволявшими осуществлять с ее помощью обширные геофизические исследования.

Ракета В-11 А применялась для подъема в ионосферу автоматической геофизической станции, представлявшей собой сферу, начиненную научной аппаратурой и снабженную оригинальной маятниковой системой стабилизации. Всего было запущено 22 ракеты В-11 А. Наиболее ценным был эксперимент по одновременному запуску серии таких машин 15 февраля 1961 года в зоне полного солнечного затмения.

Успехи в выполнении ракетных геофизических исследований во многом определялись тем большим вниманием, которое уделял им академик С. П. Королев. Решая в те же годы гораздо более сложные и ответственные задачи по созданию многоступенчатых ракет и космических аппаратов, он никогда не рассматривал работу над геофизическими ракетами в качестве второстепенной, никому не перепоручал руководство ею и при каждом подходящем случае подчеркивал ее органическую связь со всеми перспективными делами в области ракетостроения и космонавтики.

Первая космическая

В 1951 году наша ракетостроительная промышленность завершила большой объем научно-исследовательских и проектных работ по эскизному проекту управляемой БРДД Р-3. Эта огромная машина при стартовом весе 72 т, длине 27 м и диаметре 2,8 м должна была переносить полезный груз в 3 т на расстояние 3000 км. В процессе проектирования было показано, что пакет из трех соединенных параллельно ракет Р-3 сможет вывести на орбиту небольшой ИСЗ. Казалось бы, чего еще желать? Нужно было срочно воплощать проект в металл... Но главный конструктор ракеты С. П. Королев после успешной защиты проекта выступил с предложением... отказаться от его реализации, не терять на нее времени, а сразу же приступить к разработке нового проекта еще более грандиозной ракеты, рассчитанной на межконтинентальную дальность полета с тем же полезным грузом. Это было поистине историческое предложение, резко приблизившее сроки космических полетов. Дополнительные углубленные исследования показали обоснованность предложения. Оно получило всемерную поддержку партии и правительства. И с 1954 года основные силы отечественного ракетостроения были сосредоточены на создании межконтинентальной баллистической ракеты (МБР), которая должна была одновременно стать основой космической ракеты-носителя большой грузоподъемности.

Программа создания МБР по количеству и уровню привлеченных к ее выполнению НИИ, КБ и заводов не имела себе равных во всей предыдущей истории мировой техники. Это объяснялось, во-первых, сложностью разрабатываемой конструкции ракеты и наземного комплекса и их полной новизной, во-вторых, сжатыми сроками разработки, диктовавшимися международной обстановкой, и, в-третьих, предельно высокими характеристиками узлов, систем и агрегатов, которых добивался Главный конструктор от всех смежных коллективов-разработчиков, участвовавших в создании ракеты.

21 августа 1957 года первая в мире МБР, созданная в СССР, совершила успешный полет на межконтинентальную дальность. Параллельно с первыми летными испытаниями МБР на ее основе создавалась первая в мире ракета-носитель «Спутник», которая уже 4 октября того же года впервые достигла космической скорости и вывела на орбиту первое искусственное небесное тело (см. Историческую серию «ТМ» «Первые ИСЗ» в № 1 за 1979 год).

Создание ракеты «Спутник» было поистине революционным, качественным скачком в развитии мировой техники. Ведь все предшествующее совершенствование ракет и других летательных аппаратоь проходило постепенно. У каждой более совершенной машины был менее совершенный, но реальный прототип. Советская ракета-носитель как первенец нового вида техники — ракетно-космической — оказалась уникальной во всех отношениях. У нее не было никаких, хотя бы экспериментальных, прототипов, приближавшихся к ней по характеристикам. По дальности, высоте и скорости она резко превзошла достижения летательных аппаратов и снарядов всех других типов. Все в ней было оригинально, начиная с общей конструктивно-компоновочной схемы с параллельным расположением и продольным разделением пяти ракетных блоков — четырех боковых и одного центрального. Каждый блок имел собственные топливные баки и двигательную установку. На старте начинали работать двигатели всех пяти ракетных блоков. Но запас топлива в центральном блоке был гораздо больше, чем в боковых. Когда в конце первой ступени топливо в боковых блоках заканчивалось, их двигатели выключались и они уводились в стороны с помощью удивительной по красоте замысла и его воплощения системы разделения. В момент подачи команды на выключение боковых двигателей разрывались нижние связи между блоками. Опустевшие боковые блоки под действием остатков тяги их двигателей начинали отходить от центра, вращаясь вокруг шаровых опор, которыми они упирались передними концами в кислородный бак центрального блока. При повороте на заданный угол передние опоры выходили из зацепления. В этот момент в верхних частях «боковушек» открывались клапаны. Накопившиеся в их кислородных баках газы наддува истекали через специальные сопла наружу и отбрасывали отработавшие боковые блоки далеко от центрального, продолжавшего работать в качестве второй ступени ракеты до достижения заданной скорости. Много оригинального было и в многокамерных кислородно-керосиновых ЖРД с работающими при высоком давлении неподвижными основными и качающимися рулевыми камерами, с узлами качения, совмещенными с магистралями подвода компонентов, и в точнейших приборах управления как полетом ракеты по траектории, так и согласованием работы всех ее двигателей, и во всех остальных многочисленных агрегатах и системах этой машины века.

Ракета-носитель «Спутник» была подлинным шагом в неизвестность и в процессе ее создания и при ее применении. Именно поэтому она позволила вырвать у природы так много ее сокровенных тайн. Вслед за первым ИСЗ с ее помощью был запущен первый в истории биологический спутник с животным на борту. А полностью грузоподъемность двухступенчатой ракеты-носителя впервые была использована 15 мая 1958 года, когда она вывела на орбиту третий советский ИСЗ — автоматическую орбитальную станцию массой 1327 кг. Но, выполнив свою историческую миссию по запуску трех первых спутников, сама ракета «Спутник» не ушла в историю, а продолжала служить космонавтике в качестве основы многих других более мощных ракет-носителей, оставаясь непревзойденной по мощности и совершенству в течение многих лет, ознаменовавших начало космической эры.

Судьба этой машины замечательно оправдала все казавшиеся тогда совершенно фантастическими надежды ее творцов, о которых мы теперь можем судить по опубликованным документам. Так, в направленных в правительственные органы планирования 5 июля 1958 года «Предварительных соображениях о перспективных работах по освоению космического пространства» С. П. Королев и М. К. Тихонравов, исходя из того, что «околосолнечное пространство должно быть освоено и в необходимой мере заселено человечеством», намечали обширный план космических исследований, в основе первых шести пунктов которого лежало использование ракеты-носителя «Спутник» и ее трех- и четырехступенчатых модификаций. В них было предусмотрено создание и выведение в космос следующих аппаратов: автоматических ИСЗ различного научного и прикладного назначения; автоматических станций для исследований Луны, достигающих ее поверхности и выводимых на орбиту ее спутника; первых спутников с человеком на основе использования баллистической схемы возвращения; спутников с человеком на основе планирующей схемы возвращения; автоматических станций для полетов к Венере и Марсу и, наконец, аппаратов для отработки сближения на орбите. Все это было блестяще осуществлено.