Во втором пуске, состоявшемся 20 октября, снова использовали ракету серии "Т". Еще на активном участке испытатели зафиксировали сильное отклонение влево от расчетной траектории, не без юмора доложили: "Пошла в сторону Саратова". Через пару часов срочно собралась Государственная комиссия. Серов выговаривал: "Вы представляете, что будет, если ракета дошла до Саратова? Я вам даже рассказывать не стану, вы сами можете догадаться, что произойдет с вами со всеми…" Но ракетчики не волновались: до Саратова было много дальше 270 км, которые ракета могла пролететь. Потом оказалось, что она благополучно одолела 231,4 км.
Во втором цикле испытаний, начатом после доработок системы управления и продолжавшемся до 13 ноября 1947 года, были запущены четыре ракеты серии "Т" и пять ракет серии "Н" (эта серия была собрана советскими и немецкими специалистами еще в Германии). До цели дошли только пять из девяти, показав максимальную дальность в 274 км.
Пока на полигоне шли летные испытания, в Подлипках-Калининграде завершалась работа над комплектом технической документации по немецкой ракете с учетом требований отечественных ГОСТов, стандартов, нормалей и материалов. Однако какие-либо конструктивные изменения пока не допускались. Весь этот кропотливый труд как бы подводил итог изучению и освоению трофейной техники, став первым шагом в создании отечественной баллистической ракеты дальнего действия – ракеты "Р-1". Министр вооружения Дмитрий Устинов выразил свое отношение к ситуации так:
"Нашей промышленности надо будет начинать не с нуля, не с пустого места, научиться вначале тому, что было сделано в Германии. Мы должны точно воспроизвести немецкую технику раньше, чем начнем делать свою. Я знаю, это некоторым не нравится. Вы нашли много недостатков в немецкой ракете и горите желанием сделать по-своему. На первое время мы это запрещаем. Вначале докажите, что можете делать не хуже".
Пришлось подчиниться высокому начальству, однако советская технология вносила свои коррективы. Первой серьезной проблемой стала замена всех немецких материалов на отечественные эквиваленты. Немцы использовали при производстве "V-2" 86 марок и сортаментов стали, а наша промышленность в 1947 году была способна заменить аналогичными по свойствам только 32 марки. По цветным металлам немцы использовали 59 марок, а наши ракетчики смогли найти у себя только 21. Резины, прокладки, уплотнения, изоляции, пластмассы оказались самыми "трудными" материалами. Требовалось иметь 87 видов неметаллов, а советские заводы и институты способны были дать только 48. Через решение проблем производства у конструкторов зрело осознание того, что общая культура советского послевоенного производства не соответствует уровню создаваемой техники. Необходима была перестройка психологии рабочих и технологов.
Несмотря на технологическую отсталость и формальную возможность ограничиться копированием ракеты "V-2" для первой серии "Р-1", конструкторы все же стремились сразу внедрить новые технические решения. В итоге были существенно переработаны конструкции хвостового и приборного отсеков с целью их усиления. За счет увеличения заправки горючего повысили расчетную дальность полета с 250 до 270 км.
Десятки предприятий включились в деятельность по доведению "Р-1". Всего в этом проекте были задействованы тринадцать НИИ и тридцать пять заводов, разбросанных по территории Советского Союза.
17 сентября 1948 года была предпринята попытка запуска "Р-1", собранной на опытном заводе НИИ-88. Сразу после старта ракета с серийным номером I-4 наклонилась и перешла в горизонтальный полет. Пролетев 10 км с работающими двигателями, она свалилась в пике и упала на землю. Во время старта был поврежден стартовый стол.
Многочисленные неполадки, которые приходилось устранять прямо на полигоне, задерживали следующий запуск "Р-1". Но он все-таки состоялся – 10 октября 1948 года.
Вспоминает очевидец события Виктор Гавриленко:
"И тут произошло невероятное. Огромное пламя с раздирающим ревом охватило, казалось, всю степь. Ураганный вихрь пламени, рассекаемый конусом стартового стола, сносил все на своем пути. Ракета медленно стала подниматься из огромной массы огня, пыли и дыма. Установилась мощная, стабильная струя газового потока из камеры сгорания ракеты. Всем офицерам показалось, что поднимавшаяся над головами ракета остановилась. Все, затаив дыхание, ждали, что же будет дальше. Ракета начала заваливаться. Дрогнуло сердце. Оказалось, ракета взяла запрограммированный угол тангажа и быстро стала уходить в небо, извергая с раскатистым громом по степи фантастический поток раскаленных газов. Все смотрели на это чудо в состоянии оцепенения. Потом ракета далеко в небе зашла в солнечные лучи и превратилась в маленькую светящуюся звездочку".
На этот раз ракета с серийным номером I-1 ушла на расстояние в 250 км. Затем опять пошла полоса неудач. Успешные запуски чередовались аварийными. Причины аварий были самые разные, но в основном технологического характера: низкое качество изготовления агрегатов и систем ракеты, недостаточный объем проверок узлов и приборов, плохая отработанность сложных систем.
Для второго этапа летных испытаний было подготовлено двадцать ракет. При испытаниях осенью 1949 года семнадцать ракет этой партии выполнили свою задачу. После всех проведенных испытаний постановлением Совета министров от 25 ноября 1950 года ракета "Р-1" была принята на вооружение Советской армии с комплексом наземного оборудования, а в 1952 году запущена в серийное производство на заводе № 586 в Днепропетровске.
Еще будучи в Германии и изучая трофейную технику, Сергей Королев понял, что на основе "V-2" можно создать более совершенную ракету с дальностью до 600 км. Установив, что немецкий двигатель поддается форсированию по тяге, конструктор предложил пять вариантов новой ракеты, один из которых был принят за основу.
Предполагалось, что ракета, получившая обозначение "Р-2", будет аналогична "V-2", но с удлинением цилиндрической части на 1,9 м, что давало возможность для значительного увеличения емкости баков. Несмотря на крайне сжатые сроки и высокую занятость специалистов, к концу 1946 года удалось подготовить полный комплект чертежей, пояснительную записку и даже изготовить три опытных образца "Р-2".
25 апреля 1947 года состоялась защита эскизного проекта ракеты "Р-2" на самом первом заседании ученого совета НИИ-88. Однако прямое копирование немецких решений не устраивало Сергея Королева. Кроме того, расчеты указывали, что удлиненная ракета будет просто разваливаться при возвращении в атмосферу. Ссылаясь на работы Константина Циолковского, главный конструктор предложил делать боеголовку ракеты отделяемой. Идея вела к другим доработкам, значительно изменяющим схему "Р-2" в сравнении с "V-2": появилась возможность освободиться от защитной оболочки баков, сделав их несущими, а также упростить хвостовой отсек, убрав стабилизаторы.
Запуски первой серии ракет "Р-2" проходили на полигоне в октябре – декабре 1950 года. Было запущено двенадцать ракет: пять потерпели неудачу на активном участке траектории из-за отказов системы управления и двигательной установки, а у семи было отмечено разрушение головной части из-за перегрева на участке спуска. Принятые технические меры позволили увеличить надежность, и из тринадцати ракет "Р-2" второго этапа испытаний двенадцать достигли цели.
Благодаря внесенным усовершенствованиям ракета "Р-2" могла доставить на космическую высоту не только блок оборудования (как "V-2" или "Р-1"), но и герметичную капсулу с человеком внутри. Так, поздняя модификация "Р-2А" поднимала головную часть массой 860 кг на высоту 200 км, а шарообразная герметичная гондола знаменитого стратостата "СССР", рассчитанная на трех стратонавтов, весила всего-то 280 кг. При этом система отделения головной части позволяла осуществить эвакуацию гондолы на любом участке траектории. Такой вариант был вполне реален, но Королев всерьез не рассматривал его – прежде всего "Р-2" должна была стать оружием.
К исходу 1949 года рамки отдела № 3 НИИ-88 стали тесны для быстро растущего конструкторского коллектива под руководством Сергея Королева, и 30 апреля 1950 года вышел приказ о преобразовании его "фирмы" в Особое конструкторское бюро № 1 (ОКБ-1) по разработке ракет дальнего действия.
Тем временем на передний план вышла тема создания мощной межконтинентальной ракеты, способной донести атомный заряд до США. Однако необходима была и ракета, поражающая цели в оперативной глубине обороны противника. Такой ракетой стала одноступенчатое "изделие", получившее обозначение "Р-5". Она должна была иметь дальность полета, вдвое превышающую дальность предыдущего серийного изделия. И именно "Р-5" Сергей Королев всерьез рассматривал в качестве носителя для полета человека на околоземную орбиту.
Ракетные собаки
В марте 1947 года Сергей Королев принял важное решение – делать боеголовку ракет самостоятельным объектом, который отделяется от основной ракеты и по баллистической кривой добирается до цели. 25 апреля, выступая на пленарном заседании ученого совета НИИ-88, главный конструктор заявил:
"На следующих машинах мы столкнемся и уже столкнулись с гораздо большими трудностями, связанными с использованной схемой. По поводу нагрузок и возможного разрушения ракеты в полете можно отметить, что в работах Циолковского есть предложения по составной ракете. Я думаю, что будет дальнейшее развитие идеи Циолковского. <…> Мы работаем сейчас над машинами, скорость которых сравнима с космическими скоростями, и я могу сказать, что наш следующий этап работ требует какой-то составной схемы. В случае успеха такую схему можно будет применить для этой машины и увеличить ее дальность…"
Сначала инженерам казалось, что в "составной" схеме нет ничего сложного: двигатель выключается, головка отбрасывается пружиной или отстреливается пиропатроном. Но почти сразу проявились трудности: пока двигатель работает, головку не отделишь, двигатель как бы подпирает к ней снизу корпус ракеты; а после выключения двигателя отделять головку невыгодно, ведь ракета уже неуправляема, и головка может отклониться от курса. Отделять поэтому надо точно в момент выключения двигателя. Но в том-то и дело, что этого момента не существует! После отсечки топлива догорание в камере продолжается, тяга стремительно уменьшается, но совсем исчезает лишь через семь-десять секунд. Необходима математическая модель, но ее пока нет и, скорее всего, в ближайшее время не появится, потому что очень сложно описать формулами процесс догорания остатков топлива.
Сергей Королев, по своей привычке, решил не дожидаться появления теоретических соображений, а провести опытные отстрелы головки на "Р-1" – ко времени, когда начнутся испытания новой ракеты "Р-2", все вопросы будут решены. Так появилась ракета "Р-1А" – "единичка" с отделяющимся боевым зарядом или "Аннушка", как ласково окрестили ее на полигоне.
Отделяющаяся головная часть была нужна Королеву для ракеты "Р-2", но оказалось, что в ее испытаниях заинтересованы и кабинетные ученые, и в 1947 году началась дружба Сергея Павловича с академической наукой, что тоже было неизбежно. Ведь изучать атмосферу и космическое пространство должны были ученые, а не военные, думающие лишь о том, как побыстрее создать средство доставки ядерного заряда до городов потенциального противника. Фактически Королев вернулся к реализации своей главной мечты. Тяжелая и страшная эпоха заставила его заниматься военными ракетами, но идея полетов в космос, на Луну и Марс была жива, посему возвращение Королева в науку было предопределено.
Осенью 1947 года маленькая экспедиция физиков приехала на полигон Капустин Яр. Они выкопали и оборудовали "академическую" землянку, в которой аппаратура готовилась к полету. Первый старт ракеты "V-2" с научным оборудованием состоялся 2 ноября 1947 года и прошел успешно: ракета отклонилась всего лишь на 5 км от расчетной траектории. Сигналы регистрирующей аппаратуры "ФИАН" были приняты, раскодированы и проанализированы.
На следующий день, правда, случилась неприятность: стандартная "V-2", запущенная в рамках военных испытаний, ушла влево и стала вращаться вокруг продольной оси, потом у нее оборвались стабилизаторы, и ракета, воспламенившись, упала плашмя на землю. На расследование происшествие ушло время, поэтому второй полет "V-2" с аппаратурой "ФИАН" состоялся только 13 ноября, но вновь оказался успешен: ракета отклонилась от траектории на 80 м.
Круг интересов физиков тем временем расширялся, и, узнав о проекте ракеты "Р-1А" с отделяющейся головной частью, они пришли в восторг: теперь можно было точно измерить газовый состав и температуру верхних слоев атмосферы, не опасаясь "помехи" от выбросов продуктов горения.
Для проведения работ было выделено восемь трофейных ракет, которые полностью перебрали и произвели необходимые замены, в частности установили хвостовые отсеки собственной конструкции, а также механизм для отделения головной части. В итоге при том же диаметре корпуса ракета "Р-1А" стала на метр длиннее исходной "V-2".
Непосредственная подготовка ракеты "Р-1А" к летным испытаниям началась в январе 1949 года на временной испытательной площадке НИИ-88 в близлежащем лесу и закончилась 11 февраля. И 7 мая на полигоне Капустин Яр состоялся первый старт "Аннушки". После запуска возбужденный Королев тут же потребовал самолет и полетел в район цели, с воздуха увидел две воронки, уговорил летчиков посадить "Ли-2" и самолично осмотрел места падения ракеты и отделяемой головки. На следующий день он писал домой:
"Вчера был наш первый концерт, прошедший с весьма большим успехом. Это очень приятно и, надеюсь, знаменует успешное осуществление в жизни одного из очень важных этапов нашей работы".
Научные исследования проводились на "Аннушках" в течение семи лет – ракета оказалось очень удобной. С каждым годом они привлекали все больше экспериментаторов, особенно ищущую молодежь. Сергей Королев был очень доволен и самими запусками, и новыми задачами. С военными он связывал ближнюю перспективу, с учеными – дальнюю. И не ошибся.
После успешных испытаний ракет "Р-1А" по приказу Королева было составлено "Техническое задание на проведение работ по исследованию высоких слоев атмосферы", которое Сергей Павлович утвердил 28 августа 1950 года. В нем Королев сделал следующий логический шаг к пилотируемой космонавтике – он заявил о своей готовности начать медико-биологические эксперименты по изучению влияния больших (космических!) высот на живые организмы.
"Целью работы являются исследования, связанные с полетами на больших скоростях и высотах, и изучение характеристик атмосферы и физических явлений на высотах порядка 100 км.
При этом должны быть решены следующие основные задачи.
1. Изучение состава первичного космического излучения, его взаимодействия с веществом.
2. Выявление химического состава воздуха на больших высотах.
3. Измерение давления воздуха на больших высотах.
4. Разработка метода определения направления ветров в высоких слоях атмосферы.
5. Исследования спектрального состава излучения Солнца, в особенности в ультрафиолетовой части.
6. Проверка поглощающей способности озона на высоте 55–60 км.
7. Исследование влияния постепенно нарастающей перегрузки на живые организмы.
8. Проверка жизнедеятельности живых организмов в условиях больших высот при подъеме на ракете.
9. Установление возможности спасения животных с больших высот после подъема на ракете".
Итак, в космос отправятся животные. Но что это будут за животные? Каким существам доверят честь стать первыми космонавтами Советского Союза? На этот вопрос должны были ответить специалисты из той области, с которой Королеву почти не приходилось иметь дело, – авиационные медики.
О своей первой встрече с главным конструктором вспоминает профессор Владимир Иванович Яздовский, волею судьбы ставший основоположником космической медицины:
"Однажды вечером у меня дома раздался телефонный звонок. Энергичный мужской голос коротко представился: "Королев". Я дал согласие встретиться с ним завтра, после обеда, неподалеку от академии имени Н. Е. Жуковского. Шел 1948 год, была уже глубокая осень, листья с деревьев облетели, и вторая половина дня утопала обычно в серенькой измороси. В этом предсумеречном свете передо мной неожиданно – хотя ждал же! – возникла крепкая, плотная фигура в темном пальто и шляпе. Последовало крепкое рукопожатие, Сергей Павлович взял меня под руку и повел вглубь аллеи, безо всяких предисловий обращаясь ко мне на ты. "Сейчас мы с тобой погуляем и все обговорим! – начал он весело, будто радуясь моему недоумению. – Не удивляйся, тебя рекомендует сам Андрей Николаевич Туполев. А для меня дороже его мнения нет. Я и сам у него учился – знаю, чего стоит похвала Туполева. Едва я сказал, что мне нужен медик, который был бы на ты с техникой, он сразу тебя вспомнил".
Далее Королев прямо, без обиняков сказал мне, что у них есть ракеты, способные поднять груз массой более 500 кг на высоту 100 км (видел ли он мое ошеломление?), что геофизические исследования на этой высоте уже ведутся, но он считает, что пора начинать эксперименты на животных, которые проложили бы путь человеку. <…>
Я был смущен. Я не считал свою работу выдающейся, просто делал дело честно, добросовестно. А тут такое предложение – даже вслух вымолвить страшно: жизнеобеспечение полета человека в космос! Видя, что я в таком состоянии, Сергей Павлович сказал на прощание: "Думай. Но без риска, без попытки решить большую задачу жизнь – не жизнь… А погода сегодня прекрасная! Ты взлет ракеты не видел? Никогда? По-моему, прекраснее нет ничего…"
Он снова крепко пожал мне руку, сел в машину и уехал. А мне предстояло "думать и решать". Да что там думать, если зацепиться не за что! Никакого задела, никаких экспериментов, никакой методики не существовало и не могло существовать. И поговорить, посоветоваться не с кем. Королев предупредил, что разговор должен остаться между нами…"
Королев организовал встречи Яздовского с министром обороны и с президентом Академии наук. Те обещали полную поддержку исследованиям, которые предстояло возглавить медику. Поскольку предусматривалась тесная связь этой работы с деятельностью разных подразделений ОКБ-1, решили вопрос и о финансировании экспериментов: Королев согласился взять лабораторию на свое финансовое обеспечение.
В 1949 году проведение биологических и медицинских исследований было возложено на Научно-исследовательский испытательный институт авиационной медицины, а конкретное исполнение – на Владимира Яздовского, который сформировал группу из трех врачей и одного инженера. В 1950 году под его руководством в институте была открыта первая научно-исследовательская работа в области космической медицины по теме "Физиолого-гигиеническое обоснование возможностей полета в особых условиях".