Гиперзвук 50-х или неудавшийся конкурент «Семёрки»
Все мы сильны задним умом, особенно если обладаем послезнанием. Тем грустнее бывает взглянуть на проекты, которые сегодня кажутся заранее обречёнными, но в своё время были отлично проработаны и даже после первых неудач на испытаниях перед самым закрытием буквально кричали: «конструкторы всё исправили, теперь всё будет как надо!» Особенно часто такое ощущение возникает при изучении советских космических программ. Ну или не совсем космических, но конкурирующих с ними. В середине 50-х ещё не было очевидно, что перспективнее — межконтинентальные баллистические или крылатые ракеты. И наш сегодняшний герой — из последних.
Серебряная птица
Эта история, как и всё, что связано с ракетами, началась в 1945 году с немецких наработок, а точнее, с «антиподного» бомбардировщика Эйгена Зенгера.
Эйген Зенгер
Австрийский учёный заинтересовался космосом в довольно раннем возрасте, и уже весной 1933 года издал свою первую книгу «Теория ракетного полёта», в которой привёл свои изыскания, касающиеся всех скоростных режимов полёта ракетного самолёта (то есть самолёта с ракетным двигателем в качестве основной силовой установки), проблем нагрева конструкции и особенностей аэродинамики такой машины. Эти расчёты базировались на целом ряде допущений и ограничений, например высота полёта ограничивалась 40–60 километрами (то есть далеко от границ космоса), дальность — 4–6 тыс км, а вот максимальная скорость была уже вполне заатмосферной — 13 Махов (около 16 тыс. км/ч). Эта работа, а также ряд статей по смежной тематике, восхитили немецких специалистов, которые и пригласили учёного в 1936-м в Германию для разработки сверхдальнего бомбардировщика. Для работы Зенгеру разрешили создать собственный НИИ техники ракетного полёта в городке Трауэн.
Конструкция «Серебряной птицы». 1) Гермокабина; 2) Баки окислителя; 3) Баки горючего; 4) Камера сгорания; 5) Вспомогательные камеры сгорания; 6) Крыло; 7) Стойка шасси в убранном состоянии; 8) Бомба
Проекция с длинами
К 1939 году был оформлен концепт антиподного бомбардировщика, также известного как Silbervogel (Серебряная птица). Это был низкоплан со стреловидным крылом и плоской нижней частью фюзеляжа, которая должна была также участвовать в создании подъёмной силы. Более ⅔ внутреннего объёма машины должны были занимать ракетный двигатель и баки с горючим и окислителем. Кабина и бомбовый отсек были смещены к носу.
Однако основной особенностью машины являлась предполагаемая программа полёта. Взлетать она должна была с тележки, которая разгонялась собственным ракетным двигателем до скорости в 500 м/с (около 1800 км/ч — полноценный сверхзвук на поверхности!). Затем бомбардировщик должен был под углом 30 градусов по инерции достичь высоты в 1700 метров, после чего запускались его собственные двигатели, которые в течение 8 минут должны были вывести самолёт в космос — на высоту 150–160 километров. Теперь начиналось движение по волнообразной баллистической траектории. Грубо говоря, самолёт снижался до границы атмосферы и отскакивал от неё, как плоский камешек от поверхности воды. Теоретически такая схема позволяла достичь кругосветного полёта. Тем не менее, Зенгер со своей командой фокусировался на более прагматичных задачах, поскольку такая дальность достигалась с околонулевой боевой нагрузкой.
Бомбардировщик на разгонной тележке. Взято из книги «Космические крылья»
Основные варианты полёта предполагали так называемую двухимпульсную схему, то есть с двумя запусками жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) — после старта и после атаки на цель для возвращения. При различной мощности ЖРД, различных высотах атаки (для точечных целей относительно малая высота, для площадных — чуть ли не из космоса) и боевой нагрузке могла достигаться и различная дальность. На относительно малую дистанцию и на малой мощности можно было нести вплоть до 15 тонн бомб, но например кругосветный полёт был невозможен в принципе. Большая мощность давала уже большую гибкость с точки зрения дистанции (вплоть до кругосветной), но рассчитывалась в основном на 5 тонн бомбовой нагрузки. Если же представить, что полёт невозвратный или проходит с использованием вспомогательных баз у западного побережья Мексики или на Марианских островах, то тут достигалась совсем уж сверхдальность. В частности Зенгер просчитывал вариант с атакой шлюзов Панамского канала на дальности 9,5 тыс. км от базы взлёта с посадкой у западного побережья Америки.
В общем, амбиции и стоимость невероятны, но в 1941 году проект приостановили, поскольку не мог дать значимого эффекта в короткий срок. В 1944 он был реанимирован, но далеко не зашёл. Хуже того, сама концепция машины, как покажут гораздо более поздние исследования, неработоспособна. Помимо ряда сомнительных технических решений (один только разгон тяжёлой машины до сверхзвуковой скорости на земле чего стоит), Зенгер допустил и ряд принципиальных ошибок, выявить которые имеющийся уровень знаний просто не позволял. Это и неэффективный способ охлаждения конструкции при прыжке в атмосфере путём излучения тепла в окружающее пространство, и отсутствие реактивной системы управления (в верхних слоях атмосферы невозможно адекватно пользоваться имеющимися аэродинамическими органами управления), и непригодность имеющегося крыла для гиперзвукового полёта (острые кромки крыла для таких скоростей можно делать только из материалов, разработанных в 90-е).
Взято из книги «Космические крылья»
Тем не менее, в 1944 году Зенгер со своей командой подготовил 100 копий подробного отчёта о своём проекте и разослал его всем ключевым немецким экспертам. В 1945 году эти сверхсекретные документы естественным образом перешли к союзникам, причём 70 копий — англичанам и американцам. Вполне возможно, что знакомство западных учёных с выводами их коллег из Трауэна помогло последним избежать тюрем и лагерей. Сам Эйген Зенгер после войны перебрался во Францию, а затем в 50-х вернулся в Германию. Вплоть до самой смерти в 1964 году он работал над различными космическими программами, которые, увы, света не увидели.
На советской земле
Однако несмотря на все проблемы и сложность, проект Зенгера получил новую жизнь у союзников. Особенно он заинтересовал советских специалистов, к которым он попал практически случайно.
В свое первое посещение Пенемюнде в мае 1945 года Алексей Исаев с группой сотрудников нашего НИИ-1 ворошили всякий мусор, пытаясь найти хоть какие-нибудь остатки ракетной документации.
Все поиски были безуспешными. Но неожиданно один из сотрудников, отлучившийся к какой-то куче дров «по нужде», как рассказывал Исаев, издал вопль и вернулся с тонкой книжицей — отчетом. По диагонали слегка подмоченной обложки шла красная полоса и страшная надпись «Streng Geheim» — «Строго секретно». Организованная тут же коллективная экспертиза установила, что этот документ является проектом ракетного самолета-бомбардировщика.
Исаев рассказывал мне об этой редкостной находке в Берлине, по возвращении из Пенемюнде. Он был инженером оригинального образа мышления, увлекавшимся новыми нестандартными идеями независимо от того, кто их предлагал. Полушепотом, чтобы не подслушали, он повествовал: «Пуля в лоб! Что там придумано! Это самолет! Но не наш жалкий БИ, у которого бутылка каких-то полторы тонны, а там все 100 тонн сплошного огня! Этот самолет забрасывается этим чертовым двигателем на страшную высоту — километров 300 или 400!
Сыпется на сверхзвуке вниз, но не врубается в атмосферу, а ударяется о нее, как плоский камешек, который мы бросаем под минимальным углом к поверхности воды. Ударяется, подскакивает и летит дальше! И так два или три раза! Рикошетом! Помнишь, как мы соревновались в Сердоликовой бухте Коктебеля: у кого будет больше скользящих касаний воды. Так вот, эти деятели таким образом скользят по атмосфере и пикируют вниз только перелетев океан, чтобы врубиться в Нью-Йорк! Сильная идея! …»
Обнаруженный и тут же второй раз коллективно засекреченный отчет был при свидетелях засунут под рубашку самого надежного исаевского сотрудника. Не докладывая генералу Соколову, его посадили в «Бостон» и тут же отправили в Москву.Борис Черток. Ракеты и люди. Том 1
Учитывая, что в руки советских учёных и военных попало значительно меньше немецких ракетных ресурсов, чем в американские, проект вызвал взрывной интерес. Сравните сами — фон Браун с единомышленниками и 100 уже построенных ракет А-4 ака Фау-2 у США против отдельных учёных и россыпи элементов тех же ракет у СССР. В сумме советские специалисты смогли построить немногим более 30 А-4, причём для этого пришлось собирать агрегаты в течение нескольких лет.
Документ, несмотря на секретность, довольно быстро пошёл по рукам, и вскоре о нём были осведомлены в Кремле. Совершенно серьёзно обсуждалась идея пригласить, а то и похитить Зенгера, чтобы с его помощью построить «Серебряную птицу». Однако учёные довольно трезво оценили бумаги, попавшие к ним в руки. Одним из тех, кто оставил свой отзыв, был Мстислав Келдыш, который в конце 1946 стал начальником НИИ -1 — Научно-исследовательского института реактивной авиации Министерства авиационной промышленности (МАП) в дополнение к уже имевшимся у него должностям. Он отметил, что имеющийся уровень знаний и технологий в СССР не позволяет построить такой самолёт, а использование ЖРД в самолётах неэффективно из-за слишком высокого расхода топлива. Тем не менее, НИИ-1 очень внимательно изучили проект, проконсультировавшись в том числе со специалистами НИИ-88, среди которых были и немецкий учёные, работавшие с фон Брауном. Немцы об антиподе отозвались отрицательно — сказывались завышенная весовая отдача, необходимость разработать ЖРД с нереальными характеристиками, невозможность обеспечить достойную теплозащиту на входе в атмосферу.
Взято из книги «Космические крылья»
Изучив все доступные варианты, в НИИ-1 принялись за работу. Раз нельзя построить исходный вариант, то надо придумать что-то новое. Концептуально от Зенгера отходить не стали. Это всё ещё стотонный самолёт (из них 78 тонн приходится на топливо, а 8 тонн — полезная нагрузка) с небольшим крылом и плоской нижней частью фюзеляжа, кабиной пилота в носу, бомбоотсеком в передней половине машины, а также ракетным двигателем в корме. Кстати о ЖРД. Для антипода Келдыша предполагалось спроектировать двигатель РДКС-100, построенный с использованием опыта А-4. Он был гораздо проще, чем то, что разрабатывал Зенгер. Однако основной особенностью советского самолёта были сбрасываемые сверхзвуковые ПВРД (СПВРД), расположенные на законцовках крыла.
Схема устройства ПВРД на жидком топливе. 1) Встречный поток воздуха; 2) Центральное тело (зачастую, оно нужно именно на сверхзвуковых ПВРД для того, чтобы искривлять входящий поток, так двигатель гораздо эффективнее работает); 3) Входное устройство; 4) Топливная форсунка; 5) Камера сгорания; 6) Сопло; 7) Реактивная струя.
Антипод Келдыша должен был, как и прототип, взлетать со стартовой тележки, разгоняющейся при помощи пяти РДКС-100. Затем запускались СПВРД, выводя машину на скорость в 5 Махов и высоту 20 км, где и отделялись, таким образом облегчив её на 15 тонн горючего и 7,5 тонн собственной массы. Рассчитанная по методикам Зенгера дальность достигала 11,8 тыс. км.
Научно-технический отчёт о проекте был представлен в 1947 году. К этому времени, впрочем, стало понятно, что комбинация ЖРД и ПВРД не подходит для пилотируемой авиации. Там бал уже правили гораздо более практичные и удобные турбореактивные двигатели. Однако усложнение международной обстановки и всё нарастающая конфронтация СССР и США вынуждали двигаться вперёд, разрабатывая новые системы вооружения. К 1950 году СССР было критически необходимо создать что-то, что позволит на высокой скорости преодолевать межконтинентальные расстояния. И вариантов было ровно два — межконтинентальная баллистическая ракета (МБР) или сверхзвуковая крылатая ракета (КР). Обе эти системы обладали достоинствами и недостатками относительно друг друга. Так МБР была неуязвима после пуска, но была гораздо сложнее в разработке и требовала очень точной системы наведения. КР же в свою очередь позволяла использовать авиационные технологии при разработке, к тому же могла наводиться с использованием уже разрабатывавшейся системы астронавигации. Но зато и уязвимость такой ракеты выше.
При этом определённые наработки по обеим темам к этому времени уже были. Так ещё в 1949 году в рамках проекта Р-3 (баллистическая ракета дальностью 3 тыс. км) был предложен проект крылатой ракеты дальнего действия. Это была двухступенчатая ракета, первая ступень которой — ускоритель, а вторая КР с ПВРД. В свою очередь в ОКБ-670 под руководством Михаила Бондарюка уже активно разрабатывались новые СПВРД, а НИИ-1 строил как раз экспериментальную двухступенчатую КР. В 1951 году ракета, получившая индекс Р-200 успешно прошла испытания, было произведено 22 пуска с самолёта. Таким образом была доказана перспективность и работоспособность концепции, и в начале 1952 года совместными усилиями Королёва, Келдыша и их коллег была сформулирована концепция дальней КР.
То, что делал Королёв. Взято из книги «Космические крылья»
Это должна была быть двухступенчатая система. Первая ступень представляла из себя обычную ракету с ЖРД. Вторая же ступень — это самолёт-снаряд с маршевым СПВРД, диаметром порядка 2 метров. Самолёт должен была достигать скорости в 3 Маха на высоте 20 километров и наводиться с помощью системы автоматической астронавигации. Весь 1953 год под руководством Королёва шли работы над экспериментальной крылатой ракетой (ЭКР), в которой в качестве ускорителя использовалась твердотопливная ракета Р-11. Однако успешные испытания СПВРД РД-040, который должен был основой для маршевой ступени будущей боевой системы, позволили отказаться от ЭКР и сразу перейти к разработке финального варианта. А сам Сергей Павлович с радостью отдал будущие проекты КР авиационщикам — у него и так было слишком много работы.
Формулировка концепции, успешные испытания, а также новости из США о разработке аналогичной системы Navaho привели к тому, что 20 мая 1954 года было опубликовано постановление Совмина СССР, которое давало добро на разработку двух крылатых ракет межконтинентальной дальности. Более лёгкая ракета, известная как «Буря» или «Изделие 350», должна была быть создана в ОКБ-301 под руководством Семёна Лавочкина. Более тяжёлая — «Изделие 40» или «Буран» — была доверена ОКБ-23 Владимира Мясищева. СПВРД для обеих систем должно было подготовить ОКБ-670 под руководством Михаила Бондарюка.
Непогода надвигается
Идеологически «Буря» и «Буран» схожи. В обоих случаях это двухступенчатые крылатые ракеты вертикального старта. У обеих первая ступень представляет собой связку цилиндрических ускорителей с ЖРД (два конструкции ОКБ-2 Исаева на машине Лавочкина и четыре конструкции ОКБ-456 Глушко на машине Мясищева). У обеих маршевая ступень оснащена СПВРД, в центральном теле которого находится боевая часть — ядерная массой 2,35 тонн у «Изделия 350» и термоядерная массой 5 тонн у «Изделия 40». Обе машины должны были управляться с помощью систем астронавигации, которые были подготовлены в НИИ-88 под руководством Израэля Лисовича.
«Изделие 350» вверху и «Изделие 40» внизу. Взято из книги «Космические крылья»
И тем не менее, это были разные КР. Различия обуславливались, конечно, задачами, а точнее боевой нагрузкой. «Буран» на ту же дистанцию (8 тыс. км) должен донести в два раза больше полезной нагрузки, что автоматически вынуждало ОКБ Мясищева перейти на схему с 4 ускорителями. В результате мясищевцам пришлось проектировать иное хвостовое оперение для ускорителей и даже оснастить их крыльями. Более тяжёлой машине понадобилось и своё стартовое устройство. Однако ключевое отличие «Бури» от «Бурана» — первая летала, а второй до лётных испытаний не дошёл, хотя и внёс значительный вклад в развитие ряда технологий, например в методику расчёта треугольных крыльев. Проект закрыли в 1958 году, однако трагедией для ОКБ-23 это не стало, там всё-таки больше интересовались именно тяжёлыми самолётами, и пара интересных машин там как раз готовились к полётам.
Но коль скоро летало именно «Изделие 350», то сфокусируемся на нём. Ракета должна была стартовать вертикально, с лафета. Ускорители с ЖРД должны были поднимать стотонную машину до высоты 18–20 км, разгоняя до 3 Махов за 80 секунд. После этого происходило их отделение, и дальше вторая ступень должна была лететь на этой скорости с помощью СПВРД, постепенно поднимаясь до 25 км. Дойдя до цели, она переходила в крутое пикирование, а центральное тело с боевой частью отделялось и поражало цель.
Собственно, больше всего проблем при проектировании доставил СПВРД маршевой ступени. Несмотря на то, что ОКБ-670 уже успело накопить значительный опыт разработки таких двигателей, РД-012У доставил его специалистам неприятностей. Началось всё с того, что пришлось проектировать три варианта камер сгорания, чтобы выбрать лучший. Затем выяснилось, что в стране к 1954 году не было ни одного стенда, который бы позволил проверять подобные изделия в работе. В результате на протяжении трёх лет двигателистам пришлось пользоваться эрзац-решением в виде стендов ЦАГИ с присоединённым воздухопроводом, который позволял проводить высотные испытания на протяжении всего нескольких минут при том, что штатный полёт должен был длиться порядка двух часов. В 1956 году ОКБ-670 получило в своё распоряжение новый стенд, где можно было гонять двигатель по 6 часов, но лишь в условиях, эквивалентным меньшим высотам, чем те, на которых ракета должна была бы летать. Только в 1958 году (к этому моменту «Буря» уже летала) в подмосковном Тураево был подготовлен правильный стенд. В итоге первое ресурсное испытание провели только 1959 году (при этом ракета уже давно летает в том числе и на СПВРД).
Проблем хватало и с ЖРД ускорителем. Изначально предполагалось, что двигатели будут работать на однокомпонентном топливе, что позволяло ускорить разработку. Однако общая тяга ЖРД (состоявшего на деле из связки четырёх движков) достигала огромных по тем временам 68 тс. ОКБ-2 не имело подходящих стендов, поэтому пришлось испытывать «четвертушки». Попробовали испытать всю связку на стенде ОКБ-1 в посёлке Новостройка что под Сергиевым Посадом, поскольку тут ранее испытывались ракеты Р-1, и можно было попробовать всю связку. Попробовали, и двигатель взорвался, разрушив стенд. Причиной оказались выполненные из алюминия трубопроводы для подачи топлива в камеру сгорания. После этого трубопроводы выполнили из стали, а вскоре (в 1957 году) и вовсе отказались от однокомпонентной схемы.
Так или иначе, но к 30 июля 1957 года на полигоне Владимировка в Астраханской области подготовили стартовую площадку и собрали ракету. Однако запланированный на следующий день пуск не состоялся — разрушился один из клапанов двигателя ускорителя, и «Буря» осталась на старте. Двигатели перебрали и 1 сентября состоялся первый пуск, который очень зрелищно завершился буквально через несколько секунд из-за преждевременного отделения газовых рулей. По идее они должны были отделяться на скорости 2,5 Махов, после чего «Буря» должна была управляться с помощью аэродинамических поверхностей.
На 0:42 можно видеть, как отделяются газовые рули
После ещё трёх неудачных попыток пуска (все закончились авариями) 22 мая 1958 года ракета таки успешно ушла со старта и полностью отработала намеченную программу.
(Если кому удобно смотреть ВК видео — здесь более удачный пуск Бури)
После этого ещё три неудачных пуска, из которых два — из-за неправильно отработавших на этапе отделения ускорителей. 28 декабря 1958 года начали программу испытаний по «малой трассе» (2 тыс. км) для проверки поведения маршевой ступени и СПВРД. Было осуществлено 4 пуска, из них три (все кроме первого, когда на 309 секунде взорвались пары смазки в пустом баке) успешных. Наконец в феврале 1960 года начались пуски по «большой трассе» (8 тыс. км, маршрут: Владимировка — мыс Озерный, Камчатка) с использованием системы астронавигации. Первые два пуска — 20 февраля и 6 марта — прошли неудачно. «Буря» хотя и пролетела 5,5 тыс. км и 1.5 тыс. к. соответственно, задач на выполнила. Однако 23 марта был совершён (относительно) успешный пуск на дальность 6,5 тыс. км. Полёт продолжался 124 минуты (из них 118 — на ускорителях и СПВРД), программа была выполнена в полном объёме за исключением перехода в пикирование на финальном этапе полёта. Был зафиксирован перерасход топлива на 10–15%. Последний пуск произошёл 16 декабря 1960 года, были достигнуты аналогичные результаты. При этом в процессе была отработана работа системы астронавигации для старта в тёмное время суток и полёта в светлое.
Взято из книги «Космические крылья»
Однако все эти полёты уже были не в интересах «Бури» как таковой. Ключевой проблемой «Изделия 350» стал её прямой конкурент, документ об официальном начале разработки которого был подписан в один день с разработкой ОКБ Лавочкина — 20 мая 1954 года. Королёвская МБР Р-7 вышла на испытания на полтора месяца раньше «Бури», но к моменту, когда КР только только начала летать, «семёрка» уже научилась относительно стабильно выходить в космос и доносить боеголовку до цели. 20 января 1960 года МБР была принята на вооружение, а «Буря» так и не слетала на максимальную дальность. 5 февраля, ещё до первого пуска на «большую трассу» работы по основному варианту «Изделия 350» были официально прекращены.
Однако Семён Лавочкин не сдавался. В марте он предложил переделать «Бурю» в сверхдальний разведчик и даже получил разрешение Госкомитета по авиационной технике. Однако менее чем через три месяца конструктор скоропостижно скончался, оставив проект без своего покровительства. И всё-таки ракету ещё пытались спасти, впрочем безуспешно:
По поводу этого решения (о закрытии проекта, прим. А.С.) группа главных конструкторов обратилась с письмом к Хрущеву с просьбой разрешить продолжение работ. Эту просьбу поддержали научный руководитель тем «Буря» и «Буран» академик Келдыш и министр обороны Малиновский. Хрущев, заявил что эта работа бесполезна и поручил секретарю ЦК КПСС Фролу Козлову — второму после себя лицу в партийной иерархии — собрать всех заинтересованных и разъяснить ошибочность их позиции.
На этом совещании заместитель Лавочкина Черняков попытался доложить о результатах пусков. Козлов его перебил: «Ну что вы хвастаете, что достигли скорости 3700 километров в час. У нас ракеты теперь имеют скорость больше 20 000 километров в час». Черняков понял, что технические аргументы бесполезны. Когда появился Малиновский, Козлов в резкой форме сделал ему замечание, почему он поддержал просьбу о продолжении работ: «Ведь Никита Сергеевич сказал, что это бесполезно». Министр обороны не нашел ничего лучшего для защиты, кроме фразы: «Это меня конструктора попутали».
Вот на таком высоком правительственном и низком научном и военно-техническом уровне решалась судьба межконтинентальных крылатых ракет.Борис Черток. Ракеты и люди. Том 1
«Буря» практически до каждой точки повторила судьбу своего заокеанского визави — Navaho, с тем лишь исключением, что американская ракета не дошла до полноразмерных лётных испытаний. С высоты сегодняшнего опыта это и неудивительно, ведь крылатые ракеты межконтинентальной дальности по основным боевым характеристикам проигрывали своим баллистическим собратьям. Они были медленнее, они были уязвимее, они толком не научились летать к тому моменту, когда МБР уже встали на боевое дежурство. Они были менее универсальны, хотя с точки зрения конструкции были не настолько проще, как можно было бы предположить. Однако тем больнее наблюдать за проектами, которые забрались так далеко, когда казалось, что они вот-вот вылечат свои беды и покажут всё, на что способны. К сожалению, отечественный космос прячет не один и не два подобных примера.
Автор: Сергей Старостин
Аренда VDS с быстрыми NVMе-дисками и посуточной оплатой. Загрузка своего ISO.
