Историческая серия "ТМ"

Подробнее в комментариях.

Дальнейшая миниатюризация метеорологической аппаратуры позволила создать на основе второй ступени МР-100 очень простые малые метеорологические ракеты ММР-05, ММР-06 и ММР-08 для массового применения с целью получения синоптической информации. Они запускались с мобильных наземных и судовых установок на высоты в 50, 60 и 80 км соответственно.

Хотя создание метеорологических спутников открыло принципиально новый период в развитии метеорологии, ракетные исследования не теряют своего значения и принимают все более широкий размах. Так, например, в течение среднего по их интенсивности 1976 года в соответствии с каталогом Мирового центра данных было запущено 518 советских и 119 зарубежных метеорологических ракет. Получаемые с их помощью данные по вертикальному разрезу атмосферы, существенно дополняя спутниковую метеорологическую информацию, стали неотъемлемым элементом исходных данных для прогнозирования погоды.

В настоящее время "на вооружении" метеорологов стоят усовершенствованные исследовательские ракеты ММР-06М, М-130, М-100Б и самая мощная из них МР-12, поднимающая 150 кг научной аппаратуры на высоту 180 км. Кроме того, получили широкое применение и ракеты, способные влиять на метеорологические условия такие, как ракета "Облако", эффективно защищающая сельскохозяйственные угодья от града. С их созданием советская техника приближается к тому предсказанному академиком С. П. Королевым времени, когда "будут разработаны методы активного воздействия на климатические условия".

Метеорологические ракеты
МР-1
ИР-100
ММР-06
Стартовая масса, кг
915
480
135
Масса полезного груза, кг
72
50
12
Полная длина, мм
8400
8250
3220
Диаметр корпуса, мм
430
250
200
Расчетная высота полета, км
100
100
60

Крупнейшим мероприятием в научной жизни послевоенного периода стал Международный геофизический год (МГГ), проходивший с 1 июля 1957 года по 31 декабря 1958 года. В ходе его выполнения не только были осуществлены обширные наземные исследования, которые по единой программе, охватывающей сорок научных проблем, вели более 50 тыс. ученых шестидесяти стран, но и благодаря развитию ракетной техники, в первую очередь советской, были далеко раздвинуты пространственные границы исследований. Важнейшими событиями МГГ стали запуски первых в истории искусственных спутников Земли, затмившие все остальные достижения. Но и ракетные высотные исследования по программам МГГ проводились на гораздо более высоком уровне, чем раньше.

К этому времени в нашей стране под руководством С. П. Королева были созданы новые управляемые баллистические ракеты дальнего действия, во всех отношениях превосходящие ракету Р-1. Они и послужили основой для разработки геофизических ракет второго поколения В-2, В-5 и В-11.
Ракета В-2А предназначалась для выполнения того же комплекса исследований, что и ракеты серии В-1, но на вдвое больших высотах - порядка 200 км. Примененные на этой машине топливные компоненты - жидкий кислород со спиртом - и схема двигательной установки: однокамерный ЖРД с трубонасосным агрегатом, работающим на продуктах разложения перекиси водорода, - оставались такими же, как у Р-1. Высота полета была поднята в основном за счет совершенствования конструкции корпуса, в которой впервые был применен несущий спиртовой бак и герметичный приборный отсек, между топливным и хвостовым.

Первый пуск ракеты В-2А был осуществлен 16 мая 1957 года. При этом полезный груз массой 2200 кг, расположенный в головной части и двух боковых контейнерах, был поднят на высоту 212 км и успешно возвращен на Землю. Две собаки, совершившие полет на этой ракете, сначала испытали шестикратную перегрузку, а затем динамическую невесомость в течение 320 с. Всего было проведено 13 пусков ракет серий В-2.

Ракета В-5А была создана на основе первой в мире ракеты, имевшей дальность полета более 1 тыс. км. В ее конструкции в полной мере были воплощены принципиальные идеи, характеризовавшие новый этап в развитии мощных баллистических ракет, подготовивший научно-технические возможности для перехода к созданию многоступенчатых межконтинентальных и космических ракет. Корпус машины был резко облегчен за счет того, что он рассчитывался только на сравнительно небольшие нагрузки активного участка, имел несущие топливные баки монококовой цельносварной конструкции из легкого алюминиево-магниевого сплава. На дюралевом клепаном хвостовом отсеке вместо громоздкого стабилизатора устанавливались легкие пилоны, несущие воздушные рули. Стабилизация ракеты на активном участке полета осуществлялась системой управления с помощью воздушных и газовых рулей, а затем на участке подъема по инерции с помощью струйных рулей, или микрореактивных двигателей. Причем в качестве их рабочего тела использовались не какие-то специально запасенные компоненты, а уже выполнившие свою основную роль и потому даровые газы наддува из огромного бака окислителя, давление в котором поддерживалось за счет испарения остатков жидкого кислорода. На большие силовые и тепловые нагрузки, возникающие при возвращении в атмосферу, была рассчитана только головная часть ракеты, снабженная конической стабилизирующей юбкой с тормозными щитками. В ее шпиле располагался спектрограф для фотографирования ультрафиолетовой части спектра Солнца. Под ним находилась аппаратура для получения данных о составе положительных ионов и о других характеристиках верхней атмосферы, затем шли отсеки для подопытных животных и системы их жизнеобеспечения, для, бортовых источников питания и, наконец, для парашютной системы.

Впервые примененная стабилизация ракеты на участке подъема по инерции, исключавшая ее вращение вокруг вертикальной и горизонтальной осей, вместе с тщательным определением траектории движения с помощью оптической и радиоизмерительной аппаратуры позволили точно привязать результаты исследований к высотам полета, что значительно увеличило их научную ценность. Головная часть отделялась от ракеты в верхней части траектории и начинала свободное падение на Землю. Общий период невесомости при этом достигал 10 мин.

Первый запуск ракеты В-5А 21 февраля 1958 года сразу же был ознаменован рекордным результатом для одноступенчатых летательных аппаратов: полезный груз массой 1520 кг был поднят на высоту 473 км. Эксперименты с помощью ракеты В-5А дали ценнейший материал, положенный в основу проектирования систем жизнеобеспечения и парашютных систем спасения для космического полета человека. В дальнейшем были разработаны другие варианты этой ракеты: В-5Б и В-5В с высотной геоастрономической станцией. Всего было осуществлено 25 пусков ракет этих серий, во время которых достигались высоты до 512 км. Последние пуски с научной аппаратурой, изготовленной специалистами ВНР, ГДР, ПНР, СССР и ЧССР, проводились в 1970-1971 годах по программе "Вертикаль" в рамках "Интеркосмоса".

Ракета В-11А была разработана на основе первой баллистической ракеты на высококипящем топливе, позволяющем хранить и транспортировать ее в заправленном состоянии. Совершенство ракеты видно в том, что при почти втрое меньшей стартовой массе эта ракета могла решать те же задачи, что и Р-1, но была гораздо удобнее в эксплуатации. Машина была оснащена двигательной установкой конструкции А. М. Исаева с однокамерным азотнокислотно-керосиновым ЖРД и вытеснительной системой подачи с жидкостным аккумулятором давления, работавшим на основных компонентах топлива. Приближаясь по простоте обслуживания к метеорологическим ракетам, В-11А в то же время обладала грузоподъемностью и высотой полета, позволявшими осуществлять с ее помощью обширные геофизические исследования.

Ракета В-11А применялась для подъема в ионосферу автоматической геофизической станции, представлявшей собой сферу, начиненную научной аппаратурой и снабженную оригинальной маятниковой системой стабилизации. Всего было запущено 22 ракеты В-11А. Наиболее ценным был эксперимент по одновременному запуску серии таких машин 15 февраля 1961 года в зоне полного солнечного затмения.

Успехи в выполнении ракетных геофизических исследований во многом определялись тем большим вниманием, которое уделял им академик С. П. Королев. Решая в те же годы гораздо более сложные и ответственные задачи по созданию многоступенчатых ракет и космических аппаратов, он никогда не рассматривал работу над геофизическими ракетами в качестве второстепенной, никому не перепоручал руководство ею и при каждом подходящем случае подчеркивал ее органическую связь со всеми перспективными делами в области ракетостроения и космонавтики.

Геофизические ракеты
В-2А
В-5А
В-11А
Стартовая масса, кг
20685
29313
5000
Масса полезного груза, кг
2200
1350
374
Масса топлива, кг
15605
24301
3664
Тяга двигателя, кН
363,6
429,8
81,3
Удельный импульс, с
210
219
219
Время работы двигателя, с
85
119
90
Полная длина, мм
19980
23740
10226
Диаметр миделя, мм
1652
1660
1100
Размах стабилизатора, мм
3654
3452
1800
Максимальная скорость, м/с
2050
2185
1500
Время полета, с
460
950
300
Высота полета, км
212
512
160

В 1951 году наша ракетостроительная промышленность завершила большой объем научно-исследовательских и проектных работ по эскизному проекту управляемой БРДД Р-3. Эта огромная машина при стартовом весе 72 т, длине 27 м и диаметре 2,8 м должна была переносить полезный груз в 3 т на расстояние 3000 км. В процессе проектирования было показано, что пакет из трех соединенных параллельно ракет Р-3 сможет вывести на орбиту небольшой ИСЗ. Казалось бы, чего еще желать? Нужно было срочно воплощать проект в металл... Но главный конструктор ракеты С. П. Королев после успешной защиты проекта выступил с предложением... отказаться от его реализации, не терять на нее времени, а сразу же приступить к разработке нового проекта еще более грандиозной ракеты, рассчитанной на межконтинентальную дальность полета с тем же полезным грузом. Это было поистине историческое предложение, резко приблизившее сроки космических полетов. Дополнительные углубленные исследования показали обоснованность предложения. Оно получило всемерную поддержку партии и правительства. И с 1954 года основные силы отечественного ракетостроения были сосредоточены на создании межконтинентальной баллистической ракеты (МБР), которая должна была одновременно стать основой космической ракеты-носителя большой грузоподъемности.

Программа создания МБР по количеству и уровню привлеченных к ее выполнению НИИ, КБ и заводов не имела себе равных во всей предыдущей истории мировой техники. Это объяснялось, во-первых, сложностью разрабатываемой конструкции ракеты и наземного комплекса и их полной новизной, во-вторых, сжатыми сроками разработки, диктовавшимися международной обстановкой, и, в-третьих, предельно высокими характеристиками узлов, систем и агрегатов, которых добивался Главный конструктор от всех смежных коллективов-разработчиков, участвовавших в создании ракеты.

21 августа 1957 года первая в мире МБР, созданная в СССР, совершила успешный полет на межконтинентальную дальность. Параллельно с первыми летными испытаниями МБР на ее основе создавалась первая в мире ракета-носитель "Спутник", которая уже 4 октября того же года впервые достигла космической скорости и вывела на орбиту первое искусственное небесное тело (см. Историческую серию "ТМ" "Первые ИСЗ" в № 1 за 1979 год).

Создание ракеты "Спутник" было поистине революционным, качественным скачком в развитии мировой техники. Ведь все предшествующее совершенствование ракет и других летательных аппаратов проходило постепенно. У каждой более совершенной машины был менее совершенный, но реальный прототип. Советская ракета-носитель как первенец нового вида техники - ракетно-космической - оказалась уникальной во всех отношениях. У нее не было никаких, хотя бы экспериментальных, прототипов, приближавшихся к ней по характеристикам. По дальности, высоте и скорости она резко превзошла достижения летательных аппаратов и снарядов всех других типов. Все в ней было оригинально, начиная с общей конструктивно-компоновочной схемы с параллельным расположением и продольным разделением пяти ракетных блоков - четырех боковых и одного центрального. Каждый блок имел собственные топливные баки и двигательную установку. На старте начинали работать двигатели всех пяти ракетных блоков. Но запас топлива в центральном блоке был гораздо больше, чем в боковых. Когда в конце первой ступени топливо в боковых блоках заканчивалось, их двигатели выключались и они уводились в стороны с помощью удивительной по красоте замысла и его воплощения системы разделения.

В момент подачи команды на выключение боковых двигателей разрывались нижние связи между блоками. Опустевшие боковые блоки под действием остатков тяги их двигателей начинали отходить от центра, вращаясь вокруг шаровых опор, которыми они упирались передними концами в кислородный бак центрального блока. При повороте на заданный угол передние опоры выходили из зацепления. В этот момент в верхних частях "боковушек" открывались клапаны. Накопившиеся в их кислородных баках газы наддува истекали через специальные сопла наружу и отбрасывали отработавшие боковые блоки далеко от центрального, продолжавшего работать в качестве второй ступени ракеты до достижения заданной скорости. Много оригинального было и в многокамерных кислородно-керосиновых ЖРД с работающими при высоком давлении неподвижными основными и качающимися рулевыми камерами, с узлами качения, совмещенными с магистралями подвода компонентов, и в точнейших приборах управления как полетом ракеты по траектории, так и согласованием работы всех ее двигателей, и во всех остальных многочисленных агрегатах и системах этой машины века.

Ракета-носитель "Спутник" была подлинным шагом в неизвестность и в процессе ее создания и при ее применении. Именно поэтому она позволила вырвать у природы так много ее сокровенных тайн. Вслед за первым ИСЗ с ее помощью был запущен первый в истории биологический спутник с животным на борту. А полностью грузоподъемность двухступенчатой ракеты-носителя впервые была использована 15 мая 1958 года, когда она вывела на орбиту третий советский ИСЗ - автоматическую орбитальную станцию массой 1327 кг. Но, выполнив свою историческую миссию по запуску трех первых спутников, сама ракета "Спутник" не ушла в историю, а продолжала служить космонавтике в качестве основы многих других более мощных ракет-носителей, оставаясь непревзойденной по мощности и совершенству в течение многих лет, ознаменовавших начало космической эры.

Судьба этой машины замечательно оправдала все казавшиеся тогда совершенно фантастическими надежды ее творцов, о которых мы теперь можем судить по опубликованным документам. Так, в направленных в правительственные органы планирования 5 июля 1958 года "Предварительных соображениях о перспективных работах по освоению космического пространства" С. П. Королев и М. К. Тихонравов, исходя из того, что "околосолнечное пространство должно быть освоено и в необходимой мере заселено человечеством", намечали обширный план космических исследований, в основе первых шести пунктов которого лежало использование ракеты-носителя "Спутник" и ее трех- и четырехступенчатых модификаций.

В них было предусмотрено создание и выведение в космос следующих аппаратов: автоматических ИСЗ различного научного и прикладного назначения; автоматических станций для исследований Луны, достигающих ее поверхности и выводимых на орбиту ее спутника; первых спутников с человеком на основе использования баллистической схемы возвращения; спутников с человеком на основе планирующей схемы возвращения; автоматических станций для полетов к Венере и Марсу и, наконец, аппаратов для отработки сближения на орбите. Все это было блестяще осуществлено.

Ракета-носитель "Спутник"

Стартовая масса, т
267
Начальная масса II ступени, т
58
Масса полезного груза, т
1,327
Масса топлива, т
245
Тяга двигателя, кН
I ступени (на Земле)
3904
II ступени (в пустоте)
912
Удельный импульс, с
I ступени (на Земле)
250
II ступени (в пустоте)
308
Полная длина, мм
29 167
Максимальная ширина (по воздушным рулям), мм
10 300
Максимальная скорость, м/с
8000

Мечта подняться ввысь укреплялась в людях с древних времен не только при наблюдении полетов птиц и движения облаков, но и при работе с пороховыми фейерверочными и боевыми ракетами. История сохранила сведения о нескольких попытках полета с помощью подъемной силы ракет: китайца Ван Гу около 1500 года, турка Хасана Челеби в 1632 году и американца Лоу в 1913 году. В силу несовершенства, малой эффективности и взрывоопасности двигателей на черном порохе эти попытки не увенчались успехом, а развитие воздухоплавания и авиации вообще свело их значение на нет. Идея ракетного полета становится по-настоящему популярной и актуальной лишь после появления работ К. Э. Циолковского по космонавтике. Над ее воплощением начинают работать в наиболее развитых странах. Поскольку тяга первых ЖРД была недостаточной для вертикального подъема пилота, их стали устанавливать на крылатых аппаратах - ракетопланах. Первый советский ракетоплан РП-318-1 конструкции С. П. Королева совершил успешные полеты в феврале-марте 1940 года. Это направление техники не только породило реактивную авиацию, но и дало некоторый опыт подготовки к чисто ракетному, или, точнее говоря, ракетодинамическому полету человека.

Как только появились мощные БРДД, сразу же возникли проекты их использования для подъема человека на большую высоту. Выступая на конференции по ракетным исследованиям верхних слоев атмосферы в апреле 1956 года, Королев назвал полет человека на ракете "одним из самых злободневных вопросов" и отметил, что "в настоящее время эта задача становится все более и более реальной". Вместе с тем он выразил сомнение по поводу того, "имеет ли практический смысл для исследования вертикальный подъем человека на ракете". Действительно, дальнейший ход событий показал, что от такого полета можно смело отказаться. Все, что он мог дать для развития систем жизнеобеспечения и спасения, было получено при пусках геофизических машин с животными. Атмосферный полет человека на ракете не нес в себе чего-либо принципиально нового, а затраты и степень риска при его осуществлении были на том же уровне, что и для космического запуска, до которого оставалось не так уж долго. 17 сентября 1957 года в докладе, посвященном 100-летию со дня рождения Циолковского, Королев заявил на весь мир, что "советские ученые работают над проблемой посылки ракет на Луну и облета Луны, над проблемой полета человека на ракете". Тогда очень немногие восприняли эти слова всерьез. Ведь до запуска спутника трудно было поверить в то, что в советских конструкторских бюро уже полным ходом идет разработка проектов для исследования Луны и полета человека на орбиту.

Проектные расчеты показали, что при снабжении первой космической ракеты-носителя третьей ступенью ее возможности резко возрастают: при увеличении массы ракетных блоков всего на 6% полезный груз, выводимый на орбиту, становится в 3,5 раза больше, кроме того, это позволяет достичь второй космической скорости. Конечно, после создания мощной пятиблочной базовой ракеты задача разработки для нее дополнительного блока третьей ступени была не такой уж сложной, но и тут возникли свои проблемы.

Самым легким новый ракетный блок был бы со сферическими баками. Но тогда его диаметр получался гораздо меньше, чем у центрального блока и разрабатывавшегося пилотируемого корабля. Поиски других форм топливных вместилищ привели к разработке оригинальных баков торообразной формы, не имеющих аналогов в мировой ракетной технике. Их создание потребовало очень высокого уровня технологии, в частности штамповки и сварки, и тщательной гидравлической отработки, связанной со сложностью забора топлива.

Третья ступень должна была работать уже практически в пустоте. Поскольку сопротивление среды там неощутимо и возмущения, действующие на ракету, ничтожны, ее можно было снабдить очень слабыми органами управления - качающимися соплами, действующими на отработавших газах привода турбонасосного агрегата. По логике действия, ЖРД верхнего блока должен был запускаться после окончания работы и отброса второй ступени. Но проектанты избрали другой способ, казалось бы, противоречащий логике. Двигатель третьей ступени включался тогда, когда еще работала вторая ступень. В результате его запуск происходил не в невесомости, а при действии перегрузки, третья ступень ни на мгновение не оставалась неуправляемой, кроме того, под действием его струи происходил отброс отработавшей второй ступени. Время выхода этого двигателя на режим полной тяги было строго согласовано со временем прекращения тяги двигателя центрального блока. В этот момент подавалась команда на раскрытие замков, соединяющих блоки между собой, и ступени надежно расходились. Принятие такой схемы разделения вызвало к жизни и еще одно оригинальное решение: сплошной дюралевый переходный отсек между ступенями был заменен ажурной стальной фермой. Струя запускаемого ЖРД ударялась в титановый отражатель, защищавший от прогара и взрыва центральный блок, и равномерно растекалась в стороны.