Ракетный двигатель РД-110 («Новости космонавтики»)
Осознав, что новый груз однокамерным двигателям не «потянуть», Валентин Глушко решил сгруппировать четыре аналогичные камеры сгорания (каждая – увеличенный в масштабе модифицированный вариант ЭД-140) в единый блок с общим турбонасосным агрегатом. При этом высота двигателя уменьшилась, снизилась масса как хвостового отсека, так и всей ракеты в целом. Основные принципы модульной конструкции позволяли начать серийное производство двигателя без значительных изменений в существующем производстве.
РД-107 – двигатель первой ступени ракеты «Р-7»
Концепция многокамерности на многие годы стала «коньком» ОКБ-456, и первые серийные двигатели в этом классе – РД-107 и РД-108 – создавались для ракеты «Р-7». В целом они были идентичны друг другу, но имели и существенное отличие.
РД-107 стояли на боковых блоках, а РД-108 – на центральном блоке «А». Пакетная схема подразумевала отделение первой ступени (то есть «боковушек») после выработки ими топлива. Но полет на этом не заканчивался, двигатель центрального блока продолжал работать, общее время горения достигало 250 секунд, то есть в два раза больше, чем могли выдержать графитовые рули, применявшиеся для управления ранее. Кроме того, этим рулям был присущ серьезный недостаток: они создавали потери тяги двигательной установки за счет торможения газового потока на рулях. Нужно было искать принципиально новые подходы. Тогда Василий Павлович Мишин[93], заместитель Сергея Павловича Королёва предложил использовать в качестве управляющих органов не графитовые рули, а дополнительные поворотные рулевые камеры относительно малой тяги (1/6 от тяги основных). При этом центральный РД-108 отличался от боковых РД-107 наличием четырех (вместо двух) рулевых камер и иной конструкцией дросселя.
Валентин Глушко, понимая, какой объем работ по основным двигателям «обрушивается» на его коллектив, просил не отвлекать ОКБ-456 камерами малой тяги. Поэтому проектирование рулевых двигателей поручили отделу № 12 ОКБ-1 под руководством Михаила Васильевича Мельникова[94].
Таким образом, вся двигательная установка «Р-7» должна была состоять из тридцати двух камер сгорания: двадцати основных и двенадцати рулевых.
Отработка вариантов установки проводилась на масштабных прототипах двигателей. К примеру, для испытаний одновременного воспламенения топлива в 32 камерах рядом с основным огневым стендом был создан отдельный стенд, на котором в общей сложности провели несколько тысяч «прожигов» двигателей без выходов на главный режим. Параллельно шла отработка камеры сгорания на основном режиме. В итоге инженерами ОКБ-456 был приобретен опыт для создания основного агрегата кислородно-керосинового двигателя – камеры с давлением газа 60 атмосфер и более.
Схема межконтинентальной баллистической ракеты «Р-у» (рисунок А. Шлядинского): 1 – носовой конус с боевой частью; 2, 6 – приборные отсеки; 3 – антенны телеметрической системы; 4 – башмаки силового пояса; 5, у – баки окислителя; 8, 9 – баки горючего; 10 – многокамерные маршевые двигатели центрального и боковых блоков; 11 – аэродинамические рули; 12 – рулевые камеры сгорания
Возросший объем работ потребовал расширения стендовой базы. Сергей Королёв предложил перенести испытания двигателей на стенд филиала № 2 НИИ-88 в Загорске. Однако Валентин Глушко воспротивился этому и обратился в вышестоящие инстанции с письмом, в котором резонно указывал, что в случае переноса базы в Загорск возникнут объективные трудности в доведении двигателей «Р-7»: не имея возможности испытывать их на месте, инженеры будут вынуждены «путешествовать» между городами, а только на автомашине путь между Химками и Загорском занимает четыре часа. Аргументы Валентина Петровича возымели действие – стенд для испытаний двигателей постановили строить в Химках.
Двадцать четвертого июля 1954 года эскизный проект ракеты «Р-7» был завершен. В августе, после рассмотрения и одобрения проекта Межведомственной экспертной комиссией, смежные организации получили технические задания. К созданию летных образцов ракеты подключались более двухсот научно-исследовательских институтов, конструкторских бюро и заводов.
Но еще до завершения эскизного проектирования, в марте того же года, правительство Советского Союза распорядилось начать поиск места под новый ракетный полигон. В то время никто и предположить не мог, что этому полигону предстоит стать первым космодромом планеты Земля.
Глава 2 Космодром
2.1 Новый полигон
Испытательные запуски первых советских баллистических ракет проводились на полигоне Капустин Яр в Астраханской области. Однако для многоступенчатой ракеты с дальностью полета 8000 км этот полигон не годился. Дело в том, что трасса полета проходила в восточном направлении – фактически через всю азиатскую часть Советского Союза. Нужно было отчуждать новые районы для падения отработавших ступеней ракет, создать новые измерительные пункты (ИПы), выбрать подходящие районы для пунктов радиоуправления полетом ракеты (РУПы), оборудовать боевые поля падения головной части в восточных районах страны (на Камчатке и в акваториях Тихого океана). Также требовалось разработать систему транспортирования отличавшихся значительными размерами блоков ракеты «Р-7» к месту старта.
Семнадцатого марта 1954 года военным и промышленности было предписано к 1 января 1955 года произвести выбор полигона для испытаний ракеты «Р-7», а 20 мая вышло соответствующее постановление Совета министров о проведении рекогносцировочных работ в подходящих районах.
Для выбора места полигона была образована Государственная комиссия во главе с гвардии генерал-лейтенантом артиллерии Василием Ивановичем Вознюком, начальником полигона Капустин Яр. Комиссия руководствовалась рядом соображений: расстояние между местом старта и местом падения головной части должно быть не менее 7000 км; трассе полета не следует проходить над населенными пунктами; малонаселенные районы по ней могут быть без проблем отчуждены в пользу Министерства обороны; поблизости от полигона должен находиться водоем, способный в изобилии обеспечить водой людей и технику.
В ходе обсуждения комиссия остановилась на трех основных вариантах.
Первый вариант – Марийская автономная республика, где во время войны образовались огромные вырубки леса, были проложены хорошие транспортные пути, но при том там имелось сравнительно редкое население. Во время детальной проработки варианта обнаружили, что он не удовлетворяет требованиям к трассе полета.
Тогда взоры комиссии обратились ко второму варианту – западному побережью Каспийского моря (район Астраханской области и Дагестана). Однако выяснилось, что если новый полигон построить там, то некуда будет «приткнуть» пункты радиоуправления полетом. Из-за многочисленных гор и холмов радиолуч наземной станции управления не достигнет борта ракеты на отдельных участках ее полета и прежде всего на наиболее важном – в первую минуту после ее отрыва от стартового стола.
Третий вариант – Казахстан, район от Аральского моря до города Кзыл-Орды – оказался наиболее пригоден для привязки полигона. Там нашлось три подходящих места для строительства: берег Аральского моря, железнодорожные разъезды Байхожа и Тюра-Там. Комиссия выбрала последнее – участок с координатами 45,6° северной широты и 63,3° восточной долготы.
Достоинством этого места было то, что через поселок Тюра-Там (в переводе с тюркского «священная могила») проходила железная дорога Москва – Ташкент, а рядом текла река Сырдарья. Еще один плюс – в 30 км от станции располагался небольшой карьер, к которому вела готовая узкоколейная ветка.
При окончательном выборе члены комиссии учли и пожелания Сергея Павловича Королёва – в это время он всерьез собирался использовать тяжелые ракеты для запуска искусственных спутников Земли. Из рассмотренных вариантов полигон в Казахстане был самым южным. Следовательно, с большей эффективностью можно было использовать центробежную силу вращения Земли[95], а это немаловажно именно при выведении аппаратов в космическое пространство. Не следует забывать, что от географической широты зависит и «доступность» орбит – более низкие по широте орбиты «закрыты» для простого баллистического запуска, и только на экваторе можно запускать космические аппараты на орбиту любого наклонения без дополнительного маневра[96].
Первый палаточный городок военных строителей поблизости от станции Тюра-Там (1955 год)
Постановление Совета министров «О новом полигоне для Министерства обороны СССР» № 292-181сс было подписано 12 февраля 1955 года, однако сроки, определенные правительством, оказались столь жесткие, что еще за месяц до этого на станцию Тюра-Там прибыл первый взвод военных строителей. Его возглавлял старший лейтенант Игорь Николаевич Денежкин. Он представлял 130-е Управление инженерных работ подполковника Георгия Максимовича Шубникова[97], входящее в Главное управление специального строительства Министерства обороны (ГУСС МО). Задачей взвода Денежкина являлась подготовка железнодорожных путей для приема вагонов со стройматериалами и спецпоезда из Капустина Яра.
Штаб полигона Тюра-Там (1956 год)
Хотя Тюра-Там подходил ракетчикам по всем параметрам, освоить эту необжитую местность было очень трудно. Летом температура воздуха поднималась здесь до +45 °C в тени, начинались пыльные бури. Зимой стояли морозы до -36 °C, дули сильные ветры, скорость которых достигала 40 м/с. Ближайшие районные центры – Казалинск (северо-западнее) и Джусалы (юго-восточнее), расположенные на берегах Сырдарьи, – отстоят более чем на сотню километров.
Сам поселок Тюра-Там производил унылое впечатление: небольшое здание вокзала, водонапорная башня, два двухэтажных домика железнодорожников, несколько мазанок и юрт. А вокруг – ровная пустынная степь, такыры[98], солончаки, пески, колючки.
Первые строители разместились в палатках. Весь январь и февраль бушевали метели. Морозы и снежные заносы сильно затруднили работу, но «денежкинцы» шаг за шагом упорно продвигались вперед. А еще они сделали большое дело – за два зимних месяца выкололи из Сырдарьи несколько тысяч кубометров льда и засыпали его толстым слоем опилок. В знойное лето 1955 года ледник спас от гниения сотни тонн мяса и других продуктов, предотвратив желудочные болезни у тысяч людей.
В мае на полигон, получивший условное название «Тайга», прибыл начальник строительства Георгий Шубников. С этого момента темпы и масштаб стройки нарастали непрерывно. К станции Тюра-Там подходил эшелон за эшелоном. Бывало, что в день этот маленький разъезд принимал до тысячи вагонов. Над грунтовыми дорогами стояла сплошная стена мелкой пыли, из-за чего машины двигались в солнечный день с зажженными фарами. Механизмы не выдерживали, но люди в тяжелейших условиях трудились практически круглосуточно.
Бытовые условия были ужасны. Старший офицерский состав жил в вагонах, младший селился в землянках. Питались консервами и сухарями. Очищенной воды не хватало для питья и приготовления пищи, не говоря уже о санитарных нуждах. Навесы, под которыми военнослужащие обедали, плохо защищали от палящего солнца, туч пыли и вездесущих насекомых. Песок скрипел на зубах, набивался в рот. Несмотря на бытовой ад, работа кипела вовсю. Строители прокладывали «бетонку», рыли котлованы, возводили цементный завод…
Армейские казармы на полигоне Тюра-Там (1956 год)
Организационная структура полигона была определена 2 июня 1955 года директивой Генерального штаба Вооруженных сил СССР[99]. Тогда же будущему космодрому присвоили официальное название – 5-й Научно-исследовательский полигон Министерства обороны (НИИП-5 МО). Первым его начальником был назначен боевой ракетчик генерал-лейтенант Алексей Иванович Нестеренко[100]. Главным инженером проекта строительных конструкций стал Алексей Алексеевич Ниточкин[101]. В том году штат полигона составил 1900 военнослужащих и 664 вольнонаемных работников. Однако реально на первом этапе строительства было задействовано свыше 20 тыс. солдат и офицеров.
А 20 июля на полигоне Тюра-Там началось возведение «объекта 135» – стартового комплекса ракеты «Р-7», который сами строители называли «площадкой номер один» или «стадионом». Через несколько лет его назвали «Гагаринским стартом».
2.2 Площадка номер один
Проектирование наземного стартового комплекса шло параллельно разработке ракеты. Оно было поручено московскому Государственному специальному конструкторскому бюро (ГСКБ) «Спецмаш», которое возглавлял Владимир Павлович Бармин, в годы войны работавший на серийном производстве реактивных «катюш», а затем участвовавший в освоении немецкой ракетной техники. Все стартовые сооружения полигона Капустин Яр строила команда Бармина.
Первоначально принципы конструирования стартового комплекса не отличались от тех, которые были хорошо изучены и опробованы «Спецмашем» при создании «Р-1», «Р-2» и «Р-5», – во всех случаях ракету привозили к стартовому столу в горизонтальном положении и с помощью стрелы (или мачты) установщика водружали вертикально на опоры-стабилизаторы. Однако «Р-7» была больше, тяжелее и сложнее, чем любая из предыдущих ракет. Поэтому Сергей Королёв и Владимир Бармин пришли к выводу, что нужно привозить каждый из пяти блоков на старт поодиночке, а затем присоединять «боковушки» к центральному блоку в двух точках касания – внизу (на уровне крепления двигателей) и вверху. Причем так, чтобы их тяги передавались на вторую ступень в нижней части. Соответственно, под каждый блок предполагалось соорудить отдельный стартовый стол.
Когда проект комплекса обсуждался на Совете главных конструкторов, против такого варианта резко выступил конструктор автономных систем управления Николай Алексеевич Пилюгин. Дело в том, что если тяга двигателей будет меняться вразнобой, то сравнительно большое расстояние между «боковушками» создаст значительный опрокидывающий момент. При совмещении такого момента с сильным порывом ветра система управления в принципе не может обеспечить устойчивость движения ракеты в процессе старта. Как-то отрегулировать потенциальную несинхронность не мог и двигателист Валентин Глушко – он заявил, что поставляет одиночные двигатели, а решать проблемы их синхронизации не входит в его задачу. Предложение удерживать ракету за хвост второй ступени до полного набора тяги всеми двигателями тоже было отклонено. Тогда Пилюгин потребовал оградить ракету от действия ветра. Королёв с ним никогда не спорил, передоверив это «удовольствие» своему первому заместителю Василию Павловичу Мишину. Поскольку проектанты ОКБ-1 ничего путного в ответ на замечания Пилюгина не придумали, пришлось просить Бармина возвести вокруг стартового комплекса высокую стену. Бармин опешил и в резкой форме отказался даже обсуждать такое «китайское» решение вопроса.
Тут подоспела новая проблема – проектанты в очередной раз перекомпоновали ракету: центральный блок теперь подвешивался на «боковушки», а не на пусковое устройство. Ни у кого не осталось сомнений, что единственный выход – горизонтальная сборка в Монтажно-испытательном корпусе с последующей транспортировкой ракеты по рельсам на стартовый стол.
В ноябре 1954 года состоялось заседание Совета главных конструкторов, на котором было принято окончательное решение об изменении схемы запуска «Р-7». Но что предложить взамен? Конструирование стартового комплекса «пакетной» ракеты не имело аналога, соответственно, у проектировщиков не было хотя бы экспериментального опыта по многим обсуждаемым позициям.
Стартовый комплекс межконтинентальной ракеты «Р-7» (© КБОМ): 1 – стартовая система; 2 – фермы обслуживания; 3 – обмывочно-нейтрализационная машина; 4 – заправщик перекиси водорода; 5 – заправщик горючего; 6 – опорная ферма
Рассматривая различные варианты крепления и установки ракеты на старте, конструкторы предложили создать в зоне стыковки первой и второй ступеней ракеты дополнительный силовой пояс, что позволяло удерживать ракету во «взвешенном» состоянии. «Р-7» должна была не стоять на стартовом столе, а висеть над ним. Силовой пояс представлял собой самозапирающийся под собственным весом ракеты сегментно-круговой захват. Через четыре несущих стрелы нагрузка передается на поворотный круг диаметром 18 м, который позволяет нацеливать ракету по азимуту. На этой же поворотной части устанавливаются две кабель-мачты для подвода наземных коммуникаций. При запуске, после того как тяга двигателей превысит массу «Р-7», верхний пояс освобождается от нагрузки, которую создает ракета, захват размыкается, и под действием противовесов стрелы быстро отходят в разные стороны.
Новая схема позволяла кардинально решить проблему воздействия ветра – задний срез ракеты просто опустили ниже нулевого уровня сооружения, в специальный проем на глубину 6,3 м.
К комплексу были подведены пути с перроном для агрегата, обеспечивающего подпитку ракеты жидким кислородом. Кроме того, потребовалось создать принципиально новый транспортер-установщик «Р-7» на базе железнодорожных платформ лафетного типа. С помощью гидравлических домкратов он поднимал ракету в вертикальное положение с заглублением хвоста в нишу стола и «передавал» ее в силовые элементы стартовых захватов.
На расстоянии 200 и 350 м от стартового сооружения были размещены два подземных сооружения командного пункта с оборудованием, обеспечивающим дистанционную заправку ракеты компонентами топлива и газами, а также подготовку и пуск ракеты. В отдельных сооружениях находились компрессорная станция, дизельная электростанция и хранилище воды.
Для обслуживания нижней части «Р-7» и стыковки с ней заправочных коммуникаций разработали «выдвижную кабину» с поворотными и выдвигающимися площадками, размещаемую в стартовом сооружении под ракетой. На время пуска части кабины «прятались» в специальную нишу.