Борис Черток - Книга 1. Ракеты и люди

Первые летные испытания ракеты Р-5 показали, что в полете появляются колебания рулей, а за ними и всей ракеты, которые никак себя не проявляли при моделировании в процессе проектирования на аналоговых моделирующих установках, имитирующих замкнутую систему «ракета – автомат стабилизации».

В подобных случаях наиболее дотошно инженеры возвращаются к анализу предыдущих пусков других ракет. Такие экскурсы в прошлое очень часто показывали, что незакономерные, с точки зрения теории, поведения штатной системы управления, колебательные процессы имели место и раньше, но на них не обращали должного внимания, если полет заканчивался безаварийно. Если ракета летит по заданной траектории, но при этом возникают большие колебания всего корпуса вокруг центра масс – это опасно потому, что конструкция ракеты испытывает дополнительные нагрузки, в особенности если отклонения на атмосферном участке приводят к большим углам атаки.

Определение и нормирование нагрузок необходимо для последующего расчета конструкции на прочность. Ошибки в расчете нагрузок чреваты излишним металлом конструкции, уменьшением массы полезной нагрузки или уменьшением дальности полета.

Еще при организации отдела № 3 в СКВ Королев немногочисленных специалистов по нагрузкам включил в проектное бюро, а расчетчиков прочности объединил с конструкторами.

Одним из ведущих теоретиков по нагрузкам в отделе № 3, а затем в королевском ОКБ-1 с самого начала ракетной деятельности НИИ-88 был Виктор Гладкий. Он должен был рассчитывать нагрузки с учетом усилий от перегрузок, аэродинамики, наддува баков, отклонений органов управления и даже вибраций.

Результаты расчетов иногда требовали от управленцев усложнения динамической схемы, менее жесткого и более гибкого управления для снижения нагрузок. Пилюгин в таких случаях раздражался и начинал спорить с Гладким. После очередной размолвки Пилюгин заявил Королеву, что «твой Гладкий совсем не гладкий, а шершавый».

Немцы, разрабатывавшие систему управления А-4, а вслед за ними и мы применительно к ракетам Р-1 и Р-2, рассматривали их как объекты управления, обладающие свойствами «твердого тела». Имелось в виду, что под действием нагрузок корпус ракеты никак не деформируется. Для ракеты Р-5, длина которой превышала 20 м при сохранении диаметра корпуса равным 1,65 м, как у Р-1, такое допущение оказалось неприемлемым. Корпус ракеты изгибался под действием нагрузок от рулей. Изгибные упругие колебания корпуса передавались к основаниям гироприборов. Гироприборы закономерно откликались на эти колебания и посылали команды в систему управления, раскачивая рули. Контур замыкался и входил в режим непредвиденных автоколебаний.

Совместными усилиями динамиков ОКБ-1 и НИИ-885 разрабатывались мероприятия по ограничению влияния на управление вновь открытого явления.

На одном из совещаний по этой проблеме я напомнил Пилюгину, что нас еще в институте по курсу сопротивления материалов учили возможности использования конструкции в пределах ее допустимой упругой деформации. Последовала ответная реплика: «Мы так раскачаем рулями ракету, что ваш Шершавый потребует укреплять ее стальными лонжеронами».

В систему вводились различные фильтры, как не переставали злословить в 885-м, «защиты от Шершавого».

Другим новым бедствием для управленцев оказалось влияние жидкого наполнения. Колебания рулей не только изгибали корпус ракеты, но и раскачивали жидкий кислород и керосин, наполнявшие баки. Колебания зеркала жидкости вызывали дополнительные возмущения, потребовалась разработка мероприятий по борьбе с влиянием жидкого наполнения.

Влияние упругих колебаний и жидкого наполнения на устойчивость оказалось очень опасным. Частоты этих колебаний находились в полосе частот системы управления. Исследования новых явлений были организованы взаимосвязанно в ОКБ-1, НИИ-885, научных отделах НИИ-88 и военном НИИ-4. В НИИ-885 эту работу возглавил Хитрик, ОКБ-1 – Ветров, Дегтяренко, Гладкий. В НИИ-4 теорией влияния жидкого наполнения специально занимался Георгий Нариманов.

Соединенными усилиями была разработана теория управления с учетом новых явлений. В течение 1955 – 1956 годов была разработана аппаратура управления, которая должна была обеспечивать стабилизацию по полной динамической схеме. В этот период ракета Р-7 проектировалась уже с учетом опыта, полученного на Р-5.

Жидкость и упругость по сей день заставляют объединяться еще на этапе начального проектирования создателей ракеты и системы управления.

В гораздо более выгодном положении оказались теоретики-баллистики. В отделе № 3, а затем в ОКБ-1 работали Святослав Лавров и Рефат Аппазов, восстанавливавшие баллистику А-4 в «Шпаркассе» Бляйхероде вместе с доктором Вольфом, главным баллистиком фирмы Крупна. Баллистика ракет существенным образом отличается от понятия баллистики в артиллерийском деле. Расчет траектории полета оказался делом крайне трудоемким. Неспроста потребителями первых отечественных электронных вычислительных машин «Стрела» и БЭСМ оказались именно баллистики. Баллистики находились в самом начале проектирования ракеты. Они же являлись и участниками завершающего этапа разработки полетного задания для ее пуска.

Дальность, кучность, масса полезной нагрузки, методики прицеливания и настройки автомата управления дальностью, учет особенностей характеристики двигателя, расхода компонентов по времени и масса других проблем, включая прогнозирование места падения ракет при возможных авариях,– все это входило в компетенцию службы баллистиков.

Период первого ракетного десятилетия ознаменовался межведомственным неформальным объединением баллистиков разных организаций. Сотрудники Института прикладной математики, руководимые Дмитрием Охоцимским (ныне академик Российской АН), военные теоретики Георгий Нариманов и Павел Эльясберг, руководимые Тюлиным в НИИ-4, уже упоминавшиеся Лавров, Аппазов, молодые Макаров, Караулов в ОКБ-1 и организованная в отделении Хитрика группа баллистиков «для системы управления», возглавлявшаяся Найшулем, составили своего рода идеологическую ассоциацию. К ним примыкали и военные баллистики полигона, которые не просто отслеживали расчеты своих коллег по промышленности, но активно вмешивались в процесс составления таблиц стрельбы, полетных заданий и контроля траекторий полета.

Одним из стимулов объединения баллистиков являлась их общая заинтересованность в создании средств внешнетраекторных измерений. Все началось с немецких кинотеодолитных установок для контроля пусков в 1947 году. К концу 1956 года уже были созданы совершенные радиолокационные системы контроля и передачи данных, охватывающие всю трассу полета будущих межконтинентальных ракет. Объединенные баллистики были инициаторами создания баллистических вычислительных центров. С началом космической эры эти центры и их измерительные пункты служили основой для первых центров управления полетом и всего командо-измерительного комплекса.