Сверхтяжелую ракету-носитель Н-1 прозвали «Царь-ракетой» за ее большие размеры (стартовый вес почти 2500 тонн, высота – 105 метров), а также поставленные в ходе работ над ней цели. Ракета должна была способствовать укреплению обороноспособности государства, продвижению научных и народно-хозяйственных программ, а также пилотируемым межпланетным перелетам.Над созданием тяжелой сверхракеты в СССР начали задумываться еще в конце 1950-х годов. Идеи и предположения по ее разработке аккумулировались в королевском ОКБ-1. Среди вариантов – предполагалось применение конструкторского задела от запустившей первые советские спутники ракеты Р-7 и даже разработка ядерной двигательной установки. Наконец к 1962 году экспертная комиссия, а позднее и руководство страны избрали компоновку с вертикальной конструкцией ракеты, которая смогла бы вывести на орбиту груз массой до 75 тонн (масса забрасываемого к Луне груза – 23 тонн, к Марсу – 15 тонн). Тогда же удалось внедрить и разработать большое количество уникальных технологий – бортовую вычислительную машину, новые методы сварки, решетчатые крылья, систему аварийного спасения космонавтов и многое другое. Первоначально ракета предназначалась для вывода на околоземную орбиту тяжелой орбитальной станции с последующей перспективой для сборки ТМК – тяжелого межпланетного корабля для совершения полетов к Марсу и Венере. Однако позднее было принято запоздалое решение о включении СССР в «лунную гонку» с доставкой человека на поверхность Луны. Таким образом, программа по созданию ракеты Н-1 была форсирована и она фактически превратилась в носитель для экспедиционного космического корабля ЛЗ в комплексе Н-1-ЛЗ. К грандиозному проекту привлекался целый ряд конструкторских бюро и научных институтов:
- по двигателям – ОКБ-456 (В. П. Глушко), ОКБ-276 (Н. Д. Кузнецов) и ОКБ-165 (A. M. Люлька);
- по системам управления – НИИ-885 (Н. А. Пилюгин) и НИИ-944 (В. И. Кузнецов);
- по наземному комплексу – ГСКБ «Спецмаш» (В. П. Бармин);
- по измерительному комплексу – НИИ-4 МО (А. И. Соколов);
- по системе опорожнения баков и регулирования соотношения компонентов топлива – ОКБ-12 (А. С. Абрамов);
- по аэродинамическим исследованиям – НИИ-88 (Ю. А. Мозжорин), ЦАГИ (В. М. Мясищев) и НИИ-1 (В. Я. Лихушин);
- по технологии изготовления – Институт сварки им. Патона АН УССР (Б. Е. Патон), НИТИ-40 (Я. В. Колупаев), завод «Прогресс» (А. Я. Линьков);
- по технологии и методике экспериментальной отработки и дооборудованию стендов – НИИ-229 (Г. М. Табаков) и др. Начало работам по комплексу положило Постановление Правительства от 23 июня 1960 года «О создании мощных ракет-носителей, спутников, космических кораблей и освоении космического пространства в 1960-1967 гг. Для проектных проработок ракеты-носителя (РН) Н1 был принят полезный груз массой 75 т с использованием на всех ступенях ЖРД на компонентах топлива кислород-керосин. Этому значению массы полезного груза соответствовала стартовая масса РН 2200 т, а применение на верхних ступенях в качестве горючего жидкого водорода позволяло увеличить массу полезного груза до 90-100 т при той же стартовой массе.3 августа 1964 года выходит Постановление Правительства, в котором впервые было определено, что важнейшей задачей в исследовании космического пространства с помощью ракеты-носителя Н1 является освоение Луны с высадкой экспедиции на ее поверхность и последующим возвращением ее на Землю. Ракетный комплекс, в состав которого входили РН Н1 и лунная система Л3 для посылки на поверхность Луны с последующим возвращением на Землю экипажа в составе двух человек (с посадкой на Луну одного человека), получила обозначение Н1-Л3.Работы велись под прямым руководством С.П.Королева, возглавлявшего Совет главных конструкторов, и его первого заместителя В.П.Мишина. Проектные материалы (всего 29 томов и 8 приложений) в начале июля 1962 года рассмотрела экспертная комиссия во главе с президентом АН СССР М.В.Келдышем. Комиссия отметила, что обоснование РН Н1 выполнено на высоком научно-техническом уровне, отвечает требованиям, предъявляемым к эскизным проектам РН и межпланетных ракет, и может быть положено в основу разработки рабочей документации. Вместе с тем члены комиссии М.С.Рязанский, В.П.Бармин, А.Г.Мрыкин и некоторые другие высказались о необходимости привлечь ОКБ-456 к разработке двигателей для РН, но В.П.Глушко отказался. По взаимному согласию разработку двигателей поручили ОКБ-276, которое не имело достаточного теоретического багажа и опыта разработки ЖРД при практически полном отсутствии экспериментальной и стендовой баз для этого. Прежде чем определиться с конечной схемой ракеты-носителя, создателям пришлось оценить не менее 60 различных вариантов, от полиблочных до моноблочных как параллельного, так и последовательного деления ракеты на ступени. Для каждого из этих вариантов были проведены соответствующие всесторонние анализы как преимуществ, так и недостатков, включая технико-экономическое обоснование проекта. Конструкторы последовательно рассмотрели многоступенчатые ракеты-носители со стартовой массой от 900 до 2500 т, одновременно оценив технические возможности создания и подготовленность промышленности страны к производству. Расчеты показали, что большинство задач военного и космического назначения решаются ракетой-носителем с полезным грузом 70–100 т, выводимым на орбиту высотой 300 км. В ходе проведения предварительных исследований создатели вынуждены были отказаться от полиблочной схемы с параллельным делением на ступени, хотя данная схема уже была опробована на Р-7 и позволяла транспортировать готовые элементы ракеты-носителя (двигательные установки, баки) с завода на космодром по ж/д. Сборка ракеты и проверка производилась на месте. Данная схема была отвергнута по причине не оптимального сочетания массовых затрат и дополнительных гидро-, механических, пневмо- и электросвязей между блоками ракеты. В итоге на передний план вышла моноблочная схема, которая предполагала использование ЖРД с преднасосами, которые позволяли снизить толщину стенок (а значит и массу) баков, а также уменьшить давление газа наддува. Приняли схему ракеты с поперечным делением ступеней при подвесных моноблочных сферических топливных емкостях, с многодвигательными установками на I, II и III ступенях. Выбор количества двигателей в составе двигательной установки является одной из принципиальных проблем при создании ракеты-носителя. После проведенного анализа было принято решение о применении двигателей с тягой 150 тонн.На I, II и III ступенях носителя решили установить систему контроля организационно-распорядительной деятельности КОРД, которая отключала двигатель при отклонении его контролируемых параметров от нормы. Тяговооруженность РН приняли такой, что при нештатной работе одного двигателя на начальном участке траектории полет продолжался, а на последних участках полета I ступени можно было отключать и большее число двигателей без ущерба для выполнения задачи. ОКБ-1 и другие организации провели специальные исследования по обоснованию выбора компонентов топлива с анализом целесообразности применения их для РН Н1. Анализ показал значительное уменьшение массы полезного груза (при постоянной стартовой массе) в случае перехода на высококипящие компоненты топлива, что обусловливается низкими значениями удельного импульса тяги и увеличением массы топлива баков и газов наддува из-за более высокой упругости паров этих компонентов. Сравнение разных видов топлива показало, что жидкий кислород – керосин значительно дешевле АТ+НДМГ: по капвложениям в два раза, по себестоимости в восемь раз. Проект ракеты Н-1 во многом был необычен, но главными его отличительными чертами стали оригинальная схема со сферическими подвесными баками, а также несущей внешней обшивкой, которая подкреплялась силовым набором (использовалась самолетная схема «полумонокок») и кольцевым размещением ЖРД на каждой из ступеней. Благодаря такому техническому решению, применительно к первой ступени ракеты во время старта и ее подъема, воздух из окружающей атмосферы выхлопными струями ЖРД эжактировался во внутреннее пространство под баком. В результате этого возникало подобие очень большого воздушно-реактивного двигателя, который включал в себя всю нижнюю часть конструкции 1-й ступени. Даже без воздушного дожигания выхлопа ЖРД данная схема обеспечивала ракете значительную прибавку тяги, увеличивая ее общую эффективность.Ступени ракеты Н-1 между собой соединялись специальными переходными фермами, через которые могли абсолютно свободно истекать газы в случае горячего запуска двигателей следующих ступеней. Управление ракетой по каналу крена осуществлялось при помощи управляющих сопел, в которые подавался газ, отводимый туда после турбонасосных агрегатов (ТНА), по каналам тангажа и курса управление производилось при помощи рассогласования тяги противоположных ЖРД. По причине невозможности транспортировать ступени сверхтяжелой ракеты железнодорожным транспортом, создатели предлагали внешнюю оболочку Н-1 выполнить разъемной, а ее топливные баки производить из листовых заготовок («лепестков») уже непосредственно на самом космодроме. Данная идея первоначально не укладывалась в голове членов экспертной комиссии. Поэтому, приняв в июле 1962 года эскизный проект ракеты Н-1, члены комиссии рекомендовали дополнительно проработать вопросы доставки ступеней ракеты в собранном виде, к примеру, при помощи дирижабля.Во время защиты эскизного проекта ракеты комиссии было представлено 2 варианта ракеты: с применением в качестве окислителя АТ или жидкого кислорода. При этом вариант с жидким кислородом рассматривался в качестве основного, так как ракета при использовании АТ-НДМГ топлива обладала бы более низкими характеристиками. В стоимостном выражении создание двигателя на жидком кислороде представлялось более экономным. При этом, по мнению представителей ОКБ-1, в случае возникновения на борту ракеты аварийной ситуации кислородный вариант представлялся более безопасным, чем вариант с использованием окислителя на основе АТ. Создатели ракеты помнили о катастрофе Р-16, которая произошла в октябре 1960 года и работала на самовоспламеняющихся токсичных компонентах.При создании многодвигательного варианта ракеты Н-1 Сергей Королев опирался, прежде всего, на концепцию повышения надежности всей двигательной установки, путем возможного отключения во время полета дефектных ЖРД. Данный принцип нашел свое применение в системе контроля работы двигателей – КОРД, которая была предназначена для обнаружения и выключения неисправных двигателей. На установке именно ЖРД двигателей настаивал Королев. Не имея инфраструктурных и технологических возможностей затратного и рискованного создания передовых высокоэнергетичных кислород-водородных двигателей и отстаивая применение более токсичных и мощных гептил-амиловых двигателей, ведущее по двигателестроению КБ Глушко не стало заниматься двигателями для Н1, после чего их разработка была поручена КБ Кузнецова. Стоит отметить, что специалистам данного КБ удалось добиться наивысшего ресурсного и энергетического совершенства для двигателей кислород-керосинового типа. На всех ступенях ракеты-носителя топливо располагалось в оригинальных шаровых баках, которые были подвешены на несущей оболочке. При этом двигатели КБ Кузнецова оказались недостаточно мощными, что привело к тому, что их пришлось устанавливать в больших количествах, что в конечном итоге привело к ряду негативных эффектов.Комплект конструкторской документации на Н-1 был готов к марту 1964 года, работы по летно-конструкторским испытаниям (ЛКИ) планировалось начать в 1965 году, но по причине неподкрепления проекта финансированием и ресурсами этого не случилось. Сказывалось отсутствие интереса к данному проекту – Минобороны СССР, так как полезная нагрузка ракеты и круг задач не были обозначены конкретно. Тогда Сергей Королев попытался заинтересовать в ракете политическое руководство государства, предложив использовать ракету в лунной миссии. Данное предложение было принято. 3 августа 1964 года вышло соответствующее постановление правительства, срок начала ЛКИ по ракете сдвигался на 1967-1968 годы.Для выполнения миссии по доставке на орбиту Луны 2-х космонавтов с высадкой одного их них на поверхность требовалось увеличить грузоподъемность ракеты до 90-100 тонн. Для этого требовались решения, которые бы не привели к коренным изменениям эскизного проекта. Такие решения были найдены – установка дополнительных 6 двигателей ЖРД в центральной части днища блока «А», изменение азимута пуска, снижение высоты опорной орбиты, увеличение заправки топливных баков с помощью переохлаждения горючего и окислителя. Благодаря этому грузоподъемность Н-1 удалось увеличить до 95 тонн, а стартовая масса выросла до 2800-2900 тонн. Эскизный проект ракеты Н-1-ЛЗ для лунной программы был подписан Королевым 25 декабря 1964 года. В следующем году схема ракеты претерпела изменения, от эжекции было решено отказаться. Проток воздуха был закрыт введением специального хвостового отсека. Отличительной чертой ракеты являлась массовая отдача по полезному грузу, которая была уникальна для советских ракет. На это работала вся несущая схема, при которой каркас и баки не образовывали единого целого. При этом достаточно небольшая площадь компоновки из-за использования больших сферических баков вела к уменьшению полезного груза, а с другой стороны чрезвычайно высокие характеристики двигателей, исключительно малая удельная масса баков и уникальные конструкторские решения ее увеличивали. Все ступени ракеты именовались блоками «А», «Б», «В» (в лунной версии они использовались для вывода корабля на околоземную орбиту), блоки «Г» и «Д» предназначались для разгона корабля от Земли и торможения у Луны. Уникальная схема ракеты Н-1, все ступени которой были конструктивно подобны, позволяла перенести результаты испытаний 2-й ступени ракеты на 1-ю. Возможные нештатные ситуации, которые не удалось «поймать» на земле, предполагалось проверить в полете. Место Королева на посту руководителя ОКБ-1 (с 1966 года - Центральное конструкторское бюро экспериментального машиностроения, ЦКБЭМ) занял Василий Мишин. К сожалению, этот замечательный конструктор не обладал тем упорством, которое позволяло Королеву реализовывать свои устремления. Многие до сих пор полагают, что именно преждевременная смерть Королева и «мягкотелость» Мишина стали основной причиной краха проекта ракеты «Н-1» и, как следствие, советской лунной программы. Это наивное заблуждение. В феврале 1966 года на Байконуре завершилось строительство стартового комплекса (площадка № 110), но ему еще долго предстояло ждать своей ракеты. Первая «Н-1» появилась на космодроме только 7 мая 1968 года. Там же, на Байконуре, прошли динамические испытания, технологические отработки процесса сборки, примерки носителя на стартовом комплексе. Для этого послужили два экземпляра ракеты «Н-1», известные под обозначениями «1Л» и «2Л». Им не суждено было взлететь, да и не для полетов они создавались.В конечном варианте ракета «Н-1» («11А52») имела следующие характеристики. Габариты: общая длина (с космическим аппаратом) - 105,3 метра, максимальный диаметр по корпусу - 17 метров, стартовая масса - 2750–2820 тонн, стартовая тяга - 4590 тонн.«Н-1» была выполнена с поперечным делением ступеней. 1-я ступень (блок «А») имела 30 однокамерных основных ЖРД «НК-15», 6 из которых размещались по центру, 24 - по периферии, и 6 рулевых сопел управления по крену. РН могла совершать полет при двух отключенных парах противоположно расположенных периферийных ЖРД блока «А». 2-я ступень (блок «Б») имела 8 однокамерных основных ЖРД «НК-15В» с высотными соплами и 4 рулевых сопла управления по крену. РН могла совершать полет с одной от ключенной парой ЖРД блока «Б». 3-я ступень (блок «В») имела 4 однокамерных основных ЖРД «НК-19» и 4 рулевых сопла управления по крену и могла совершать полет при одном отключенном ЖРД.Все двигатели были разработаны в Куйбышевском авиационном КБ (ныне - Самарское НПО «Труд») под руководством Главного конструктора Николая Кузнецова. В качестве горючего использовался керосин, в качестве окислителя - жидкий кислород. Стартовый комплекс состоял из двух пусковых установок с 145-метровыми башнями обслуживания, через которые производилась заправка РН, ее термостатирование и электропитание.Через эти башни экипаж должен был садиться в корабль. После окончания заправки РН и посадки экипажа башня обслуживания отводилась в сторону, и ракета оставалась на стартовом столе, удерживаемая за днище 48 пневмомеханическими замками.Вокруг каждой пусковой установки размещались четыре молниеотвода (дивертора) высотой 180 метров. Для отвода газов при запуске двигателей первой ступени были сделаны три бетонных канала. Всего на площадке № 110 построили более 90 сооружений.Однако, подобно известным своим тезкам – Царь-колоколу и Царь-пушке – данное конструкторское изделие так и не удалось использовать по прямому назначению.
Запуски носителя Н1
Хотя на отдельных стендовых испытаниях двигатели показали себя достаточно надёжными, большинство возникавших проблем с носителем было вызвано вибрацией, гидродинамическим ударом (при выключении двигателей), разворачивающим моментом и другими неучтёнными эффектами, вызванными одновременной работой такого большого количества двигателей и большой размерностью носителя, что было невозможно выявить до полётов ввиду того, что в целях экономии средств не были созданы дорогостоящие наземные стенды для динамических и огневых тестов всего носителя или первой ступени в сборке.
Все запуски носителя Н1 производились с площадки № 110 (с двумя стартовыми столами) космодрома Байконур .
Первый пуск носителя Н1 (изделие 3Л) с беспилотным кораблем «Зонд-М (7К-Л1С, 11Ф92) » в качестве полезной нагрузки 21 февраля 1969 года закончился аварийно. В результате пожара в хвостовом отсеке (двигатель № 2) и нарушения в работе системы контроля двигателей, эта система на 68,7 с выдала ложную команду на выключение всех двигателей, за которым последовал подрыв носителя на высоте 12,2 км.
Второй пуск носителя Н1 (изделие 5Л) с беспилотным кораблем «Зонд-М (7К-Л1С, 11Ф92)» и макетом лунного посадочного корабля (Т2К-ЛК, 11Ф94) комплекса Л3 был проведён 3 июля 1969 года и также закончился аварийно из-за ненормальной работы двигателя № 8 блока А и выключения всех двигателей на 23 с полета, после чего носитель упал на место старта. В результате крупнейшего в истории ракетостроения взрыва один стартовый стол был полностью разрушен, а второй - серьёзно повреждён. По заключению аварийной комиссии под председательством В. П. Мишина причиной аварии было разрушение насоса окислителя двигателя. На анализ результатов испытаний, дополнительные расчёты, исследования и экспериментальные работы и восстановление стартовых столов ушло два года.
Третий запуск носителя Н1 (изделие 6Л) с макетом беспилотного лунного орбитального корабля (7К-ЛОК, 11Ф93) и макетом лунного посадочного корабля (Т2К-ЛК, 11Ф94) комплекса Л3 был проведён 27 июня 1971 года . Все 30 двигателей блока А вышли на режим предварительной и главной ступеней тяги в соответствии со штатной циклограммой и нормально функционировали, однако в результате нерасчетного разворачивающего момента при манёвре увода от стартового стола уже со старта ракета набрала крен и продолжала неуправляемый полет, не обеспечивавший выведение на орбиту. Поскольку ради гарантий сохранности стартового компплекса команда аварийного выключения двигателей была заблокирована до 50 с, их выключение системой контроля и подрыв потерявшего головную часть и начавшего разрушаться носителя произведены на 51 с и высоте 1 км. Для обеспечения управления ракетой по крену менее чем за год были созданы боковые рулевые двигатели, работающие на окислительном генераторном газе и горючем, отбираемых от основных двигателей.
Ссылки
Дополнительные ссылки
- Советские программы лунных пилотируемых полетов и запуски Н1
- Советские программы лунных пилотируемых полетов и судьба Н1
- История советских программ лунных пилотируемых полетов и Н1
- «Царь-ракета. Прерванный полет». Документальный фильм. Телестудия Роскосмоса
Советская и российская ракетно-космическая техника
Wikimedia Foundation . 2010 .
Перед вами книга, рассказывающая об одном из главных достижений XX века - космонавтике, которую весь мир считает символом прошлого столетия. Однако космонавтика стала не только областью современнейших исследований науки и достижений техники, но и полем битвы за космос двух мировых сверхдержав - СССР и США. Гонка вооружений, «холодная война» подталкивали ученых противоборствующих систем создавать все новые фантастические проекты, опережающие реальность.
Данный том посвящен истории бурного развития космонавтики во второй половине XX века, альтернативным разработкам и соперничеству между Советским Союзом и США.
Книга будет интересна как специалистам, так и любителям истории.
То, что Советский Союз проиграл «лунную гонку», ныне принято связывать с провалом программы создания сверхтяжелой ракетыносителя «Н-1». В этом есть свой резон, ведь если бы такая ракета сумела взлететь в установленные сроки, советский план экспедиции на Луну мог быть реализован куда раньше американского. Однако взлететь ей было не суждено.
По свидетельству соратников Королева, замысел сверхтяжелой трехступенчатой ракеты «Н-1» возник у Сергея Павловича еще в 1956 году. В различных источниках название ракеты расшифровывается как «Носитель-1» или как «Наука-1».
Впервые свои предложения по такой ракете Королев представил Совету главных конструкторов 15 июля 1957 года. Начало же работ над проектом «Н-1» датируется 30 июля 1958 года.
В то время прорабатывалось множество возможных вариантов таких ракет, хотя к дальнейшему рассмотрению были приняты три.
Первый вариант являлся логическим продолжением ракеты «Р-7». Это была двухступенчатая ракета, у которой на основной корпус (вторая ступень) крепились шесть «боковушек» (первая ступень). То есть повторялась та же компоновка, которая успешно зарекомендовала себя на «семерке».
Длина такого пакета составляла 48 метров. Каждая из «боковушек» снабжалась шестью кислородно-керосиновыми двигателями конструкции Николая Кузнецова. На второй ступени предполагалось установить ядерный двигатель, который включался бы после отделения первой ступени и обеспечивал тягу от 140 до 170 тонн. Стартовая масса такой ракеты составляла от 850 до 880 тонн, а выводимый на орбиту полезный груз - от 35 до 40 тонн.
Второй вариант представлял собой в чистом виде межконтинентальную баллистическую ракету с дальностью полета до 14 000 километров. Для этой ракеты рассматривалась возможность использования двигателей конструкции Валентина Глушко и Михаила Бондарюка. При использовании двигателя Бондарюка ракета имела бы стартовую массу 87 тонн, включая боеголовку весом 2,6 тонны. С двигателями Глушко, соответственно, 100 тонн стартовой массы и 4-тонная боеголовка. И, наконец, третий вариант представлял собой носитель сверхтяжелого класса со стартовой массой 2000 тонн и массой полезного груза, выводимого на орбиту, в 150 тонн. Это в принципе и был прообраз той ракеты, которая впоследствии стала известна под обозначением «Н-1». Первую и вторую ступени предполагалось выполнить в виде конуса, что позже и было использовано в конструкции «Н-1». На первой ступени размещались 24 двигателя «НК-9» конструкции Кузнецова с тягой в 52 тонны каждый. Вторая ступень имела четыре ядерных двигателя с общей тягой в 850 тонн.
Ни одному из этих вариантов, в том виде как они задумывались, не суждено было воплотиться в реальности. Работы над ракетами с ядерными двигателями были прекращены в конце 1959 года, когда стало ясно, что и обычный химический двигатель дает почти тот же эффект, но при этом ему не нужна сложная система защиты от радиации.
Первоначально эскизное проектирование сверхтяжелой ракеты проводилось ОКБ-1 в инициативном порядке. Однако уже 23 июня 1960 года вышло постановление ЦК КПСС и Совета Министров № 715–296 «О создании мощных ракетносителей, спутников, космических кораблей и освоении космического пространства в 1960–1967 годах». Это была первая попытка утвердить на самом высоком уровне программу развития космонавтики в виде семилетнего плана. В постановлении предусматривалось создание мощной ракеты-носителя «Н-1» на ЖРД в период с 1961 по 1963 годРакета «Н-1» должна была выводить на околоземную орбиту полезный груз массой 40–50 тонн и разгонять до второй космической скорости полезный груз массой 10-2 0 тонн.
Вторым этапом на базе этой ракеты предполагалось создать носитель «Н-2», выводящий на орбиту 60–80 тонн и разгоняющий до второй космической скорости 20–40 тонн.
В обеспечение этих проектов постановлением также предусматривались работы над мощными двигателями на водороде, по системам автономного управления и радиоуправления, развитие экспериментальной базы и широкое проведение научных исследований. 9 сентября 1960 года Королев издал отчет «О возможных характеристиках космических ракет с использованием водорода», в которых показал преимущества водородно-кислородных двигателей. Тут нужно отметить, что именно вопрос об использовании водорода в качестве горючего для перспективных ракет стал тем «камнем преткновения», из-за которого произошел серьезнейший раскол в Совете Главных конструкторов. Разногласия начались еще в ходе работы над межконтинентальной баллистической ракетой «Р-9А». Корифей двигателестроения Валентин Глушко не простил Королеву привлечения к работам по созданию мощных ЖРД моторостроительных организаций авиационной промышленности - ОКБ-165 Архипа Люльки, разрабатывающего двигатель на водороде, и ОКБ-276 Николая Кузнецова, разрабатывающего двигатель на кислороде - керосине. Это был прямой вызов Глушко - старому соратнику по РНИИ, казанскому КБ, институту «Нордхаузен» и Совету Главных конструкторов, в котором Глушко был вторым человеком после Королева. Спор по двигателям для «Р-9А» из сферы делового обсуждения перерос в откровенную склоку. Два конструктора обменивались нелицеприятными письмами, копии которых направлялись министрам и в ЦК КПСС.
Аналогичную позицию Глушко занял и по вопросу «Н-1».
На всех уровнях при обсуждениях проблем двигателей для первой ступени ракеты «Н-1» Глушко заявлял, что для его организации не представит особого труда создание двигателей тягой до 600 тонн на высококипящих компонентах - AT (тетраксид азота) и НДМГ (несимметричный диметилгидразин).
В то же время создание двигателя такой размерности на кислороде и керосине, по мнению Глушко, было связано с неприемлемо длительными сроками.
Валентин Глушко являлся общепризнанным авторитетом по жидкостным ракетным двигателям, но теперь уже очевидно, что в начале 60-х он серьезно ошибся, отказавшись от разработки кислородно-керосиновых и кислородно-водородных двигателей. На этом поприще мы обогнали американцев только через 20 лет при создании ракеты «Энергия», которая, кстати, была построена под непосредственным руководством Глушко, когда он в должности Генерального конструктора НПО «Энергия» фактически находился на месте Королева. Но тогда раскол в лагере Главных конструкторов по вопросу двигателей принял угрожающие размеры. В спор между двумя столпами советской ракетной техники включились Михаил Янгель и Владимир Челомей. Монополия Королева на тяжелые ракеты-носители угрожала их активному участию в перспективных космических программах. Началась мощная атака на правительственный аппарат с разных сторон с критикой ранее принятых решений. Одним из результатов явилось еще одно постановление, подписанное Хрущевым 16 апреля 1962 года: «О создании образцов межконтинентальных баллистических и глобальных ракет и носителей тяжелых космических объектов». Этим постановлением работы по «Н-1» предлагалось ограничить стадией эскизного проекта и оценкой стоимости ракетного комплекса.
Одновременно предписывалось создание орбитальной трехступенчатой глобальной ракеты на базе «Р-9А», но не на двигателях Глушко, а на двигателях «НК-9», разрабатываемых Николаем Кузнецовым. Постановлением было также предусмотрено создание новой янгелевской сверхтяжелой ракеты «Р-56». Следом вышло постановление от 29 апреля 1962 года, коим предписывалось ОКБ-52, то есть Челомею, создание «УР-500» - будущего «Протона». Экспертная комиссия под председательством президента Академии наук Мстислава Келдыша должна была дать рекомендации, какой путь выбрать, только после рассмотрения эскизных проектов. Об организации целенаправленной подготовки пилотируемого полета к Луне в этих постановлениях не говорилось.
В 1962 году продолжалась работа по выбору схемы и стартовой массы ракеты-носителя, которой предстояло, по замыслу Королева, решать многие научные и оборонные задачи, а отнюдь не только доставлять экспедицию на Луну.
В письме Сергею Крюкову, начальнику проектного отдела, Королев пишет: «Вместе с М. В. Мельниковым определить потребный вес для полета с ЭРД для решения главных задач: Луна, Марс, Венера».
Министерство обороны не было заинтересовано в создании сверхтяжелых носителей. В то же время без согласия военных на их непосредственное участие в создании такого носителя эскизный проект не мог быть одобрен экспертной комиссией.
Эскизный проект ракетно-космических систем на базе «Н-1» Королев утвердил 16 мая 1962 года. Проект был выпущен в соответствии с упомянутым выше постановлением от 23 июня I960 года и формально удовлетворял последнему апрельскому постановлению 1962 года. Он содержал 29 томов и 8 приложений.
В этом эскизном проекте, который подписали все заместители Королева, ставились следующие основные задачи (цитирую по книге Бориса Чертока «Ракеты и люди. Лунная гонка», 1999 год):
«А. Выведение тяжелых космических летательных аппаратов (КЛА) на орбиты вокруг Земли с целью исследования природы космического излучения, происхождения и развития планет, радиации Солнца, природы тяготения, изучения физических условий на ближайших планетах, выявления форм органической жизни в условиях, отличных от земных, и т. д.
Б. Выведение автоматических и пилотируемых тяжелых ИСЗ на высокие орбиты с целью ретрансляции передач телевидения и радио, обеспечения прогноза погоды и т. д.
В. При необходимости вывод тяжелых автоматических и пилотируемых станций боевого назначения, способных длительно существовать на орбитах и позволяющих производить маневр для одновременного вывода на орбиту большого количества ИСЗ военного назначения».
Декларировались основные этапы дальнейшего освоения космоса:
«Облет Луны с экипажем из двух-трех космонавтов; вывод КЛА на орбиту вокруг Луны, высадка на Луну, исследование ее поверхности, возвращение на Землю; осуществление экспедиции на поверхность Луны с целью исследования почвы, рельефа, проведения изысканий по выбору места для исследовательской базы на Луне; создание на Луне исследовательской базы и осуществление транспортных связей между Землей и Луной; облет экипажем в два-три человека Марса, Венеры и возвращение на Землю; осуществление экспедиций на поверхность Марса и Венеры и выбор места для исследовательской базы; создание исследовательских баз на Марсе и осуществление транспортных связей между Землей и планетами; запуск автоматических аппаратов для исследования околосолнечного пространства и дальних планет системы (Юпитер, Сатурн и др.)».
К сожалению, ни один из этих этапов так и не был реализован в полном объеме. Недостижимой мечтой кажутся они нам и сегодня.
Уже в эскизном проекте стартовая масса носителя возросла по сравнению с первоначальными набросками до 2200 тонн, а грузоподъемность - до 75 тонн. Ракета проектировалась трехступенчатой, и все три ступени выполнялись в виде конуса, в который вписывались шесть сферических топливных баков последовательно уменьшающегося диаметра.
Вся ракета проектировалась на ЖРД Николая Кузнецова; на компонентах - жидкий кислород и керосин. На первой ступени (блок «А») устанавливались 24 двигателя тягой по 150 тонн. На второй (блок «Б») и третьей (блок «В») соответственно по восемь и четыре двигателя. Блоки «А» и «Б» комплектовались практически однотипными двигателями «НК-15». Блок «В» планировалось снабдить двигателями «НК-19». Предусматривалась возможность размещения на ракете еще одной, четвертой, ступени (блок «Г»).
Во времена проектирования «Р-7» Василий Мишин, занимавший должность заместителя Королева, выступал с идеей управления ракетой форсированием и дросселированием диаметрально противостоящих двигателей. Тогда его предложение не получило одобрения со стороны Валентина Глушко, который отвечал за разработку двигателей. Однако на «Н-1» 24 двигателя, расположенные по окружности диаметром 15 метров, позволяли реализовать эту идею, тем более что двигателисты авиационного ОКБ-276 были знакомы с этой задачей и успешно решали ее.
В интересах военных «Н-1» проектировалась в нескольких модификациях.
Трехступенчатая ракета «Н-1», снабженная блоком «Г», позволяла выводить на околоземную орбиту груз массой 75 тонн.
Трехступенчатая ракета «Н-11» на базе ступеней «Б», «В» и «Г» со стартовой массой 750 тонн позволяла выводить на околоземную орбиту груз массой до 25 тонн.
Двухступенчатая ракета «Н-111» на базе ступеней «В» и «Г», снабженная 2-й ступенью МБР «Р-9А», со стартовой массой 200 тонн могла быть использована в качестве боевой межконтинентальной ракеты с массой боеголовки в 5 тонн.
Несмотря на очевидную рациональность, предложение о начале работ по созданию «Н-11» и «Н-111» не было в дальнейшем поддержано ни решениями экспертных комиссий, ни военными, ни постановлениями правительства. Идея была перекрыта в связи с предложениями Челомея по «УР-500» и Янгеля по «Р-56»…
В эскизном проекте 1962 года лунная экспедиция еще не была названа главной задачей носителя. Комплекс, состоявший из лунного орбитального корабля (ЛОК), посадочного лунного корабля (ЛК) и разгонной ракеты, назвали весьма прозаически - «ЛЗ».
На самом же деле проекта комплекса «ЛЗ» в 1962 году еще не было. Более того, чтобы «не дразнить гусей», не афишировались (да и не были серьезно просчитаны) распределения масс для лунного комплекса и, в частности, масса лунного корабля, необходимая для посадки с маневрированием, надежного взлета с поверхности Луны и последующего сближения с орбитальным кораблем. Поэтому на пленарном заседании экспертной комиссии Королев представлял только проект ракеты-носителя «Н-1», без проектов полезной нагрузки. Задачи, которые могли быть решены с помощью такой ракеты-носителя, были им перечислены в следующей последовательности: оборонные; научные; освоение человеком Луны и ближайших планет Солнечной системы (Марс, Венера); всеобщая связь и ретрансляция радио и телевидения; постоянная система (несколько сот спутников) для слежения, обнаружения и уничтожения ракет противника. Интересно, что последняя задача в этом перечне предвосхитила идею СОИ, разработка которой в США началась только через 30 лет!
В июле 1962 года экспертная комиссия под председательством академика Келдыша рассмотрела эскизный проект и одобрила создание ракеты-носителя «Н-1», способной выводить на околоземную орбиту высотой 300 километров полезный груз массой 75 тонн. 24 сентября 1962 года было выпущено постановление ЦК КПСС и Совета Министров по «Н-1». Новым постановлением предписывалось закончить стендовую отработку автономных двигателей третьей ступени в 1964 году, двигателей второй и первой ступеней - в 1965 году. Стендовую отработку двигателей в составе блоков и установок предусматривалось закончить в первом квартале 1965 года. Окончание строительства стартовой позиции, сдача ее в эксплуатацию и начало летных испытаний - все тот же 1965 год.
Этот план вызвал резкую критику со стороны отдельных Главных конструкторов.
Владимир Бармин, который должен был строить стартовый комплекс, считал постановление нелепым, а сроки - нереальными.
Леонид Воскресенский, отвечавший за наземную проверку двигателей для ракеты, потребовал создания стендов для полномасштабных испытаний каждой ступени, в том числе и первой - со всеми 24 двигателями. Королев меж тем хотел избежать необходимости строительства новых и очень дорогостоящих стендов для огневых испытаний ступеней ракеты целиком. Он надеялся, что все огневые стендовые испытания для всех ступеней можно ограничить единичными двигателями, приспособив уже существующие стенды НИИ-229.
Дело в том, что такой стенд пришлось бы строить непосредственно на полигоне, ведь первая ступень в полной сборке была нетранспортабельна. В этом споре победа осталась за Королевым, но лучше бы было наоборот, потому что отсутствие уверенности в надежности ступеней стало одной из причин краха программы «Н-1».
До конца 1963 года структурная схема лунной экспедиции с использованием комплекса «Н1-ЛЗ» еще не была выбрана.
Но в докладной записке от 23 сентября 1963 года, посвященной программе развития космонавтики на период с 1965 по 1975 год, Сергей Королев излагает свой план покорения естественного спутника Земли.
Первый этап - облет Луны на пилотируемом корабле «7К-9К-НК» («Л1»), собираемом на околоземной орбите.
Этот этап мы обсуждали выше. К сказанному добавлю только, что экипаж облетного корабля должен был произвести подробное картографирование поверхности Луны и определить возможные районы высадки будущей экспедиции.
Второй этап - отправка на Луну самодвижущегося вездехода «Л2» с дистанционным управлением. Главной задачей «лунохода» было изучение поверхности Луны с целью выбора оптимального места посадки для основного и резервного лунного корабля. Кроме того, «луноход» должен был собрать данные о свойствах лунного грунта, о магнитных полях Луны и интенсивности космического и солнечного излучения у поверхности Луны. Сам «Л2» представлял собой гусеничный транспортер с ядерной силовой установкой, снабженный мощной радиостанцией, системой дистанционного управления и блоком научной аппаратуры. Он мог бы развивать скорость до 4 км/ч и пройти не менее 2500 километров.
На поверхность Луны этот вездеход должен был доставить посадочный аппарат «13К». Вся космическая система состояла из трех элементов: собственно «Л2», посадочный аппарат «13К» и космический корабль «9К». Система собиралась на низкой околоземной орбите и заправлялась при помощи танкеров «ПК». Масса системы - 23 тонны, масса полезного груза, выводимого к Луне, - 5 тонн. Для полной сборки система требовала пяти (максимум - шести) запусков ракет-носителей «Р-7А».
Третий этап - запуск пилотируемого космического корабля «ЛЗ» весом 200 тонн.
Корабль планировалось собирать на околоземной орбите из трех блоков, доставляемых при помощи ракет «Н-1». Первая ракета выводила на орбиту собственно комплекс «ЛЗ», состоявший из лунного орбитального корабля «ЛОК», посадочного лунного корабля «ЛК» и разгонного блока. Две другие ракеты «Н-1» служили танкерами с грузом топлива по 75 тонн. Масса системы при полете к Луне достигала 62 тонн, что почти на 20 тонн превышало соответствующую массу «Аполлона».
Масса системы, совершающей посадку на поверхность Луны, составила бы 21 тонну (против 15 тонн у «Аполлона»). Но зато пусков в схеме ОКБ-1 было даже не три, а четыре! Выводить в космос экипаж из двух-трех человек предполагалось на проверенной ракете «Р-7А», выпускавшейся заводом «Прогресс» для пилотируемых запусков.
После выхода на орбиту Луны «ЛК» с одним космонавтом на борту отделил бы от «ЛОК» и по сигналу радиомаяка, установленного на вездеходе «Л2», совершил бы мягкую посадку.
После выполнения задания на Луне космонавт должен был взлететь с ее поверхности на стартовом модуле «ЛК» и состыковаться с «ЛОК». Возвращаемый корабль, обеспечивающий обратный полет к Земле, являлся модификацией корабля «7К-Л1» и состоял из приборно-агрегатного отсека (2,5 тонны) и спускаемого аппарата (2,5 тонны). Весь рейс занял бы от 10 до 17 дней.
Интересно, что в ОКБ-1 разработали еще один вариант пилотируемой лунной экспедиции - более сложный, но зато более надежный в смысле безопасности. За месяц до пилотруемого полета к Луне отправлялся резервный беспилотный корабль «ЛЗ». Его орбитальная часть должна была остаться у Луны и служить ретрансляторам, а «ЛК» совершил бы посадку в запасной точке прилунения. «Луноход» в свою очередь должен был произвести осмотр «ЛК», и если бы корабль не получил повреждений при посадке, то тогда было бы дано «добро» на пилотируемый рейс. Такая схема обеспечивала возможность для космонавта, терпящего бедствие на Луне, перебраться с помощью «лунохода» в запасную точку и стартовать на резервном ЛК».
На четвертом этапе освоения Луны планировалось создание лунной орбитальной станции. Орбитальный комплекс «Л4» состоял из трех элементов: ракета-носитель (одна ракетa «Н-1» или три разгонных блока «9К»), ракетный блок вывода на лунную орбиту, орбитальная станция на двух-трех человек, созданная на основе космического корабля «7К-ОК», массой 5,5 тонны.
Пятым этапом предусматривалась высадка комплексной экспедиции на Луну в составе двух или трех космонавтов.
Кроме того, отдельным кораблем планировалось отправить к ним в поддержку тяжелый самодвижущийся аппарат «Л5» массой 5,5 тонны с герметичной кабиной. Этот аппарат мог развивать скорость до 20 км/ч и нес на себе 3500 килограммов воздуха, воды и продуктов питания.
Если бы Королев проявил свойственную ему твердость в последовательном отстаивании плана освоения Луны на всех этапах прохождения проекта, история нашей лунной программы могла стать совсем другой. Однако ситуация складывалась таким образом, что Сергею Павловичу приходилось идти на компромиссы с целью упрощения и удешевления проекта. Оппозиция со стороны Челомея, Глушко, Янгеля и Министерства обороны была слишком мощной.
К сожалению, в полном объеме эту программу выполнить было невозможно даже при отсутствии ревнивых конкурентов.
Причины прагматические - недостаток средств.
Экономика тех лет не требовала особо точных финансовых расчетов. Тем не менее опытные экономисты Госплана, с которыми Королев обычно консультировался, предупреждали, что истинные цифры необходимых затрат не пройдут ни через Минфин, ни через Госплан.
Весь драматизм ситуации с финансированием хорошо иллюстрирует одна история, которую рассказал главный конструктор ЦКБ Тяжелого машиностроения Борис Аксютин:
«…Вспоминаю совещание, которое собрал С. П. Королев после полета в Пицунду к Н. С. Хрущеву, находившемуся там в это время на отдыхе. Этот полет был необходим для решения вопроса об ассигнованиях для работ по комплексу Н-1 (экспедиция на Луну). По возвращении из Пицунды он собрал совещание главных конструкторов у себя в кабинете.
Все собрались, а его нет. Мы в недоумении ждем. Анатолий Петрович Абрамов, его заместитель, говорит, что Сергей Павлович в своем кабинете, сейчас должен прийти. Через некоторое время входит Сергей Павлович, ссутулившийся, рассеянно кивает головой, подходит к столу, садится, берется рукам за опущенную голову, сидит молча некоторое время и как бы про себя говорит раздумчиво, тихим голосом: «Упустим время, не наверстаем», затем поднимает голову, видит сидящих, потряхивается и произносит: «Я пригласил вас, чтобы рассказать об итогах встречи с Никитой Сергеевичем.
Он сказал: «У нас большие успехи о освоении космического пространства, наши боевые ракеты стоят на дежурстве. Мы никогда не жалели денег на эти дела. Сейчас есть и другие заботы. Нужны средства для подъема сельского хозяйства и животноводства. Вам надо поэкономить». Мы должны продумать мероприятия по удешевлению комплекса «Н-1»…»
В целях экономии решили делать «однопусковую» схему.
Королев потребовал от проектантов проработки мероприятий по увеличению несущей способности одной ракеты-носителя «Н-1». Последовала серия предложений по доработкам ракеты, из которых основными были установка на первой ступени еще шести двигателей и появление, в отличие от американской схемы, четвертой и пятой ступеней - блока «Г» и блока «Д». Стартовая масса «Н1-ЛЗ» по новым предложениям возрастала до 2750 тонн. Все мероприятия позволяли увеличить массу полезного груза на околоземной орбите с 75 до 93 тонн.
При таких изменениях в проекте действующие сроки начала летно-конструкторских испытаний в 1965 году выглядели абсурдными. Поэтому 19 июня 1964 года появилось постановление ЦК КПСС и Совета Министров, разрешающее перенести сроки начала испытаний на 1966 год.
Однако не было решения по лунной программе. Из-за этого тормозился процесс создания лунных кораблей, подготовки экипажей, строительства новых заводов и стартовых комплексов. Королев и Келдыш от имени Совета Главных конструкторов обратились к Хрущеву с прямым вопросом:
«Летим или не летим на Луну?» Последовало указание: «Луну американцам не отдавать! Сколько надо средств, столько и найдем».
Наконец-то 3 августа 1964 года вышло историческое постановление № 655–268 «О работах по исследованию Луны и космического пространства». Согласно этому постановлению - программу облета Луны заполучил Владимир Челомей, но и команду Королева не обидели: впервые на высшем уровне было заявлено, что «важнейшей задачей в исследовании космического пространства с помощью ракеты» Н-1» является освоение Луны с высадкой экспедиций на ее Поверхность и последующим их возвращением на Землю».
Были определены основные главные конструкторы и организации, ответственные не только за носитель «Н-1», но и за весь комплекс «Н1-ЛЗ». Головными разработчиками частей, составляющих комплекс «ЛЗ», были определены:
ОКБ-1 (Сергей Королев) - головная организация по системе в целом и разработке блоков «Г» и «Д», двигателей для блока «Д», лунного орбитального и лунного посадочного кораблей;
ОКБ-276 (Николай Кузнецов) - по разработке двигателя блока «Г»;
ОКБ-586 (Михаил Янгель) - по разработке ракетного блока «Е» лунного корабля и двигателя для этого блока;
ОКБ-2 (Алексей Исаев) - по разработке двигательной установки (баки, пневмогидравлические системы и двигатель) блока «И» лунного орбитального корабля;
НИИ-944 (Виктор Кузнецов) - по разработке системы управления лунного комплекса;
НИИАП (Николай Пилюгин) - по разработке системы управления движением лунного посадочного и лунного орбитального кораблей;
НИИ-885 (Михаил Рязанский) - по радиоизмерительному комплексу;
ГСКБ «Спецмаш» (Владимир Бармин) - по комплексу наземного оборудования системы «ЛЗ»;
ОКБ МЭИ (Алексей Богомолов) - по разработке системы взаимных измерений для сближения кораблей на орбите Луны.
Получив текст постановления правительства, Королев решил не откладывая собрать у себя широкое техническое совещание, на котором рассказать всем заинтересованным лицам о проекте «Н1-ЛЗ». Такое совещание состоялось 13 августа 1964 года. На него были приглашены все Главные конструкторы, начальники главков госкомитетов, председатели совнархозов, участвующих в программе, сотрудники аппаратов ВПК, ЦК, командование ВВС и ракетных войск, космических средств Минобороны, представители Академии наук, руководители НИИ-4, НИИ-88 и полигона.
Именно на этом совещании была определена окончательная «однопусковая» схема советской лунной экспедиции.
Выглядела она так.
Ракета-носитель «HI» со стартовой массой около 2820 тонн (кислород - 1730 тонн, керосин - 680 тонн) стартует с космодрома Байконур и после окончания работы ракетных блоков «А», «Б» и «В» выводит на промежуточную околоземную дуговую орбиту высотой 220 километров лунный ракетный комплекс «ЛРК» длиной 30 метров и массой 91,5 тонны с двумя космонавтами в спускаемом аппарате лунного орбитального корабля «ЛОК». Космонавты должны были совершать полет в спортивных костюмах без спасательных скафандров.
При выведении «ЛРК» находится под головным обтекателем массой 17,5 тонны, длина которого составляла 33 метра. После прохождения плотных слоев атмосферы головной обтекатель по частям сбрасывается. Для спасения космонавтов, в случае аварии ракеты-носителя на стартовой позиции или во время выведения, использовалась система аварийного спасения, которая с помощью РДТТ должна была обеспечить увод спускаемого аппарата лунного орбитального корабля на безопасное от РН расстояние. Система аварийного спасения длиной около 10 метров имела массу до 4 тонн.
На околоземной орбите, на 480-й секунде после проведения ориентации «ЛРК», включается двигатель блока «Г», и комплекс переводится на траекторию полета к Луне. Затем производится отделение отработавшего блока «Г», сброс нижнего и среднего переходников блока «Д». Космонавты приступают к выполнению программы полета, находясь в спускаемом аппарате и бытовом отсеке. В случае необходимости с помощью двигателей блока «Д» производится одна или несколько коррекций траектории движения «ЛРК».
Время полета до Луны - 3,5 суток.
При подлете к Луне двигатель блока «Д» включается на торможение и «ЛРК» переходит окололунную орбиту высотой 110 километров. После коррекции комплекс переходит на эллиптическую орбиту с минимальной высотой 16 километров.
Затем оба космонавта переходят в бытовой отсек «ЛОК», Герметизируют его, надевают скафандры (пилот «ЛОК» - «Орлан», пилот «ЛК»-«Кречет-94»), затем разгерметизируют бытовой отсек и используют его в качестве шлюзовой камеры.
Пилот «ЛК» переходит по поверхности бытового отсека, спускаемого аппарата и ракетного блока «И» к лунному кораблю, размещенному в цилиндрическом переходнике. Для того чтобы космонавт мог попасть в посадочный, лунный корабль, в оболочке был установлен люк напротив люка кабины «ЛК».
Для облегчения перемещения космонавта из бытового отсека в кабину «ЛК» дополнительно к поручням предполагалось использование специального манипулятора, который должен был устанавливаться на приборно-агрегатном отсеке «ЛОК».
В это время пилот «ЛОК» в скафандре «Орлан» находится на обрезе люка бытового отсека, подстраховывая командира.
После того как пилот «ЛК» занимает рабочее положение в кабине лунного корабля, производится выталкивание «ЛК» из цилиндрической оболочки по специальным направляющим, которые после этого отстреливаются от «ЛК». Затем производится сброс верхнего переходника блока «Д» и раскрытие посадочных стоек лунного посадочного устройства «ЛК». Пустая цилиндрическая оболочка «ЛК» отделяется от «ЛОК».
После ориентации «ЛК» с помощью двигателей ориентации, размещенных между стыковочным узлом и бытовым отсеком, на высоте 16 километров включается на торможение двигатель блока «Д», и «ЛК» с блоком «Д» устремляется к Луне. При этом на высоте 3–4 километров «ЛК» совершает «мертвую петлю», а на высоте 1–3 километров производится отделение блока «Д» от «ЛК». Этот маневр был необходим для того, чтобы посадочный радиолокатор лунного корабля не принял отделившийся блок «Д» за лунную поверхность и раньше времени не сработало автоматическое включение ракетного блока «Е».
Затем блок «Д» падает на поверхность Луны, а пилот «ЛК», используя автоматическое и ручное управление двигателями ориентации и регулируя тягу двигателя блока «Е» совершает посадочный маневр и мягкую посадку на поверхность Луны. Вся процедура от момента отделения блока «Д» до посадки занимала немногим более минуты, и поэтому возможности по маневрированию лунного корабля над поверхностью для выбора места посадки были ограничены несколькими сотнями метров. В случае невозможности мягкой посадки предполагалось увеличить тягу ЖРД до максимальной и выводить «ЛК» на окололунную орбиту для встречи с «ЛОК».
При нормальной посадке «ЛК» опускается на поверхность Луны с помощью лунного посадочного устройства, состоящего из кольца, окружающего блок «Е», и четырех посадочных опор, прикрепленных к кольцу. Посадочные опоры в принципе были схожи с опорами лунного модуля корабля «Аполлон» или опорами советской автоматической станции «Луна-16» и состояли из цилиндрических стоек с сотовыми энергопоглощающими элементами, подкосов, воспринимающих боковые нагрузки, и тарельчатых опор для посадки на поверхность.
Для предотвращения подскока и переворачивания «ЛК» при посадке на лунную поверхность использовались четыре РДТТ «прижатия», которые включались в момент контакта опор с грунтом.
После посадки лунного корабля пилот «ЛК», отдохнув и проверив системы корабля, открывает люк кабины и, спустившись по трапу, ступает на поверхность Луны. От падения на спину космонавта предохранял легкий обруч, который он должен был надеть сразу после выхода из «ЛК». Автономная система жизнеобеспечения скафандра «Кречет-94» позволяла космонавту находиться на поверхности Луны в течение четырех часов. За это время космонавт должен был установить на Луне научные приборы и государственный флаг , собрать образцы лунного грунта, провести телевизионный репортаж, фото- и киносъемку района приземления.
После возвращения в «ЛК» космонавт наполнял кабину воздухом, чтобы открыть шлем скафандра и принять пищу.
Не позднее чем через 24 часа после посадки космонавт включал двигатель блока «Е». Лунный взлетный аппарат «ЛК», отделившись от лунного посадочного устройства, выходил на орбиту. При этом для надежности запускались сразу оба двигателя ракетного блока «Е», а затем, по результатам диагностики, один двигатель отключался, а другой выводил лунный возвращаемый аппарат на орбиту Луны.
Система сближения и стыковки «Контакт» устанавливала связь и определяла взаимное положение «ЛК» и «ЛОК», управляя автоматической стыковкой. Во время стыковки пилот «ЛОК» находился в бытовом отсеке в скафандре и в случае необходимости мог вмешаться в ход стыковки, осуществив переход на ручное управление. При этом он мог использовать радиосистему поиска, иллюминатор в блистере, а также бортовую вычислительную машину. Затем пилот «ЛОК» сбрасывал давление в бытовом отсеке и открывал бо ковой люк. Пилот «ЛК» выходил из лунной взлетной кабины «ЛК» в открытый космос и осуществлял обратный переход по наружной поверхности через стыковочный узел и блок двигателей ориентации комплекса в бытовой отсек «ЛОК».
Пилот «ЛОК» в это время был готов прийти к нему на помощь. Затем производилась герметизация бытового отсека, его наддув воздухом.
После того как давление между спускаемым аппаратом и бытовым отсеком выравнивалось, космонавты снимали скафандры и переходили в спускаемый аппарат, захватив с собой контейнер с образцами. После этого люк закрывался, и после проверки его герметичности производился отстрел бытового отсека вместе с «ЛК» и блоком двигателей ориентации, которые после торможения падали на поверхность Луны. Затем космонавты проводили ориентацию «ЛОК» с помощью двигателей, расположенных на приборно-агрегатном отсеке и энергоотсеке, включали корректирующую двигательную установку ракетного блока «И», и «ЛОК» переходил на траекторию полета к Земле.
При необходимости на трассе Луна-Земля космонавты производили коррекцию движения корабля. Время обратногo полета - не более 3,5 суток. При подлете к Земле спасательный аппарат с двумя космонавтами отделялся, совершал управляемый спуск в атмосфере с двойным погружением и, используя парашютную систему и двигатели мягкой посадки, производил приземление на территории СССР.
Ракеты-гиганты создавались с одной-единственной целью — скачкообразно опередить космические достижения конкурирующей сверхдержавы
Два гиганта-конкурента
Сборка второй ступени Н-1
Панорама стартовых позиций Н-1
Один из немногих рисунков УР-700
«Сатурн-5» на стартовой позиции
В горизонтальном виде «Сатурн-5» можно было увидеть только в Музее космической техники
«Протон» — прототип лунной ракеты УР-700
Так мог бы стартовать «Вулкан»
Первые советские спутники настолько потрясли США, что впервые заставили американцев задаться вопросом, а действительно ли они являются лидерами мирового прогресса. Уязвленным считало себя не только американское правительство, но и простое население страны. Нужна была национальная программа, которая позволила бы одним скачком восстановить статус-кво. Адекватным ответом могла бы стать только разработка сверхтяжелой ракеты-носителя, позволившей бы обеспечить пилотируемые полеты на Луну и Марс. И в августе 1958 года Управление перспективных исследований МО США приняло решение о финансировании разработки самой мощной из всех существовавших ракетносителей на Земле «Сатурн». Вернее, предусматривалось создание целого семейства «Сатурнов», но конечной целью был «Сатурн5» — трехступенчатый носитель для лунной экспедиции.
У кого тяжелее?
В отличие от аналогичных советских программ разработка «Сатурна» с самого начала не была покрыта тайной. Мало того, программа была объявлена общенациональной, и внести вклад в ее успешное осуществление Джон Кеннеди призвал каждого американца. Также открыто был назван и главный конструктор самой мощной в мире ракеты-носителя — Вернер фон Браун. Создатель баллистической ракеты для массового уничтожения англичан во Второй мировой войне получил шанс реабилитироваться.
Ввиду открытости американских работ разработка «Сатурна» не была секретом и для советских ракетчиков. В том же 1958 году появилось постановление Совета министров СССР о разработке отечественной тяжелой ракеты — наш совершенно секретный ответ американцам. Однако если фон Браун предложил для первой ступени своей ракеты использовать жидкостный реактивный двигатель на хорошо освоенных компонентах кислород — керосин, а на последующих новую пару кислород — водород, то первоначальный советский проект предусматривал помимо кислородно-водородного двигателя первой ступени фантастический ядерный реактивный двигатель на второй. В качестве рабочего тела предполагалось использовать аммиак или его смесь со спиртом, все это нагревалось в ядерном реакторе до температуры в 3000 градусов. Струи раскаленных газов вылетали бы через четыре сопла.
Оценить реальность создания ядерного двигателя у советских ракетостроителей не было возможности, тема была сверхсекретной. До инженеров только доходили слухи о каких-то разработках в курчатовском институте, о попытках Туполева установить реактор на самолете и успехах в создании первых атомных лодок. Только к 1961-му было принято единственно осуществимое решение — строить тяжелую ракету на жидкостных реактивных двигателях. Еще год прошел в спорах, кому строить ракету. Победил Королев. К середине 1962-го у СССР был готов только проект тяжелой королевской ракеты-носителя Н-1. А в США уже как год шли полным ходом летные испытания первого этапа — двухступенчатой ракеты-носителя «Сатурн-1». Уже на этом этапе гонка нами была проиграна!
Кооператив
Программа «Сатурн» до сих пор является классическим примером организации работ над гигантским проектом: прозрачный бюджет, соблюдение сроков и, самое главное, успешная кооперация гигантских корпораций-конкурентов. Первую ступень изготавливал Boeing, вторую — Nord American Rockwell, третью — McDonnell Douglas, приборный отсек — IBM, двигатели — Rocketdyne, и т. д. В СССР же именно на лунном носителе главные конструкторы окончательно переругались между собой. В итоге главный конструктор самых лучших в мире ракетных двигателей первой ступени Валентин Глушко отказался делать двигатели для королевской ракеты Н-1 и, вместе с другим конструктором ракет Владимиром Челомеем, начал самостоятельную разработку сверхмощного носителя.
Королев же при проектировании Н-1 совершил, пожалуй, все ошибки, которые можно было совершить. Начнем с того, что конструкторы просчитались с массой полезного груза, которая при стартовой массе Н1 в 2200 т составляла 75 т. Как выяснилось гораздо позже, такая нагрузка не позволяла высадить на Луну людей. («Сатурн-5» изначально проектировался под 150 т полезной нагрузки.) Отсутствие мощных двигателей вынудило только на первой ступени установить тридцать ЖРД разработки Николая Кузнецова, до этого строившего самолетные двигатели, из-за чего Н-1, по словам Глушко, «напоминала не ракету, а склад двигателей».
Шагом назад был и отказ от хорошо отработанной на знаменитой Р-7 пакетной схемы и от несущих баков. Баки снова стали подвесными, как на «Фау-2», — они воспринимали только гидростатическое давление топлива, а динамическим нагрузкам противостоял внешний корпус. Гигантские баки и блоки ракеты оказались столь велики, что на заводах-изготовителях планировалось производство только транспортабельных блоков. Сварку баков, сборку блоков и монтаж ракеты планировалось осуществлять в огромном корпусе на Байконуре, что сильно удорожало стоимость носителя.
Двигатели второй и третьей ступеней на «Сатурне-5» работали на кислороде и водороде — гораздо более эффективных компонентах, чем пара кислород — керосин, которая применялась на всех ступенях Н-1. В итоге даже модифицированная Н-1 при стартовой массе в 2820 т выводила на низкую орбиту всего 90 т полезной нагрузки, тогда как «Сатурн-5» при стартовой массе в 2913 т выводил 140 т!
Скептики применения жидкого водорода пугали конструкторов следующими доводами: что при температуре в -2530С все металлы становятся хрупкими и что даже школьникам известно — смесь водорода и кислорода представляет собой гремучий газ и мельчайшая утечка при заправке приведет к гигантскому объемному взрыву. Такие доводы, действительно, годились разве что для школьников, но никак не для настоящих профессионалов.
Три раза отмерь, раз пусти
Надежность была основным требованием при реализации программы «Сатурн». Было принято решение о тщательной наземной отработке почти всех модулей, в полете предполагалось испытывать только то, что невозможно было опробовать на Земле. Это было обусловлено очень высокими затратами на летные испытания. Каждый серийный двигатель штатно проходил огневые предполетные испытания три раза: два раза — до поставки и третий — в составе соответствующей ракетной ступени. По сути, все двигатели «Сатурна» были многоразовыми. Советские же ракетные двигатели были рассчитаны только на один пуск, то есть были одноразовыми, и испытывались только выборочные экземпляры из партии. Заместитель генерального конструктора Леонид Воскресенский о советской методике высказался конкретно: «Если мы будем игнорировать американский опыт и продолжать строить ракеты в надежде «авось полетит не с первого, так со второго раза», то нам всем — труба». Интуиция будущего академика не подвела. К 1965 году американцы имели полностью отработанные на Земле многоразовые двигатели для всех ступеней и перешли к их серийному выпуску. Для надежности носителя это имело первостепенное значение. К осени 1967 года американцы объявили о начале полетов. По оценке заместителя Королева Бориса Чертока, отставание советской программы на тот момент уже составляло более двух лет. Было очевидно, что шансов выиграть лунную гонку у СССР нет. Однако ни у одного из руководителей советской ракетной программы не хватило мужества доложить об этом правительству: Н-1 продолжала сжирать гигантские финансовые и материальные ресурсы.
Везунчик и неудачник
Программа «Сатурн» предусматривала создание последовательно трех разных носителей. Двухступенчатая ракета «Сатурн-1» (первая ступень на керосине, вторая — на водороде), летные испытания которой начались еще в 1961 году, предназначалась для отработки макетов корабля «Аполлон». «Сатурн-1B», в пять раз легче «Сатурна-5», стал базовым кораблем для пилотируемых полетов «Аполлонов». Оба этих корабля послужили прототипами для окончательной модификации — трехступенчатого лунного носителя «Сатурна-5».
Ракета собиралась в вертикальном состоянии прямо в Космическом центре на мысе Канаверал. Для этого был построен огромный небоскреб высотой 160 м. Транспортировка собранной ракеты на пусковой стол также производилась в вертикальном состоянии специальным гусеничным транспортером. На первой ступени «Сатурна5» было установлено пять двигателей F-1, каждый тягой в 695 т, работавших на кислороде и керосине. Кислородно-водородные двигатели J-2, тягой по 92104 т каждый, стояли на второй и третьей ступенях (пять и один двигатель соответственно). Заметим, что ни кислородно-керосиновые двигатели на тягу свыше 600 т, ни мощные кислородно-водородные двигатели на тот момент в СССР даже не разрабатывались. Впервые «Сатурн-5» был запущен 9 ноября 1967 года, а в июле 1969 года «Сатурн-5» доставил на Луну первую экспедицию. Всего было произведено несколько десятков пусков «Сатурнов» разных модификаций, и ни один пуск не закончился катастрофой.
Совсем по‑иному сложилась судьба Н-1. Решено было не делать никаких промежуточных вариантов, а пускать сразу полноразмерную ракету. Первый пуск Н-1 состоялся 21 февраля 1969 года. Ракета продержалась в воздухе 69 секунд и упала в 50 км от старта — подвели двигатели первой ступени и система управления ими. 3 июня состоялся пуск второй Н-1. Еще до отрыва от стартового стола взорвался один из двигателей, остальные двигатели подняли ракету на 200 м, после чего носитель рухнул на землю, полностью уничтожив стартовые сооружения. Вторая стартовая площадка, в 3 км от разрушенной, уцелела, но пускать третью ракету не решились: взрыв двигателя — не такая авария, которую можно исправить за месяц. Да и сама гонка потеряла смысл: в июле американцы уже высадились на Луну. Однако в 1971—1972 годах были предприняты еще две безуспешные попытки запуска Н-1. Ракеты погибали еще на стадии работы первой ступени. Только после этого было принято окончательное решение о прекращении работ по Н-1. Следующий, 1973 год стал кризисным для мирной космонавтики как в СССР, так и в США. У нас он наступил из-за полного провала лунной программы. Американцы, отправив семь экспедиций к Луне, столкнулись с другой проблемой — ну слетали, и что дальше? Итог был один для обеих сторон: работы по сверхтяжелым носителям были свернуты.
Ракета из блоков
Могли мы хотя бы теоретически опередить американцев в лунной гонке? Все специалисты сходятся во мнении: с королевским носителем однозначно нет. Не был готов не только носитель, на момент прекращения программы был полностью отработан только лунный скафандр («ПМ» напишет о нем в ближайшем номере)!
Однако существовал другой вариант. Практически одновременно с Королевым свой проект лунного корабля и ракеты-носителя предложил Владимир Челомей, возглавлявший реутовское ОКБ-52. В отличие от Н-1 проект челомеевской сверхтяжелой ракеты-носителя не был утопическим. За основу лунного носителя УР-700 Владимир Челомей планировал взять уже находящуюся в эксплуатации трехступенчатую УР-500К, родоначальницу современного семейства «Протонов». УР-500 имела необычную компоновку первой ступени. Основу составлял центральный блок-бак окислителя. На него навешивались шесть блоков, каждый из которых состоял из бака с горючим и двигателя первой ступени. Преимущество такой компоновки состояло в небольшой длине собранной ступени. Важным преимуществом УР-500 было и то, что все блоки конструировались с учетом габаритов железнодорожных вагонов и платформ, а также ширины железнодорожных путей и размеров тоннелей, мостов и развязок. Ракета строилась на базовых заводах, а на Байконуре происходила только относительно простая сборка из готовых блоков.
Ни один из существующих двигателей для такой мощной ракеты не подходил. Тут-то и пригодился двигатель РД-253, разрабатываемый Глушко для Н-1 и отвергнутый Королевым. Все ступени УР-500 работали на высококипящих токсичных компонентах топлива (окислитель — тетраксид азота, горючее — несимметричный диметилгидразин). Подобное топливо было необходимым требованием военных: УР-500 создавалась не столько под мирные грузы, сколько под военную нагрузку — от сверхмощных боеголовок до боевых ракетопланов.
Лунный носитель УР-700, позволяющий вывести на орбиту полезный груз массой 140 т, представлял собой уже готовую УР-500, к которой добавлялась новая первая ступень — девять блоков, с одним двигателем РД-270 в каждом. Этот уникальный двигатель тягой в 630 т (более чем в четыре раза мощнее, чем двигатели первой ступени Н-1) специально для УР-700 разрабатывал Валентин Глушко. Собственно, это единственный сложный элемент, который требовалось разработать для нового носителя. Все остальные компоненты имели унифицированные размеры с УР-500, что позволяло производить их на существующей оснастке. Сомневаться в том, что Глушко создал бы такой двигатель, оснований не было: после прекращения работ над УР-700 он создал для «Энергии» самый мощный в мире ракетный двигатель РД170 тягой в 740 т! «Если бы лет десять-двенадцать назад приняли мой вариант, — говорил впоследствии Челомей, — мы бы имели носитель, не уступающий «Сатурну-5», но с тем преимуществом, что три верхние ступени всегда находятся в серийном производстве, независимо от лунной программы». Ему никто уже и не возражал.
Марсианские ракеты
Если советская лунная экспедиция с самого начала была невыполнимой авантюрой, то марсианская программа была вполне осуществима. Для пилотируемого полета к Красной планете потребовались бы супертяжелые ракеты, в два раза превышающие грузоподъемность лунных носителей. У СССР было целых два проекта, причем оба в высокой степени готовности.
Первый носитель для марсианской экспедиции предложил все тот же Челомей. Как нетрудно догадаться, второй, третьей и четвертой ступенями марсианской УР-900 должна была стать существующая УР-500 «Протон». На первой ступени планировалось установить вместо шести, как в УР-700, целых 15 двигателей, что позволило бы вывести на опорную околоземную орбиту массу до 240 т, достаточную для марсианского корабля.
Второй марсианский носитель был предложен спустя 20 лет после УР-900. НПО «Энергия» разработало проект сверхтяжелой ракеты-носителя «Вулкан», способной выводить на низкие орбиты 200 т полезного груза. «Вулкан» базировался на уже летавшей ракете «Энергия», у которой вместо четырех боковых блоков первой ступени (в каждом — по двигателю РД-170) планировалось установить восемь несколько увеличенных по длине аналогичных блоков. Все основные модули и блоки для «Вулкана» были разработаны и производились серийно.
Мамонты
Сверхтяжелые ракеты могли существовать только для решения сверхзадач, таких как пилотируемые экспедиции на Луну или Марс. Для решения повседневных задач человечества они непригодны. Как и мамонты, эти ракеты вымерли. И сейчас даже при большом желании наладить производство «Сатурна-5», Н-1 или «Энергии» нереально: не сохранилось ни полной документации, ни сборочных заводов, ни специалистов. По иронии судьбы единственный носитель-гигант, который в случае экстренной необходимости можно реанимировать, — УР-700, так и оставшийся на бумаге. Практически все компоненты для него до сих пор выпускаются серийно на Заводе им. Хруничева.
Над созданием тяжелой сверхракеты в СССР начали задумываться еще в конце 1950-х годов. Идеи и предположения по ее разработке аккумулировались в королевском ОКБ-1. Среди вариантов – предполагалось применение конструкторского задела от запустившей первые советские спутники ракеты Р-7 и даже разработка ядерной двигательной установки. Наконец к 1962 году экспертная комиссия, а позднее и руководство страны избрали компоновку с вертикальной конструкцией ракеты, которая смогла бы вывести на орбиту груз массой до 75 тонн (масса забрасываемого к Луне груза – 23 тонн, к Марсу – 15 тонн). Тогда же удалось внедрить и разработать большое количество уникальных технологий – бортовую вычислительную машину, новые методы сварки, решетчатые крылья, систему аварийного спасения космонавтов и многое другое.
Первоначально ракета предназначалась для вывода на околоземную орбиту тяжелой орбитальной станции с последующей перспективой для сборки ТМК – тяжелого межпланетного корабля для совершения полетов к Марсу и Венере. Однако позднее было принято запоздалое решение о включении СССР в «лунную гонку» с доставкой человека на поверхность Луны. Таким образом, программа по созданию ракеты Н-1 была форсирована и она фактически превратилась в носитель для экспедиционного космического корабля ЛЗ в комплексе Н-1-ЛЗ.
К грандиозному проекту привлекался целый ряд конструкторских бюро и научных институтов:
- по двигателям – ОКБ-456 (В. П. Глушко), ОКБ-276 (Н. Д. Кузнецов) и ОКБ-165 (A. M. Люлька);
- по системам управления – НИИ-885 (Н. А. Пилюгин) и НИИ-944 (В. И. Кузнецов);
- по наземному комплексу – ГСКБ «Спецмаш» (В. П. Бармин);
- по измерительному комплексу – НИИ-4 МО (А. И. Соколов);
- по системе опорожнения баков и регулирования соотношения компонентов топлива – ОКБ-12 (А. С. Абрамов);
- по аэродинамическим исследованиям – НИИ-88 (Ю. А. Мозжорин), ЦАГИ (В. М. Мясищев) и НИИ-1 (В. Я. Лихушин);
- по технологии изготовления – Институт сварки им. Патона АН УССР (Б. Е. Патон), НИТИ-40 (Я. В. Колупаев), завод «Прогресс» (А. Я. Линьков);
- по технологии и методике экспериментальной отработки и дооборудованию стендов – НИИ-229 (Г. М. Табаков) и др.
Справка:
Начало работам по комплексу положило Постановление Правительства от 23 июня 1960 года «О создании мощных ракет-носителей, спутников, космических кораблей и освоении космического пространства в 1960-1967 гг.».
Для проектных проработок ракеты-носителя (РН) Н1 был принят полезный груз массой 75 т с использованием на всех ступенях ЖРД на компонентах топлива кислород-керосин. Этому значению массы полезного груза соответствовала стартовая масса РН 2200 т, а применение на верхних ступенях в качестве горючего жидкого водорода позволяло увеличить массу полезного груза до 90-100 т при той же стартовой массе.
На базе ступеней РН Н1 можно было создать унифицированный ряд ракет:
- Н11 — с применением II, III и IV ступеней РН Н1 со стартовой массой 700 т и полезным грузом массой 20 т на ОИСЗ высотой 300 км
- Н111- с применением III и IV ступеней РН Н1 и II ступени ракеты Р-9А со стартовой массой 200 т и полезным грузом 5 т на ОИСЗ высотой 300 км.
Работы по комплексу Н1 проводились под прямым руководством С.П. Королева, возглавлявшего Совет главных конструкторов. После смерти С.П. Королева в 1966 году руководство работами по Н1-Л3 принял на себя его первый заместитель В.П. Мишин.
3 августа 1964 года выходит Постановление Правительства, в котором впервые было определено, что важнейшей задачей в исследовании космического пространства с помощью ракеты-носителя Н1 является освоение Луны с высадкой экспедиции на ее поверхность и последующим возвращением ее на Землю. Ракетный комплекс, в состав которого входили РН Н1 и лунная система Л3 для посылки на поверхность Луны с последующим возвращением на Землю экипажа в составе двух человек (с посадкой на Луну одного человека), получила обозначение Н1-Л3.
Работы велись под прямым руководством С.П.Королева, возглавлявшего Совет главных конструкторов, и его первого заместителя В.П.Мишина. Проектные материалы (всего 29 томов и 8 приложений) в начале июля 1962 года рассмотрела экспертная комиссия во главе с президентом АН СССР М.В.Келдышем.
Комиссия отметила, что обоснование РН Н1 выполнено на высоком научно-техническом уровне, отвечает требованиям, предъявляемым к эскизным проектам РН и межпланетных ракет, и может быть положено в основу разработки рабочей документации. Вместе с тем члены комиссии М.С.Рязанский, В.П.Бармин, А.Г.Мрыкин и некоторые другие высказались о необходимости привлечь ОКБ-456 к разработке двигателей для РН, но В.П.Глушко отказался.
По взаимному согласию разработку двигателей поручили ОКБ-276, которое не имело достаточного теоретического багажа и опыта разработки ЖРД при практически полном отсутствии экспериментальной и стендовой баз для этого.
Слева направо: R-7 ICBM, Sputnik, Vostok (Luna), Vostok, Molniya, Voskhod, Soyuz, Progress, Soyuz-Fregat, UR500, Proton-K, Proton-K Blok-D (Zond), Proton-K Blok-DM (Integral), N1, Zenit-2, Zenit-3SL, Energia-Polyus, Energia-Buran, UR-100N Rockot, SS-20, SS-25, Start-1, Start, and Human figure for scale (1.8m tall).
Прежде чем определиться с конечной схемой ракеты-носителя, создателям пришлось оценить не менее 60 различных вариантов, от полиблочных до моноблочных как параллельного, так и последовательного деления ракеты на ступени. Для каждого из этих вариантов были проведены соответствующие всесторонние анализы как преимуществ, так и недостатков, включая технико-экономическое обоснование проекта. Конструкторы последовательно рассмотрели многоступенчатые ракеты-носители со стартовой массой от 900 до 2500 т, одновременно оценив технические возможности создания и подготовленность промышленности страны к производству. Расчеты показали, что большинство задач военного и космического назначения решаются ракетой-носителем с полезным грузом 70–100 т, выводимым на орбиту высотой 300 км.
В ходе проведения предварительных исследований создатели вынуждены были отказаться от полиблочной схемы с параллельным делением на ступени, хотя данная схема уже была опробована на Р-7 и позволяла транспортировать готовые элементы ракеты-носителя (двигательные установки, баки) с завода на космодром по ж/д. Сборка ракеты и проверка производилась на месте. Данная схема была отвергнута по причине неоптимального сочетания массовых затрат и дополнительных гидро-, механических, пневмо- и электросвязей между блоками ракеты. В итоге на передний план вышла моноблочная схема, которая предполагала использование ЖРД с преднасосами, которые позволяли снизить толщину стенок (а значит и массу) баков, а также уменьшить давление газа наддува.
Приняли схему ракеты с поперечным делением ступеней при подвесных моноблочных сферических топливных емкостях, с многодвигательными установками на I, II и III ступенях. Выбор количества двигателей в составе двигательной установки является одной из принципиальных проблем при создании ракеты-носителя. После проведенного анализа было принято решение о применении двигателей с тягой 150 тонн.
На I, II и III ступенях носителя решили установить систему контроля организационно-распорядительной деятельности КОРД, которая отключала двигатель при отклонении его контролируемых параметров от нормы. Тяговооруженность РН приняли такой, что при нештатной работе одного двигателя на начальном участке траектории полет продолжался, а на последних участках полета I ступени можно было отключать и большее число двигателей без ущерба для выполнения задачи.
ОКБ-1 и другие организации провели специальные исследования по обоснованию выбора компонентов топлива с анализом целесообразности применения их для РН Н1. Анализ показал значительное уменьшение массы полезного груза (при постоянной стартовой массе) в случае перехода на высококипящие компоненты топлива, что обусловливается низкими значениями удельного импульса тяги и увеличением массы топлива баков и газов наддува из-за более высокой упругости паров этих компонентов. Сравнение разных видов топлива показало, что жидкий кислород – керосин значительно дешевле АТ+НДМГ: по капвложениям – в два раза, по себестоимости – в восемь раз.
Проект ракеты Н-1 во многом был необычен, но главными его отличительными чертами стали оригинальная схема со сферическими подвесными баками, а также несущей внешней обшивкой, которая подкреплялась силовым набором (использовалась самолетная схема «полумонокок») и кольцевым размещением ЖРД на каждой из ступеней. Благодаря такому техническому решению, применительно к первой ступени ракеты во время старта и ее подъема, воздух из окружающей атмосферы выхлопными струями ЖРД эжактировался во внутреннее пространство под баком. В результате этого возникало подобие очень большого воздушно-реактивного двигателя, который включал в себя всю нижнюю часть конструкции 1-й ступени. Даже без воздушного дожигания выхлопа ЖРД данная схема обеспечивала ракете значительную прибавку тяги, увеличивая ее общую эффективность.
Ступени ракеты Н-1 между собой соединялись специальными переходными фермами, через которые могли абсолютно свободно истекать газы в случае горячего запуска двигателей следующих ступеней. Управление ракетой по каналу крена осуществлялось при помощи управляющих сопел, в которые подавался газ, отводимый туда после турбонасосных агрегатов (ТНА), по каналам тангажа и курса управление производилось при помощи рассогласования тяги противоположных ЖРД.
По причине невозможности транспортировать ступени сверхтяжелой ракеты железнодорожным транспортом, создатели предлагали внешнюю оболочку Н-1 выполнить разъемной, а ее топливные баки производить из листовых заготовок («лепестков») уже непосредственно на самом космодроме. Данная идея первоначально не укладывалась в голове членов экспертной комиссии. Поэтому, приняв в июле 1962 года эскизный проект ракеты Н-1, члены комиссии рекомендовали дополнительно проработать вопросы доставки ступеней ракеты в собранном виде, к примеру, при помощи дирижабля.
Во время защиты эскизного проекта ракеты комиссии было представлено 2 варианта ракеты: с применением в качестве окислителя АТ или жидкого кислорода. При этом вариант с жидким кислородом рассматривался в качестве основного, так как ракета при использовании АТ-НДМГ топлива обладала бы более низкими характеристиками. В стоимостном выражении создание двигателя на жидком кислороде представлялось более экономным. При этом, по мнению представителей ОКБ-1, в случае возникновения на борту ракеты аварийной ситуации кислородный вариант представлялся более безопасным, чем вариант с использованием окислителя на основе АТ. Создатели ракеты помнили о катастрофе Р-16, которая произошла в октябре 1960 года и работала на самовоспламеняющихся токсичных компонентах.
При создании многодвигательного варианта ракеты Н-1 Сергей Королев опирался, прежде всего, на концепцию повышения надежности всей двигательной установки, путем возможного отключения во время полета дефектных ЖРД. Данный принцип нашел свое применение в системе контроля работы двигателей – КОРД, которая была предназначена для обнаружения и выключения неисправных двигателей.
На установке именно ЖРД двигателей настаивал Королев. Не имея инфраструктурных и технологических возможностей затратного и рискованного создания передовых высокоэнергетичных кислород-водородных двигателей и отстаивая применение более токсичных и мощных гептил-амиловых двигателей, ведущее по двигателестроению КБ Глушко не стало заниматься двигателями для Н1, после чего их разработка была поручена КБ Кузнецова. Стоит отметить, что специалистам данного КБ удалось добиться наивысшего ресурсного и энергетического совершенства для двигателей кислород-керосинового типа. На всех ступенях ракеты-носителя топливо располагалось в оригинальных шаровых баках, которые были подвешены на несущей оболочке. При этом двигатели КБ Кузнецова оказались недостаточно мощными, что привело к тому, что их пришлось устанавливать в больших количествах, что в конечном итоге привело к ряду негативных эффектов.
Комплект конструкторской документации на Н-1 был готов к марту 1964 года, работы по летно-конструкторским испытаниям (ЛКИ) планировалось начать в 1965 году, но по причине неподкрепления проекта финансированием и ресурсами этого не случилось. Сказывалось отсутствие интереса к данному проекту – Минобороны СССР, так как полезная нагрузка ракеты и круг задач не были обозначены конкретно. Тогда Сергей Королев попытался заинтересовать в ракете политическое руководство государства, предложив использовать ракету в лунной миссии. Данное предложение было принято. 3 августа 1964 года вышло соответствующее постановление правительства, срок начала ЛКИ по ракете сдвигался на 1967-1968 годы.
Для выполнения миссии по доставке на орбиту Луны 2-х космонавтов с высадкой одного их них на поверхность требовалось увеличить грузоподъемность ракеты до 90-100 тонн.
Для этого требовались решения, которые бы не привели к коренным изменениям эскизного проекта. Такие решения были найдены – установка дополнительных 6 двигателей ЖРД в центральной части днища блока «А», изменение азимута пуска, снижение высоты опорной орбиты, увеличение заправки топливных баков с помощью переохлаждения горючего и окислителя. Благодаря этому грузоподъемность Н-1 удалось увеличить до 95 тонн, а стартовая масса выросла до 2800-2900 тонн. Эскизный проект ракеты Н-1-ЛЗ для лунной программы был подписан Королевым 25 декабря 1964 года.
В следующем году схема ракеты претерпела изменения, от эжекции было решено отказаться. Проток воздуха был закрыт введением специального хвостового отсека. Отличительной чертой ракеты являлась массовая отдача по полезному грузу, которая была уникальна для советских ракет. На это работала вся несущая схема, при которой каркас и баки не образовывали единого целого. При этом достаточно небольшая площадь компоновки из-за использования больших сферических баков вела к уменьшению полезного груза, а с другой стороны чрезвычайно высокие характеристики двигателей, исключительно малая удельная масса баков и уникальные конструкторские решения ее увеличивали.
Все ступени ракеты именовались блоками «А», «Б», «В» (в лунной версии они использовались для вывода корабля на околоземную орбиту), блоки «Г» и «Д» предназначались для разгона корабля от Земли и торможения у Луны. Уникальная схема ракеты Н-1, все ступени которой были конструктивно подобны, позволяла перенести результаты испытаний 2-й ступени ракеты на 1-ю. Возможные нештатные ситуации, которые не удалось «поймать» на земле, предполагалось проверить в полете.
Ракета Н1 в сборочном комплексе, видны 30 маршевых двигателей НК-15
Место Королева на посту руководителя ОКБ-1 (с 1966 года - Центральное конструкторское бюро экспериментального машиностроения, ЦКБЭМ) занял Василий Мишин. К сожалению, этот замечательный конструктор не обладал тем упорством, которое позволяло Королеву реализовывать свои устремления. Многие до сих пор полагают, что именно преждевременная смерть Королева и «мягкотелость» Мишина стали основной причиной краха проекта ракеты «Н-1» и, как следствие, советской лунной программы. Это наивное заблуждение.
Потому что чудес не бывает: еще на стадии проектирования в конструкции ракеты «Н-1» появилось несколько ошибочных решений, которые и привели к катастрофе.
Но обо всем по порядку.
В феврале 1966 года на Байконуре завершилось строительство стартового комплекса (площадка № 110), но ему еще долго предстояло ждать своей ракеты.
Первая «Н-1» появилась на космодроме только 7 мая 1968 года. Там же, на Байконуре, прошли динамические испытания, технологические отработки процесса сборки, примерки носителя на стартовом комплексе. Для этого послужили два экземпляра ракеты «Н-1», известные под обозначениями «1Л» и «2Л». Им не суждено было взлететь, да и не для полетов они создавались.
В конечном варианте ракета «Н-1» («11А52») имела следующие характеристики. Габариты: общая длина (с космическим аппаратом) - 105,3 метра, максимальный диаметр по корпусу - 17 метров, стартовая масса - 2750–2820 тонн, стартовая тяга - 4590 тонн.
«Н-1» была выполнена с поперечным делением ступеней. 1-я ступень (блок «А») имела 30 однокамерных основных ЖРД «НК-15», 6 из которых размещались по центру, 24 - по периферии, и 6 рулевых сопел управления по крену. РН могла совершать полет при двух отключенных парах противоположно расположенных периферийных ЖРД блока «А». 2-я ступень (блок «Б») имела 8 однокамерных основных ЖРД «НК-15В» с высотными соплами и 4 рулевых сопла управления по крену. РН могла совершать полет с одной от ключенной парой ЖРД блока «Б». 3-я ступень (блок «В») имела 4 однокамерных основных ЖРД «НК-19» и 4 рулевых сопла управления по крену и могла совершать полет при одном отключенном ЖРД.
Все двигатели были разработаны в Куйбышевском авиационном КБ (ныне - Самарское НПО «Труд») под руководством Главного конструктора Николая Кузнецова. В качестве горючего использовался керосин, в качестве окислителя - жидкий кислород.
Ракета-носитель оснащалась системой координации од новременной работы двигателей «КОРД», которая в случае необходимости отключала неисправные двигатели.
Стартовый комплекс состоял из двух пусковых установок с 145-метровыми башнями обслуживания, через которые производилась заправка РН, ее термостатирование и электропитание.
Через эти башни экипаж должен был садиться в корабль. После окончания заправки РН и посадки экипажа башня обслуживания отводилась в сторону, и ракета оставалась на стартовом столе, удерживаемая за днище 48 пневмомеханическими замками.
Вокруг каждой пусковой установки размещались четыре молниеотвода (дивертора) высотой 180 метров. Для отвода газов при запуске двигателей первой ступени были сделаны три бетонных канала. Всего на площадке № 110 построили более 90 сооружений.
Кроме того, на площадке № 112 возвели монтажно-испытательный корпус ракеты-носителя, куда РН прибывала по железной дороге в разобранном состоянии и монтировалась в горизонтальном положении.
Космический корабль проходил предполетные проверки и монтировался с другими блоками «ЛРК» в монтажно-испытательном корпусе космических объектов на площадке № 2Б. После этого он закрывался обтекателем и по железной дороге отправлялся на заправочную станцию на площадку № 112А, где производилась заправка его двигателей. Затем заправленный «ЛРК» перевозился к ракете и монтировался на третьей ступени РН, после чего весь комплекс вывозился на стартовую позицию.
Первое летно-конструкторское испытание ракеты «Н-1», проходившей под обозначением «ЗЛ», состоялось 21 февраля 1969 года. В составе лунного ракетного комплекса во время первого пуска вместо «ЛОК» и «ЛК» был установлен автоматический корабль «7К-Л1С» («11Ф92»), внешне напоминающий «7К-Л1», но оснащенный многими системами корабля «Л-3» и мощной фотоаппаратурой. Ведущим конструктором изделия «11Ф92» был Владимир Бугров. В случае успешного запуска, корабль «7Л-Л1С» должен был выйти на орбиту Луны, произвести ее качественную фотосъемку и доставить пленки на Землю.
Борис Черток в своих мемуарах описывает момент старта так:
«В 12 часов 18 минут 07 секунд ракета вздрогнула и начала подъем. Рев проникал в подземелье через многометровую толщу бетона. На первых секундах полета последовал доклад телеметристов о выключении двух двигателей из тридцати.
Наблюдатели, которым невзирая на строгий режим безопасности удалось следить за полетом с поверхности, рассказывали, что факел казался непривычно жестким, «не трепыхался», а по длине раза в три-четыре превосходил протяженность корпуса ракеты.
Через десяток секунд грохот двигателей удалился. В зале стало совсем тихо. Началась вторая минута полета И вдруг - факел погас…
Это была 69-я секунда полета. Горящая ракета удалялась без факела двигателей. Под небольшим углом к горизонту она еще двигалась вверх, потом наклонилась и, оставляя дымный шлейф, не разваливаясь, начала падать.
Не страх и не досаду, а некую сложную смесь сильнейшей внутренней боли и чувства абсолютной беспомощности испытываешь, наблюдая за приближающейся к земле аварийной ракетой. На ваших глазах погибает творение которым за несколько лет вы соединились настолько, что иногда казалось - в этом неодушевленном «изделии» есть душа. Даже теперь мне кажется, что в каждой погибшей ракете должна была быть душа, собранная из чувств и переживаний сотен создателей этого «изделия».
Первая летная упала по трассе полета в 52 километрах от стартовой позиции.
Далекая вспышка подтвердила: все кончено!..»
Последующее расследование показало, что с 3-й по 10-ю секунды полета система контроля параметров работы двигателей «КОРД» ошибочно отключила 12-й и 24-й двигатели блока «А», но ракета-носитель продолжила полет с двумя отключенными двигателями. На 66-й секунде из-за сильной вибрации оборвался трубопровод окислителя одного из двигателей.
В кислородной среде начался пожар. Ракета могла бы продолжить полет, но на 70-й секунде полета, когда ракета достигла высоты 14 километров, система «КОРД» отключила сразу все двигатели блока «А», и «Н-1» упала в степь.
По результатам анализа причин аварии было принято решение ввести фреоновую систему пожаротушения с форсункойраспылителем над каждым двигателем.
Второе испытание «Н-1» («5Л») с автоматическим кораблем «11Ф92» и макетом «ЛК» («11Ф94») состоялось 3 июля 1969 года. Это был первый ночной старт «Н-1».
В 23.18 ракета оторвалась от стартового стола, но, когда поднялась немного выше молниеотводов (через 0,4 секунды после прохождения команды «контакт подъема»), взорвался восьмой двигатель блока «А». При взрыве была повреждена кабельная сеть и соседние двигатели, возник пожар.
Подъем резко замедлился, ракета начала наклоняться и на 18-й секунде полета упала на стартовый стол. От взрыва разрушился стартовый комплекс и все шесть подземных этажей стартового сооружения. Один из молниеотводов упал, свернувшись спиралью. 145-метровая башня обслуживания сдвинулась с рельсов.
Система аварийного спасения сработала надежно, и спускаемый аппарат автоматического корабля «11Ф92» приземлился в двух километрах от стартовой позиции.
Космонавт Анатолий Воронов вспоминает, что в тот раз при подготовке к запуску присутствовали космонавты. Они поднимались на самый верх 105-метровой ракеты, осматривали и изучали лунный ракетный комплекс. Поздно вечером они наблюдали за стартом из гостиницы космонавтов: «Вдруг вспыхнуло, мы успели сбежать вниз, и в это время ударной волной выбило все стекла. После падения ракета взорвалась прямо на стартовой площадке…»
Причиной взрыва явилось попадание постороннего предмета в кислородный насос двигателя № 8 за 0,25 секунды до подъема. Это повлекло взрыв насоса, а затем и самого двигателя. После установки фильтров такое не должно было повториться. На доработку и испытания двигателей КБ Кузнецова потребовалось почти два года Двух катастроф «Н-1» по вине низкой надежности первой ступени было вполне достаточно, чтобы заговорить о необходимости изменений в процессе подготовки ракеты к старту. Конструкторам ЦКБЭМ пришлось признать, что стратегия отработки надежности выбрана неправильно.
Большая ракетно-космическая система должна выполнять свою основную задачу с первой же попытки. Для этого все, что только можно испытать, должно быть испытано на Земле, до первого целевого полета. Сама система должна строиться на основе многоразовости действия и больших запасов по ресурсу.
Однако создавать полномасштабный стенд для отработки первой ступени было уже поздно. Поэтому ограничились введением дополнительных устройств безопасности.
Третий пуск «Н-1» («6Л») был осуществлен с уцелевшего стартового комплекса 27 июня 1971 года. В качестве полезной нагрузки был установлен лунный ракетный комплекс с Макетами «ЛОК» и «ЛК». В 2.15 РН оторвалась от стартового стола и начала подъем. На этот раз в программе полета был предусмотрен маневр увода носителя от стартового комплекса.
После его выполнения из-за возникновения неучтенных газодинамических моментов в донной части ракета стала поворачиваться по крену с постоянным нарастанием вращающего момента. Через 4,5 секунды угол поворота составил 14° через 48 секунд - около 200° и продолжал увеличиваться.
От больших перегрузок при вращении на 49-й секунде полета начал разрушаться блок «Б» и от комплекса оторвался головной блок вместе с третьей ступенью, которые упали в семи километрах от стартового комплекса. 1-я и 2-я ступени продолжили полет. На 51-й секунде «КОРД» отключила все двигатели блока «А», ракета упала в двадцати километрах и взорвалась, образовав воронку 15-метровой глубины.
Борис Черток описывал ситуацию с катастрофой «6Л» так: «…Огневые струи 30 двигателей складывались в общий огневой факел так, что вокруг продольной оси ракеты создавался непредвиденный теоретиками и никакими расчетами возмущающий крутящий момент. Органы управления были не в силах справиться с этим возмущением, и ракета № 6Л потеряла устойчивость». И далее: «Истинный возмущающий момент удалось определить моделированием с помощью электронных машин. При этом в качестве исходных данных закладывались не расчеты газодинамиков, а данные телеметрических измерений, реально полученные в полете».
В результате было показано, что «фактический возмущающий момент в несколько раз превышает максимально возможный управляющий момент, который развивали по крену управляющие сопла при их предельном отклонении».
По итогам работы комиссии, расследовавшей причину аварии, было принято решение вместо шести рулевых сопел установить четыре рулевых двигателя тягой по 6 тонн на первой и второй ступенях.
Последнее испытание ракеты-носителя «Н-1» («7Л») со штатным «ЛОК» и «ЛК», выполненным в беспилотном варианте, было проведено 23 ноября 1972 года. Старт состоялся в 9.11. На 90-й секунде полета в соответствии с программой за 3 секунды до отделения 1-й ступени двигатели начали переходить на режим конечной тяги. Были отключены шесть центральных ЖРД, отработавшие расчетное время. Скорость подъема резко снизилась. От этого возник непредвиденный гидравлический удар, в результате чего ЖРД № 4 вошел в резонанс, от которого разрушились топливные трубопроводы, и начался пожар. Ракета взорвалась на 107-й секунде.
Невзирая на то, что ни одной ракете «Н-1» так и не удалось выполнить программу запуска, конструкторы продолжали работу над ней. Следующий, пятый, старт был запланирован на август 1974 года, но не состоялся. В мае 1974 года советская лунная программа была закрыта, а все работы над «Н-1» прекращены. Две готовые к пускам ракеты «8Л» и «9Л» были уничтожены.
От «Н-1» удалось сохранить только 150 двигателей типа «НК», изготовленных для различных ступеней ракеты. Николай Кузнецов, несмотря на распоряжение правительства, законсервировал их и хранил долгие годы. Как показало время, делал он это не зря. В 90-е годы они были приобретены американцами и использовались на ракетах «Атлас-2АР» («Atlas-2AR»)…
В настоящее время НК-33 используется в первой ступени новой российской ракеты-носителя легкого класса «Союз-2.1в». В США двигатели НК-33 модифицируются для установки на ракете А мы с вами вспомним, и интереснейшую Оригинал статьи находится на сайте ИнфоГлаз.рф Ссылка на статью, с которой сделана эта копия -
