Летом 1935 года во время практики на Запорожском моторостроительном заводе им. П.И. Баранова молодой студент использовал свои глубокие знания по теории колебаний. Завод никак не мог ввести в серийное производство одну из модификаций поршневого авиационного двигателя БМВ-6, лицензия на выпуск которого была куплена в Германии и именовалась М-85. Одна из секций коленчатого вала постоянно ломалась при нормативных нагрузках. Естественно, что инженеры завода попробовали усилить "слабое звено" за счёт увеличения диаметра шейки вала. Владимир же, поразмыслив, предложил не увеличивать диаметр, а, наоборот, уменьшить его, тем самым изменив частоты, чтобы вывести систему из резонансной зоны. Эта рекомендация и стала решением проблемы. После этого киевского студента пригласили прочитать курс лекций по динамике колебаний для инженеров завода.
С Запорожского моторостроительного завода в институт была дана справка:
"Студент Челомей В.Н. на протяжении своей производственной деятельности с 15/07 по 21/08 1935 г. в конструкторском отделе провёл большую расчётно-исследовательскую работу по крутильным колебаниям авиамоторов продукции завода № 29, а также выполнил проверку рада расчётов и редактировал отдельные статьи расчётного характера.
Во всех выполненных т. Челомеем работах проявлена особо высокая теоретическая и инженерная подготовка, сочетавшаяся с внимательным отношением к работе, при выполнении которой он абсолютно не считался с тратой собственных сил и времени. За время пребывания на заводе т. Челомей прочёл курс теории колебаний применительно к авиамоторам инженерам конструкторского бюро. Для окончания особо важной работы т. Челомей был задержан до 27.08.35 г." [110].
Через год Челомей вновь был приглашён на завод, где прочёл лекции о расчёте вибраций в моторах и принял участие в расчётной работе, позволившей исключить выход из строя пружин газораспределительного механизма, а в институт вновь был направлен сдержанный (в духе времени) положительный отзыв:
"Начальнику Киевского авиационного института
За время пребывания тов. Челомея в командировке на заводе имени Баранова с 20 сентября по 7 октября 1936 года им прочитан инженерам конструкторского отдела полный курс расчётов в вибрации в авиамоторах в количестве 70 часов, чем товарищ Челомей оказал весьма существенную помощь в выполнении ряда насущных вопросов работы конструкторского отдела.
Вместе с тем, под руководством товарища Челомея проведена большая расчётная работа по газораспределению и пружинам, выявившая принципиальные моменты в имеющихся дефектах по узлу и методы их устранения.
7 октября 1936 года" [110].
А вскоре Владимир оказал и непосредственную помощь при освоении в производстве ещё более мощного двигателя М-86,
8 отличие от М-85 двигатель М-86 оснащался новым редуктором. Изменение его конструкции было вызвано необходимостью применить винты с изменяемым в полёте шагом, что позволяло более экономично использовать мощность двигателей как при взлёте и наборе высоты, так и при полёте на разных режимах, что улучшало лётные качества самолётов. Этот тип редуктора, установленный впервые на двигателе М-86, стал в дальнейшем базовым и для других авиационных двигателей.
Цех, изготавливавший для этого двигателя клапанные пружины, переживал "болезни" освоения. Пружины при испытаниях часто ломались, а работники цеха никак не могли определить причину их поломки. Они тщетно пробовали менять сорта стали, режимы термообработки, даже диаметр проволоки и геометрию навивки.
Челомея заинтересовало это явление. Он начал искать причину в чертежах мотора М-86. И труды не пропали даром: проверка динамического расчёта кривошипно-шатунного механизма показала, что всему виной ошибка заводских конструкторов при расчёте пружин на вибрационную усталость. Студент-практикант предложил изменить конструкцию деталей. Первая же партия пружин, изготовленных по новым чертежам, отвечала всем необходимым требованиям. А один из разделов лекции В.Н. Челомея "Теория пружин", прочитанной во время второй практики на заводе № 29 в 1936 году и связанной с этими событиями, был опубликован в 1938 году в виде отдельной статьи в восьмом выпуске "Трудов Киевского авиационного института".
В повести В.Е. Родикова приводится эпизод, рассказанный автору М.А. Петровым, учившимся вместе с Челомеем в институте:
"Однажды (а это случилось в 1936 году) Владимир Челомей исчез на целых три дня. В институте заинтересовались его отсутствием (в то время с посещаемостью было строго). Сокурсники пришли к Челомею домой. А Владимир даже матери не сказал, куда он поехал. На четвёртый день объявился. Оказывается, ездил в Ленинград к известному академику, советскому кораблестроителю, автору многих основополагающих трудов по математике, механике и теории корабля, Алексею Николаевичу Крылову.
Заявился он к Крылову прямо на квартиру. Открыл дверь сам академик, который пригласил Владимира в просторную прихожую. Челомей изложил причины своего приезда. В Киеве, в одном из книжных магазинов, он приобрёл новую книгу академика, посвященную вибрации корпуса судна. Познакомившись с этой работой, Владимир обнаружил в ней некоторые неточности, а при выводе закона о колебаниях корпуса судна, по его мнению, были сделаны ненужные допущения. Изложенная в книге теория вибрации чересчур громоздка и запутанна. Её можно сделать стройнее и проще.
Алексей Николаевич не дал ему закончить свою мысль.
- Если вы не согласны с моими доводами, то напишите письмо, - сделал попытку свернуть разговор А.Н. Крылов.
- Очень жаль, что вы не хотите меня выслушать, - с огорчением сказал Володя.
Его настойчивость взяла верх. Крылов пригласил Челомея в свой кабинет, напоминающий одновременно и библиотеку, и штурманскую рубку из-за стоящих тут и там разных приборов, изобретённых самим хозяином.
Академик снял с полки книгу и передал её студенту. Владимир нашёл нужное место и принялся доказывать на листке бумаги, как можно упростить отдельные математические выкладки и выводы, изложенные в книге. В конце концов автор научного труда вынужден был признать замечания студента правильными.
Ночевать остался Челомей у Алексея Николаевича. Вечером, сидя в глубоких кожаных креслах, они разговорились. Крылов с юмором рассказывал о разных случаях из своей богатой инженерной практики.
Когда наутро студент собрался уходить, академик вдруг вспомнил, что не знает фамилии своего гостя. Владимир назвал себя.
- Благодарю вас, товарищ Челомей, - тепло пожал ему на прощание руку Крылов.
Ну а в институте его ждали неприятности: "Почему прогулял?" Владимир рассказал комиссии, что был в Ленинграде у академика Крылова. Не все поверили. Но вскоре Алексей Николаевич сам позвонил в институт, рассказал обо всём и похвалил студента" [109].
"Это был очень живой молодой человек, с весьма приятными чертами лица, с умными, красивыми светлыми глазами. При первом же общении с ним обращали на себя внимание такие редкие качества, как умение слушать собеседника, такт в общении с товарищами, способность просто и убедительно объяснять самые сложные для восприятия проблемы, - вспоминал заместитель Главного конструктора НПО машиностроения С.Б. Пузрин. - К тому же он уже в первые годы учёбы в Киевском авиационном институте (1932–1937 гг.) проявил поразительную эрудицию в области механики твёрдого и упругого тела, математики, а также выдающиеся способности в самостоятельной научной работе. Ему предсказывали блестящее будущее на поприще науки.
Я очень много слышал о Челомее ещё до своего поступления в институт, когда учился на вечернем рабфаке КАИ в 1932–1934 годах. Из уст в уста передавались рассказы об очень талантливом студенте, подчас даже опытных педагогов ставящем в тупик. А также о том, что на лекциях и семинарах, экзаменах и зачётах он часто поражал профессоров и преподавателей оригинальностью доказательств теорем, своими способами решения классических задач.
Мой интерес к Владимиру Николаевичу особенно возрос, когда я узнал о том, что он уже на втором курсе (!) института опубликовал ряд оригинальных научных статей в "Трудах КАИ", что в это же время был издан его солидный учебник по векторному анализу.
Поступив на первый курс КАИ в 1934 году, я вскоре увидел Челомея. Он произвёл на меня сильное впечатление. Профессора и преподаватели часто ставили нам в пример Владимира Николаевича, говоря о нём как о смелом исследователе в области механики, динамики авиадвигателей и упругих конструкций.
Вскоре, осенью 1935 года, работая в НИСе, где довольно близко познакомился с Челомеем, я получил возможность убедиться в справедливости этих слов. Он тогда выполнял свои выдающиеся работы по теоретическим проблемам, возникшим благодаря развитию авиации. Часть этих работ была уже опубликована в "Трудах КАИ", некоторые готовились к печати. Так, он подверг тщательному анализу ряд острых динамических проблем, возникших при создании поршневых быстроходных двигателей для самолётов, и разработал теории, позволившие конструкторам быстро справиться с казавшимися непреодолимыми трудностями. Некоторые его работы по теории колебаний упругих систем стали уже классическими: теория клапанных пружин, теория прохождения авиадвигателем резонансных режимов, теория крутильных колебаний коленчатых валов и динамического уравновешивания…" [102]
В 1937 году, на год раньше, чем его однокурсники, Владимир Челомей получает диплом инженера с отличием. Начинается работа над диссертацией "Динамическая устойчивость элементов авиационных конструкций". Ещё в 1934 году он опубликовал свою первую статью "Об устойчивости движения", в 1936-м - шесть статей и одно пособие для студентов "Векторное исчисление", в 1938 году - сразу 14 научных статей! Все ранние работы Челомея были опубликованы в сборниках статей КАИ.
В Институте математики он продолжил работу по динамической устойчивости упругих систем.
Владимир Николаевич внёс большой вклад в решение проблемы устойчивости динамических систем. Он подошёл к проблеме глобально. Сумел впервые в самом общем виде применительно к этому разделу механики описать упругую систему при динамическом воздействии пульсирующих сил: представить её в виде системы линейных дифференциальных уравнений с периодическими коэффициентами.
Челомеем был разработан и метод решения таких систем. Сводя описания сложной динамической системы к ряду более простых систем, описываемых дифференциальными уравнениями второго порядка с периодическими коэффициентами, он получил приближённое решение.
Особенно важное значение в этой работе имели полученные им практические рекомендации для определения областей неустойчивости подобного рода систем.
В 1939 году В.Н. Челомей защищает в Киевском авиационном институте им. К.Е. Ворошилова кандидатскую диссертацию на тему "Динамическая устойчивость элементов авиационных конструкций", поддержанную и использованную Аэрофлотом. После защиты диссертации он был направлен на работу в Киевский институт математики Академии наук УССР.
Можно отметить, что кандидатская диссертация В.Н. Челомея имела весьма небольшой объём - всего 79 страниц при двухстах с лишним страницах, характерных для кандидатских диссертаций второй половины XX века. По своему типу она больше соответствует диссертациям, представляемым на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук. Она полна математических выкладок и новых решений, развитых позднее Владимиром Николаевичем в его докторской диссертации. Правда, главное правило соответствия в научной работе сохранено: сделанные в ней выводы применимы прежде всего в технической отрасли - авиационных конструкциях.
Научные интересы В.Н. Челомея сосредоточились на исследовании динамической устойчивости упругих систем. В ходе этих исследований он получил важные теоретические результаты, нашедшие применение на практике, - им был предложен метод расчёта параметров продольных, поперечных и крутильных колебаний упругих систем. Этот метод позволяет создать универсальную вычислительную программу для ЭВМ и потому нашёл широкое применение.
В 1940 году было учреждено 50 сталинских стипендий для особо одарённых молодых учёных, работающих над докторскими диссертациями в специальной докторантуре АН СССР. В их число был включён и 26-летний В.Н. Челомей - самый молодой в полусотне избранных. Утверждается тема его докторской диссертации: "Динамическая устойчивость и прочность упругой цепи авиационного двигателя". Он получает сталинскую стипендию в размере 1500 рублей, весьма значительную по тем временам сумму. Для сравнения: профессор университета получал в то время 1200 рублей.
28 октября 1940 года на первой странице "Правды" появилась статья членов-корреспондентов АН УССР Ю.Д. Соколова и И.Я. Штаермана, в которой они, в частности, писали о В.Н. Челомее: "Его блестящий талант счастливо сочетает глубокое теоретическое проникновение с прекрасной изобретательностью инженера. Он не отвлекается в сторону беспочвенных абстракций, а решает действительно нужные и важные проблемы для социалистической промышленности". 7 ноября 1940 года в "Авиационной газете" (№ 55) появляется статья "Сталинский стипендиат" - о В.Н. Челомее.
С 1940 года Челомей в Москве, докторант АН СССР, работающий над докторской диссертацией. Установлен был и срок завершения и защиты диссертации - 1 июня 1941 года. По предположению Е.В. Кулешова, бывшего начальника сектора ОКБ-52 и впоследствии серьёзного исследователя деятельности и жизни В.Н. Челомея, докторскую диссертацию "Динамическая устойчивость и прочность упругой цепи авиационного двигателя" он защитил в срок, даже получил звание профессора, но из-за начала войны работа не была утверждена ВАКом, документы были утрачены… Неоднократно натыкаясь в своей жизни на требования соответствующих бумаг и справок, ведь "без бумажки - ты букашка", Челомей, когда позволила жизненная ситуация, в 1951 году дополнил диссертацию результатами новых научных исследований, вновь вышел на защиту и вновь успешно защитился уже в МВТУ им. Н.Э. Баумана.
Нельзя не заметить, что Челомей был единственным среди советских ракетостроителей человеком, получившим столь точное, истинно "ракетное" образование. Ведь и теория колебаний, и динамическая устойчивость упругих систем непосредственно рассматривают важнейшие вопросы, связанные с поведением конструкции ракеты - прочностью, устойчивостью, надёжностью работы отдельных систем во время полёта.
Глава II.
ВЫБОР ЦЕЛИ
Первый двигатель
В июле 1941 года, вскоре после начала войны, В.Н. Челомей был назначен на должность начальника группы реактивных двигателей в ЦИАМ им. П.И. Баранова.
Осенью 1941 года сотрудники института вместе с частью оборудования были эвакуированы в Уфу В начале 1942 года при участии В.Н. Челомея был разработан проект ракетно-пушечной установки для боевых аэросаней НКЛ-26, вооружаемых пулемётом ДТ и приводившихся в движение толкающим винтом, вращаемым двигателем М-11 Г. Военно-промышленная комиссия рекомендовала принять установку на вооружение Красной армии. Это предложение 4 апреля 1942 года было доложено заместителю наркома авиационной промышленности П.В. Дементьеву.
В мае 1942 года в Москву из Уфы прибыл первый эшелон ЦИАМа с оборудованием. Вернулся в институт и Владимир Николаевич.
Широкий научный кругозор, творческое начало, исключительная работоспособность позволили В.Н. Челомею в середине 1942 года выдвинуть ряд теоретических обоснований по пульсирующим воздушно-реактивным двигателям. Его идеи и творческие разработки заинтересовали руководство, стали заметным явлением в научной жизни института.
Впервые пульсирующий воздушно-реактивный двигатель (ПуВРД) был изобретён в России в 1906 году инженером В.В. Караводиным, на что тот получил "привилегию". Построен первый ПуВРД был в 1907 году, и газеты описывали его как "аппарат для получения пульсирующей струи газов значительной скорости, образующейся вследствие периодического сгорания горючей смеси".
Впоследствии работы над ПуВРД велись в США, а до боевого применения были доведены в нацистской Германии, создавшей самолёты-снаряды Фау-1, укомплектованные этими двигателями. До девяти тысяч этих самолётов-снарядов было запущено в годы Второй мировой войны, главным образом для бомбардировок Лондона. Применение Фау-1 отличалось более высокой эффективностью по сравнению с воздушными бомбардировками: прежде всего потому, что отсутствовали потери дорогостоящих бомбардировщиков и их экипажей.
В годы войны в СССР над созданием пульсирующих ВРД работали уже несколько групп, в частности группа Б.С. Стечкина, будущего академика и Героя Социалистического Труда, находившегося в Казанской "шарашке". Он хотел установить на крыльях Пе-2 12 пульсирующих малогабаритных реактивных двигателей УС-К (ускоритель Стечкина карбюраторный), призванных увеличить скорость бомбардировщика более чем на 100 километров в час. К сожалению, эта интересная работа не была доведена до серии.
Во второй половине 1942 года В.Н. Челомею удалось подойти к непосредственному воплощению давно замысленного им нового типа двигателя - ПуВРД. В это время его главными помощниками были техники Анна Алексеевна Курбатова и Пётр Алексеевич Фомичёв и инженер-конструктор Лев Борисович Эльштейн. В 1943 году В.Н. Челомеем был разработан и испытан экспериментальный пульсирующий двигатель прямой реакции ВЧ-1 (Владимир Челомей-1). Первый экспериментальный ПуВРД прямой реакции ВЧ-1 был разработан в трёх вариантах: с подвижной заслонкой, с тарельчатыми и пластинчатыми клапанами. Заслонка, устанавливаемая на камере сгорания, так же как и топливный насос, приводилась во вращение от внешнего источника. Тарельчатые и пластинчатые клапаны были автоматическими.
10 июля 1942 года В.Н. Челомей был переведён на должность научного сотрудника по группе прочности с окладом 1300 рублей. Помимо работ над пульсирующим двигателем он занимается вопросами нестационарной газовой динамики и динамической устойчивости.
Динамическая устойчивость - фактическая специальность Челомея - сегодня является основополагающим предметом любого ракетостроительного предприятия. Известный космонавт, дважды Герой Советского Союза Г.М. Гречко, начинавший свой путь в космос в отделе динамики "у Королёва", оставил о "той" своей работе замечательное краткое воспоминание:
"…Насколько важна такая работа, показывает случай с продольными (не изгибными!) колебаниями. Подряд несколько ракет, предназначенных для полёта на Луну, падали и рассыпались. В чём дело? Высказывались разные мнения, вплоть до диверсанта с винтовкой… Оказалось, что пульсация двигателей совпадает с частотой продольных колебаний, отчего возникает роковой для ракеты резонанс. Лишнее доказательство тому, что мелочей в нашей работе не бывает" [33].
В результате испытаний ПуВРД прямой реакции ВЧ-1 были выявлены дефекты входных клапанных механизмов всех трёх систем (вибрации заслонки, совершающей возвратно-поступательное движение, частые поломки тарельчатых и пластинчатых клапанов). Тщательный их анализ и доработки двигателя позволили создать новый экспериментальный ПуВРД прямой реакции ВЧ-2.