Лев Андреев - Янгель: Уроки и наследие

Несмотря на то (как покажет дальнейшее развитие событий), что проекту суждено будет пылиться на книжных полках секретной библиотеки, да еще под грозным грифом секретности, а посему к нему будет допущен ограниченный круг лиц, работы над носителем РК-100 окажутся важным периодом развития для всей последующей деятельности конструкторского бюро.

В процессе проектирования, как и в любом неизведанном деле, возник целый ряд новых научно-технических проблем. Впервые был поставлен один из сложнейших вопросов об обеспечении надежного, одновременного запуска большого количества камер. А на первой ступени их было двадцать четыре: в каждом блоке четыре, умноженные на число блоков — шесть. Неодновременность выхода на режим даже всего одной камеры могла привести к самым непредсказуемым последствиям.

С другой стороны связка из шести блоков представляла сложную динамическую систему. В такой конструкции могли возникнуть неожиданные резонансные явления и не менее опасные, как и для любого сооружения, вибрации. Это потребовало отработки динамики пакета, каковым, по сути, являлась первая ступень ракеты. В лабораторных условиях на модели, имитировавшей реальную конструкцию, "провоцировались" различного рода возмущения и изучался отклик на них конструкции, связывавшей блоки в единое целое. На языке специалистов — проводилась отработка параметров элементов пакетной схемы.

При работе над проектом было одно техническое решение, которому суждено было сыграть важную роль в будущем. Связано оно оказалось с проблемой запуска ракетного двигателя в условиях невесомости при выводе третьей ступени на промежуточную орбиту спутника. Для обеспечения точных параметров скорости полета и предотвращения возникновения боковых возмущений в момент разделения на второй ступени предусматривалось установить двигатели с малой тягой, которые и должны были осуществить доводку траектории отделяющегося объекта до точных параметров движения. Но, как это часто бывает, решение одной проблемы сразу выдвинуло на повестку дня другую, не менее сложную: запуск двигателей малой тяги приходилось осуществлять в условиях невесомости. А жидкость в невесомости ведет себя так же, как тело космонавта в кабине космического корабля. Она плавает во взвешенном состоянии. Это известно еще из школьной программы по физике. Если жидкость обладает хорошей смачиваемостью, то часть ее может прилипнуть к стенкам топливного бака, а часть — осуществлять свободное "парение" в виде шароподобных образований. Отсюда берут истоки и все последующие проблемы: вместе с топливом в подающую магистраль жидкостного ракетного двигателя могут устремиться газовые пузыри. В результате двигатель, "захлебнувшись", выйдет из строя. Для устойчивой его работы необходимо обеспечить подачу компонентов топлива под определенным давлением и неразрывной струей. А это уже конкретизировало задачу: в условиях невесомости надо найти надежный способ разделения продуктов наддува и компонентов топлива.

Пытливый ум изобретателя предложил оригинальное решение проблемы: жидкость из топливных бачков вытеснялась специальными мягкими (наподобие детского надувного шарика) оболочками-мембранами, приводимыми в движение сжатыми газами. Так родилась конструкция "стартера" для обеспечения условий запуска двигателя в условиях невесомости. Ее автором был инженер И.Л. Лось. Идея оказалась очень плодотворной и впоследствии неоднократно применялась при решении многих подобных задач, получив название "система малой тяги".

Проектирование велось широким фронтом. Интересно, что в молодом конструкторском бюро к работам была привлечена большая группа вчерашних выпускников вузов и, в первую очередь, набиравшего силу физико-технического факультета Днепропетровского госуниверситета. Многим из них такая задача была поставлена как тема коллективного дипломного проекта.

И опять, как и при проектировании первых баллистических ракет, столкнулись с информационным голодом, отсутствием литературы по самым, казалось, простым исходным материалам проектирования конструкций подобного класса.

Вспоминая тот насыщенный интересной творческой работой период, один из участников этой эпопеи инженер С.С. Кавелин рассказывает:

"В процессе работы над проектом нужно было оперативно подбирать нужные характеристики при проведении оптимизации ступеней в зависимости от веса выводимого груза. Молодые специалисты не имели никакого опыта в данной области. Попытались использовать в качестве аналога данные по королевской "семерке". Но это мало что давало. Один пример — не статистика. Проблему отдали на откуп инженеру Л.П. Сидельникову. Попытки найти в библиотеке, где хранилась секретная литература, какие-то рекомендации, относящиеся к этому вопросу, ни к чему не привели. И вдруг луч надежды. Причем в открытой библиотеке для общего пользования среди переводных статей по американским источникам в сборнике под названием "Исследование оптимальных режимов ракет" настойчивый инженер обнаружил иностранную статью, в которой предлагались рекомендации для определения максимального полезного веса выводимой на орбиту нагрузки при заданном общем стартовом весе, как функции количества ступеней, их относительного начального веса и относительного веса собственно конструкций.

Вроде бы то, что нужно. И хотя представленный в ней подход не укладывался в предполагаемые коэффициенты проектировавшейся ракеты, но зато натолкнул на нужную мысль. Сложность заключалась еще и в том, что необходимо было учитывать всякого рода "паразитные" веса (система управления, остатки незаборов, гарантийные остатки и другие). В результате разработали свою довольно простую методику оптимизации. Вначале просчитывали веса в первом приближении. Получали какие-то исходные параметры. Это давало возможность рассчитать более точно конструкцию на прочность. Так методом приближений добрались до истины. Техника же проведения расчетов по сегодняшним меркам даже не укладывается в понятие "рутинная". Кроме механических "Мерседесов" и "Рейнметаллов" ничего не было. И несмотря на это удавалось в течение нескольких минут получать необходимые данные. Впоследствии специалисты по баллистике на основе строгих оптимизационных подходов контролировали эти расчеты на ЭЦВМ "Урал" — самой совершенной на тот момент вычислительной машине. По их точной методике на проведение этих расчетов требовалось около суток, а разница получалась лишь в третьем знаке. Кстати этот подход в дальнейшем использовали "под горячую руку" для существовавших уже проектов 63С1 и 65С3 и обнаружили, что они отнюдь не оптимальны при распределении весов по ступеням. Но тому была своя объективная причина, связанная с тем, что в качестве первой ступени использовались уже готовые боевые носители.