Наконец 20 мая 1954 года было принято Постановление ЦК КПСС и Совета министров СССР № 956-4080; о разработке, изготовлении и испытаниях межконтинентальной ракеты «Р-7» (8К71).

Начался этап эскизного проектирования. При этом сотрудники ОКБ-1 рассмотрели более полусотни вариантов компоновки «пакета». В конечном итоге остановились не на самом оптимальном, но позволявшем использовать многие существовавшие технологические наработки.

«Пакет» ракеты «Р-7» состоял из пяти блоков (фактически – одноступенчатых ракет): центрального блока «А» и четырех симметрично окружавших его конических боковых блоков «Б», «В», «Г» и «Д» [90] . Двигатели всех блоков запускались на старте одновременно. После опустошения топливных баков боковые блоки отделялись (первая ступень), а центральный блок (вторая ступень) продолжал полет. При этом внутренняя компоновка блоков была подобна компоновке ракеты «Р-5», что значительно упрощало работу конструкторам и технологам. Новизну для них представляли лишь узлы связей блоков и магистралей перекачки топлива. Основные компоненты топлива располагались в нижнем (горючее) и верхнем (окислитель) баках каждого блока. Вспомогательные компоненты (жидкий азот для наддува баков и перекись водорода для привода турбонасосного агрегата) размещались в торовых баках непосредственно над рамой двигателя.

Первый «облегченный» вариант межконтинентальной баллистической ракеты «Р-у» (модель)

Главный недостаток такой схемы – частичное опустошение блока «А» до момента отделения. Получалось, что потом центральной ракете придется тащить к цели бесполезный груз. Но все искупала общая мощность, развиваемая «пакетом». Это был даже не шаг, а настоящий прыжок в ракетостроении.

Разумеется, в ходе эскизного проектирования пришлось определиться с двигателями. За их создание взялось Опытно-конструкторское бюро № 456 (ОКБ-456), разместившееся на базе авиазавода в подмосковном городе Химки [91] и возглавляемое Валентином Петровичем Глушко.

Конструктор ракетных двигателей Валентин Петрович Глушко

Крупнейший специалист по реактивному двигателестроению Валентин Глушко увлекался вопросами космонавтики с юности, а карьеру конструктора начал в ленинградской Газодинамической лаборатории [92] . В 1933 году часть сотрудников ГДЛ переехала в Москву, войдя в состав Реактивного научно-исследовательского института. Через пять лет Глушко был арестован по сфабрикованному обвинению во «вредительстве», работал в «шараге» – конструкторской группе 4-го Спецотдела НКВД при Тушинском авиамоторостроительном заводе. В августе 1944 года был досрочно освобожден, а еще через несколько месяцев направлен в Германию – изучать немецкий опыт создания баллистических ракет «А-4» («V-2»).

Первой задачей бюро Глушко после войны стало конструирование двигателей РД-100, в точности воспроизводящих двигатели «Овен», созданные Вальтером Тилем для «А-4». Разумеется, сначала предстояло развернуть производственную базу – заброшенный завод в Химках был восстановлен и переоборудован под новые задачи. Понимая, что воспроизведением немецкого опыта работа не ограничится, Глушко подошел к делу с размахом. На территории завода были созданы научно-исследовательская лаборатория, комплекс стендового оборудования и испытательная станция. Первый колышек под строительство будущей станции был забит в сентябре 1947 года в непосредственной близости от ОКБ – на относительно высоком откосе оврага, в излучине речки Химки. Больших перепадов высот, необходимых для свободного горения факела, здесь найти не удалось, поэтому Глушко предложил конструкцию наклонного (под 45°) стенда. Строительство велось быстрыми темпами, и к маю 1948 года монтаж стенда и кабины управления был завершен. Двадцать четвертого мая 1948 года на стенде состоялся успешный «прожиг» двигателя РД-100, что, безусловно, является историческим событием для отечественного ракетостроения.

Валентин Глушко плотно работал с немецкими специалистами, однако среди них было мало двигателистов и с какого-то момента они уже не могли помочь в решении тех или иных принципиальных конструкторских вопросов. Сотрудникам ОКБ-456 пришлось самостоятельно создавать теоретическую и практическую базу для движения вперед. Силами бюро была сконструирована экспериментальная камера сгорания КС-50 (неофициально ее прозвали «Лилипутом»), способная работать не только на спирте с кислородом, но и на других компонентах топлива, вплоть до фторсодержащих окислителей и таких экзотических горючих, как суспензия гидрида бериллия. В свою очередь КС-50 стала «сердцем» экспериментального ракетного двигателя ЭД-140, для испытаний которой в 1949 году был построен специальный стенд.

Экспериментальная камера сгорания КС-50 («Лилипут»)

Когда пришло время выбрать компоненты топлива для межконтинентальной ракеты «Р-7», Глушко оказался перед трудным выбором. Увеличение размеров спиртового двигателя уже не давало требуемого эффекта – это показали работы над двигателем РД-101 для ракеты «Р-2» и двигателем РД-103М для ракеты «Р-5М». Было ясно, что от спирта в качестве горючего в любом случае придется отказаться, перейдя на керосин, который куда более калориен и при этом столь же хорошо освоен промышленностью. Но при таком переходе возникали серьезные трудности: температура продуктов его сгорания в кислороде почти на тысячу градусов выше, чем у водных растворов спирта, в то время как охлаждающие свойства намного хуже. А именно горючим приходится охлаждать стенки камеры сгорания, если в качестве второго компонента – окислителя – используется быстро испаряющийся кислород. Задача охлаждения осложнялась еще тем, что для обеспечения оптимальных характеристик керосинового двигателя необходимо поднять давление газов в камере по крайней мере в два раза по сравнению с достигнутым на спиртовых двигателях.

Экспериментальный ракетный двигатель ЭД-140

Все эти трудности можно было преодолеть оригинальными конструкторскими решениями, но принципиально не решался один вопрос – ракета с жидким кислородом была плохой в военном отношении. Как уже упоминалось, использование кислорода в качестве окислителя не позволяло хранить крупногабаритную ракету в заправленном состоянии, что резко снижало ее боеготовность. Еще в 1940-х годах немцы установили, что потери жидкого кислорода в промежутке между его производством и использованием для запуска ракет «А-4» достигают 50 %! По результатам эксплуатации «Р-5М» в войсковых частях были подтверждены эти неутешительные данные: применение существующих вариантов базирования данных комплексов становится особенно затруднительным именно в случае осложнения международной обстановки, способного привести к вооруженному конфликту. «Р-5М» не могла находиться в заправленном состоянии больше тридцати суток из-за нехватки запаса жидкого кислорода в ракетных частях. Поэтому для пополнения потерь на испарение из баков требовалось либо располагать караванами из термостатированных автоцистерн для перевозки жидкого кислорода с заводов к месту дислокации ракет, либо иметь такие заводы в районах базирования ракетных частей, что лишало комплекс подвижности и делало его уязвимым для диверсантов и самолетов противника.

Зная эти недостатки жидкого кислорода, Валентин Глушко предложил заменить его азотной кислотой. Она является сильнейшим окислителем – легковоспламеняющиеся вещества самопроизвольно загораются при попадании на них капель азотной кислоты. Однако Сергей Королёв, привыкший работать с кислородом еще в довоенные времена, был резко против, указывая, в частности, на высокую токсичность кислоты – ракеты с ней требовали особых мер обеспечения безопасности при эксплуатации. Точку в первом серьезном споре главных конструкторов поставили расчеты: азотная кислота в качестве окислителя не могла обеспечить требуемую межконтинентальную дальность при заданных габаритах ракеты.