Книга: Империя Сергея Королёва

Сборка «семерки»

Сборка «семерки»

С принятием на вооружение «Р-2» положение Сергея Павловича Королёва в качестве главного конструктора баллистических ракет сильно укрепилось. По инстанциям прошло представление его на Сталинскую премию. Хотя эти премии из-за смерти Иосифа Сталина в 1953 году не присуждались, Совет главных конструкторов не оставили без наград, выделив им дополнительные вакансии членов-корреспондентов Академии наук СССР.

В декабре 1953 года в ОКБ-1 был подготовлен проект постановления о создании баллистической ракеты большой дальности «7Р» (позже – «Р-7»). Среди прочего в его тексте предлагалось применить ракету «7Р» для запусков искусственных спутников Земли и космических аппаратов к другим планетам. В январе 1954 года прошли совещания главных конструкторов, на которых были сформулированы технические требования к «7Р», согласованы основные тактико-технические характеристики, этапы конструирования и испытаний.

Наконец 20 мая 1954 года было принято Постановление ЦК КПСС и Совета министров СССР № 956–408сс 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 из возможных, 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». 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.

Главный недостаток такой схемы – частичное опустошение блока «А» до момента отделения. Получалось, что потом центральной ракете придется тащить к цели бесполезный груз. Но всё 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 и возглавляемое Валентином Петровичем Глушко.

Первой задачей бюро Глушко после войны стало конструирование двигателей «РД-100», в точности воспроизводящих двигатели «Фау-2». 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 бюро – 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 стенда. Строительство велось быстрыми темпами, и к маю 1948 года монтаж стенда и кабины управления был завершен. 24 мая 1948 года на стенде состоялся успешный «прожиг» двигателя «РД-100», что безусловно является историческим событием для отечественного ракетостроения.

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 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 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.

Работы над заменой спирта керосином Глушко начал еще весной 1948 года, когда по заданию правительства пытался создать большой кислородно-керосино-вый двигатель «РД-110» на основе немецкого опыта. Простая замена горючего не помогла: уже первые огневые испытания отдельных агрегатов выявили множество проблем, присущих немецкой конструкции со сферической камерой. К примеру, обнаружились высокочастотные колебания давления, приводившие к стремительному разрушению агрегата. Увеличение размеров камеры сгорания и давления внутри нее только способствовали развитию колебаний. Тогда стало ясно: чтобы построить работоспособный кислородно-керосиновый двигатель большой тяги, нужно отказаться от однокамерного варианта и перейти на несколько камер сгорания. Кроме обеспечения устойчивости процесса горения, многокамерная схема позволяла уменьшить высоту и массу двигателя.

Осознав, что новый груз однокамерным двигателям не «потянуть», Валентин Глушко решил сгруппировать четыре аналогичные камеры сгорания в единый блок с общим турбонасосным агрегатом. При этом высота двигателя уменьшилась, снизилась масса как хвостового отсека, так и всей ракеты в целом. Основные принципы модульной конструкции позволяли начать серийное производство двигателя без значительных изменений в существующем производстве.

Концепция многокамерности на многие годы стала «коньком» ОКБ-456, и первые серийные двигатели в этом классе – «РД-107» и «РД-108» – были созданы для ракеты «Р-7». Отработка вариантов установки проводилась на масштабных прототипах двигателей. Например, для испытаний одновременного воспламенения топлива в 32 камерах рядом с основным огневым стендом был создан отдельный стенд, на котором в общей сложности провели несколько тысяч «прожигов» двигателей без выходов на главный режим. Параллельно велась отработка камеры сгорания на основном режиме. В итоге инженерами ОКБ-456 был приобретен опыт для создания основного агрегата кислородно-керосинового двигателя – камеры с давлением газа 60 атмосфер и более.

Работы собственно с ракетой «Р-7» были начаты в Монтажно-испытательном корпусе Загорского филиала. В конце весны 1956 года группа инженеров отработала операции по сборке блоков в «пакет». Первый «прожиг» бокового блока на стенде был выполнен 1 сентября, а успешный запуск многокамерного двигателя на полное ресурсное время состоялся 24 сентября. Всего в 1956 году было проведено четыре испытания «боковушек» и одно центрального блока, после чего началась подготовка к запуску «пакета».

Все «прожиги» посещал Сергей Павлович Королёв, внимательно следивший за их ходом. Наконец, 30 марта 1957 года состоялся запуск так называемого «летного варианта пакета» с полной заправкой. О важности этого события свидетельствует тот факт, что на нем присутствовал секретарь ЦК КПСС Леонид Ильич Брежнев.

Только после того, как «пакет» отработал без замечаний, конструкторы смогли вздохнуть с облегчением. Ракета «Р-7» была допущена к полетам.