Шрифт:
Конструкторам предстояло преодолеть серьезное препятствие – чтобы вывести искусственный объект с околоземной орбиты на трассу к Луне, необходимо поднять его скорость с первой космической до второй. Для выполнения этой задачи двух ступеней «семерки» уже не хватало, требовалась третья разгонная ступень.
Постановлением Совета министров от 20 марта 1958 года предусматривалась разработка лунной станции и трехступенчатой ракеты 8К72 на основе ракеты «Р-7А» с целью достижения второй космической скорости и доставки лунной станции на Луну (первый вариант) или облет ею Луны (второй вариант). Время на проектно-конструкторскую разработку, изготовление и отработку было минимальным – Королёв вновь опасался, что его опередят заокеанские конкуренты.
Изначально за проект третьей ступени, названной блоком «Е», взялся Валентин Петрович Глушко. Он был уверен, что для двигателей космического ускорителя, запускаемого в пустоте, керосин и жидкий кислород не подходят. В ОКБ-456, возглавляемом Глушко, уже несколько лет изучалось новое горючее – несимметричный диметилгидразин («гептил», НДМГ) [144] . Для определения его возможностей совместно с Государственным институтом прикладной химии (ГИПХ) проводились эксперименты на модельных камерах, причем в качестве окислителя использовался жидкий кислород. Эксперименты показали, что по сравнению с керосином получается заметный прирост тяги. По охлаждающей способности новое горючее примерно соответствовало керосину, но низкая температура его разложения заставляла принять специальные меры против перегрева.
144
Несимметричный диметилгидразин И2К-К(СН3)2 – производное гидразина. В промышленных масштабах его получают взаимодействием хлорамина с диметиламином. Продукт представляет собой бесцветную гигроскопичную жидкость с аммиачным запахом. Высокотоксичен, при обычной температуре и в отсутствии воздуха стабилен, но при температуре выше 350 °C разлагается с выделением теплоты и образованием горючих газообразных продуктов. На металлоконструкции не оказывает агрессивного влияния и может храниться в емкостях длительное время. В открытой печати обозначается обычно как НДМГ, в ведомственных документах – как «гептил».
Всё бы хорошо, но в постановлении правительства не был определен единый разработчик двигателя для блока «Е»: конкуренцию ОКБ-456 составило Опытно-конструкторское бюро № 154 (ОКБ-154, Воронеж) под руководством Семена Ариевича Косберга [145] . Последнее взялось сделать двигатель на основе рулевой камеры РД-107 с использованием всего задела, полученного в ходе совершенствования «семерки».
Два бюро вступили в борьбу за третью ступень космической ракеты.
145
Косберг, Семен Ариевич (1903–1965) – советский конструктор, создатель авиационных и ракетных двигателей. В 1917–1919 годах учился в Слуцком коммерческом училище, позднее работал кузнецом и слесарем в кузнице отца. В 1927–1929 годах учился в Ленинградском политехническом институте, а затем – в Московском авиационном институте, который окончил в 1930 году. В 1931 году С. А. Косберг был направлен на работу в Центральный институт авиационного моторостроения (ЦИАМ), где прошел путь от инженера-конструктора до начальника научно-исследовательского отдела. В 1940 году был назначен заместителем главного конструктора ОКБ завода № 33 Народного комиссариата авиационной промышленности (НКАП). В 1941 году возглавляемое им бюро стало самостоятельным и получило наименование ОКБ-296. Основное направление деятельности – совершенствование авиационных поршневых моторов. В 1946 году бюро было перебазировано в Воронеж и стало именоваться ОКБ-154. К этому времени на смену поршневым двигателям пришли реактивные, и коллектив под руководством С. А. Косберга начал разработку агрегатов топливной аппаратуры для турбореактивных и турбовинтовых двигателей. В связи с тем, что в стране бурными темпами начало развиваться ракетостроение, С. А. Косберг решил, что руководимому им бюро необходимо осваивать новую тематику. В августе 1957 года бюро было реорганизовано в самостоятельное уставное Государственное союзное опытно-конструкторское бюро № 154, а С. А. Косберг стал браться за заказы ОКБ-1 по изготовлению двигателей для верхних ступеней ракет-носителей.
Двигатель ОКБ-456 получил обозначение РД-109. В его конструкции нашли отражение многие передовые технологии того времени. Для испытаний было изготовлено 12 укороченных и 40 штатных камер сгорания, 7 комплектов турбонасосных агрегатов, 35 комплектов агрегатов автоматики, свыше 20 вариантов смесительных головок.
Огневые испытания начались в 1959 году, при этом отработка запуска двигателя проводилась на стенде, оборудованном специальной барокамерой, которая обеспечивала остаточное давление около 1 мм ртутного столба – то есть практически вакуум. Отработка камеры шла особенно трудно. Так, свыше 80 тестов камер, проведенных при баллонной подаче компонентов топлива, показали, что тяга не поднимается до расчетной. Периодически разлагался «гептил», случались прогары стенок камеры.
К середине 1959 года многие проблемы были решены, а все агрегаты автоматики были подключены к двигателям. Провели еще свыше 70 прожигов продолжительностью до 250 секунд.
Согласно расчетам, РД-109 по сравнению с кислородно-керосиновым двигателем позволял чуть ли не вдвое увеличить массу аппарата, отправляемого к Луне, и на 23 % повысить массу будущего пилотируемого корабля. Однако время неумолимо – Сергей Королёв не мог мириться с затягиванием отработки нового двигателя. РД-109 не «успевал» к первым пускам к Луне, и на третьей ступени «Р-7А» был установлен двигатель разработки бюро Косберга. Главный конструктор пожертвовал эффективностью во имя приоритетов.
Двигатель РО-5 (РД-0105, 8Д714), работающий на привычных компонентах кислород-керосин, был создан и испытан в кратчайшие сроки – всего за девять месяцев! Рекорд объясняется тем, что у Косберга имелись в наличии почти все элементы: рулевая камера от «семерки» и усовершенствованный турбонасосный агрегат, созданный воронежцами. Тем не менее и в этом варианте двигателя для блока «Е» пришлось прибегнуть к необычным техническим решениям. К примеру, Семен Косберг отказался от азота для наддува топливных баков и от перекиси водорода для питания турбогенератора. Вместо азота и перекиси он использовал те же керосин и кислород. Кроме того, отработанный в турбонасосном агрегате газ не выбрасывался просто так, а через систему распределительных дросселей газоводов и рулевых реактивных сопел участвовал в управлении движением блока. Оригинальной была и система камеры сгорания, позволившая уменьшить массу двигателя при повышении качества его работы.
Блок «Е» и межпланетная станция «Е-1» (рисунок А. Шлядинского)
Блок «Е» стартовал с центрального блока «А» в «горячем» режиме – то есть двигатели центрального блока «семерки» в тот момент еще работали. Было понятно, что случайное повреждение центрального блока факелом может привести к непредсказуемым последствиям. Поэтому сверху на блоке «А» установили отражатель с жаростойким покрытием и ферменный переходный отсек.
Трехступенчатая ракета-носитель «Лунник» («Мечта», «Восток-Л»). Рисунок А. Шлядинского
Систему управления для блока «Е» разрабатывал Николай Алексеевич Пилюгин. Самой трудной тут была задача «перехвата» управления после отделения от центрального блока. Требовалось не только «выправить» третью ступень, но и надежно управлять ею в течение почти шести минут разгона к Луне и точно выключить по набору скорости. Причем перед этим на активном участке разгона «Р-7А», пока функционируют системы управления всех трех ступеней, нужно сформировать последующую траекторию полета и заложить ее в бортовую систему управления. Этот фронт работ взяли на себя ученые из Математического института имени Стеклова и баллистики НИИ-4, обосновавшиеся в Болшево.