Лев Андреев - Янгель: Уроки и наследие

Между тем, с ростом дальности полета головных частей, проблемы теплозащиты нарастали, как снежный ком. Достаточно сказать, что для межконтинентальных дальностей температура пограничного слоя воздуха в районе головной части достигает 8-10 тысяч градусов по Цельсию, а на поверхности теплозащитного покрытия до 2 тысяч градусов.

Эту трудную задачу пришлось на первых порах решать теоретикам: предстояло создать научно обоснованную методику расчета необходимой толщины теплозащиты. Когда были разработаны модели происходящих тепловых процессов и уноса ТЗП, оказалось, что все сводится к сложным математическим уравнениям. И эти трудности также были преодолены. В основе методики расчета необходимой толщины теплозащиты лежала теория ее разрушения, основной смысл которой заключался в том, что энергия, затрачиваемая на разрушение ТЗП, складывается из нескольких составляющих: теплоты нагрева, плавления и испарения материалов покрытия, теплоты физико-химических превращений, происходящих в теплозащите при ее нагреве и энергии ее механического разрушения. Разделив задачу на несколько частных, в целом затем ее можно было решать намного проще.

На основании принятой теории формулировались и основные требования к ТЗП. В его состав должны были входить тугоплавкие элементы и вещества с высокой теплоемкостью, высокой теплотой плавления и испарения, низкой теплопроводностью. Рецептурный состав теплозащиты должен был содержать элементы, взаимодействие между которыми при нагреве сопровождалось поглощением тепла, то есть должна происходить экзотермическая реакция. Достоверность разработанных методов расчета необходимых толщин теплозащиты при дальнейшей отработке была доказана не только результатами телеметрических измерений уноса ТЗП, полученных в процессе летных испытаний. Впервые в практике летно-конструкторской отработки были применены головные части, оснащенные парашютной системой. Спасаемые головные части давали исчерпывающую информацию о состоянии покрытия после выполнения возложенных на него функций.

Забегая вперед, отметим, что на основании теоретических расчетов, а это подтвердили и летные испытания, толщина покрытия должна быть переменной по длине головной части. В дальнейшем это будет реализовано за счет формирования толщины ТЗП намоткой ленты.

В решении проблемы защиты силовой конструкции головных частей вновь проектируемых ракет от высоких температур последнее слово было за технологами. В этой связи следует вспомнить о семантике слова технология, происходящем от греческих слов "технос", что означает искусство, ремесло, и "логос" — наука. Поэтому дословно технология — это наука о ремеслах, а в современном понимании — наука о промышленном производстве конечного продукта.

Именно поэтому в сферу создания высокоэффективных ТЗП были вовлечены ведущие материаловедческие институты страны. Поиск наиболее эффективных рецептур материалов проводился в ЦНИИ машиностроения и выделившемся из него ЦНИИ материаловедения, Всесоюзном институте авиационных материалов и украинском Институте металлокерамики и спецсплавов (будущий Институт проблем материаловедения).

ЦНИИмашем было предложено в качестве теплозащиты использовать созданное в институте покрытие ТП-12 КТ на основе кремнеземной ткани КТ-11, фенолформальдегидной смолы ЛБС-4 и тугоплавких наполнителей из кварцевого песка и маршалита. Для облегчения теплозащиты был введен теплоизоляционный подслой на основе разреженной асботкани.

В Институте металлокерамики и спецсплавов было разработано теплозащитное покрытие, получившее название АТП-1. Основой покрытия являлась фенолформальдегидная смола ЛБС-4 и тугоплавкие наполнители из нитридов бора, кремния и карбида кремния.

Покрытия АТП-1 и ТП-12 КТ предполагалось использовать для защиты боковой поверхности головных частей ракеты Р-14 и Р-16. По сравнению с асботекстолитом АТ-1 предлагаемые покрытия отличались более высокой эффективной энтальпией, то есть энергией, идущей на разогрев и разрушение материала. Была разработана технология нанесения новых покрытий на первые головные части. При этом возникли определенные трудности по реализации технологического процесса формирования покрытия. Вместо традиционно использовавшегося вакуумного метода по рекомендации Института металлокерамики и спецсплавов был разработан гидроавтоклавный способ. В промышленности в то время подобные автоклавы еще не выпускались. Для реализации же предложенного способа нанесения покрытия необходимо было спроектировать и изготовить оснастку, в которой весь процесс должен был проходить при температуре порядка 150 оС и давлении 5-12 атмосфер в среде глицерина. Кроме того сложным оказался вопрос обеспечения герметичности стыков приспособления с помощью резиновых прокладок.

Возникшие трудности были преодолены, технология нанесения покрытия освоена. Однако предложенные покрытия постигла судьба их предшественника — первого теплозащитного покрытия ТМП-2, как впрочем и других ТЗП на минеральной основе.

В процессе отработки выяснилось, что наличие порошкообразных наполнителей (окислов, карбидов, нитридов и других) приводило к охрупчиванию материала и, как следствие, склонности к образованию трещин. Причина была на поверхности. Трещины инициировались слишком разными коэффициентами линейного расширения, приводившими при изменении атмосферных условий к образованию температурных напряжений и нарушению прочности покрытия.

При решении судьбы покрытия АТП-1 возникла курьезная ситуация.

Для обсуждения создавшегося положения созвали специальное совещание, на котором присутствовал директор Института металлокерамики и спецсплавов И.Н. Францевич. Будучи весьма эрудированным человеком и большим специалистом, он в своем сообщении дал научное обоснование возможных причин возникновения дефектов и высказал ряд предложений по возможности их устранения.

Когда же в качестве одной из причин появления трещин в обмазке он назвал влияние колебаний температуры в цехе (события развивались летом), М.К. Янгель со свойственным ему тактом и доброжелательностью, приветливо улыбнувшись докладчику, предложил:

— Иван Никитович! Если для устранения причин трещинообразования нужно будет поставить кондиционер, то мы это сделаем. Но Вы должны быть уверены.

Такой простой репликой Главного, по свидетельству инженера В.В. Еремеевой, курировавшей от конструкторского бюро работы института по этому покрытию, вопрос был исчерпан при полном взаимопонимании обеих заинтересованных сторон. Фактически это был приговор, как уже было сказано выше, направлению разработки теплозащитных материалов для боковой поверхности головных частей на кремнеземно-силикатной основе. Впрочем, к кремнеземам все же еще вернутся, но уже на другой — на тканевой основе.