Старт ракетной гонки
Вторая Мировая война конкретным образом на долгие десятилетия изменила военно-стратегическую обстановку на нашей планете — теперь новых главных потенциальных противников (СССР и США) разделяли океаны и Северный полюс. Появление ядерного оружия только «подливало масло в огонь». Соперникам были необходимы межконтинентальные средства доставки атомных боезарядов для нападения на чужую территорию.
Бомбардировщики как носители ядерного оружия становились сильно уязвимыми для появившихся зенитных комплексов, и конструкторам пришлось искать новые решения. Успешный обстрел Лондона немецкими баллистическими ракетами «Фау-2» в последние месяцы Второй мировой войны подсказал первое направление развития средств доставки — совершенствования ракет дальнего действия.
Успехи в области разработки прямоточных воздушно-реактивных двигателей со сверхзвуковым горением (СПВРД) обусловили развертывание работ по второму направлению — созданию межконтинентальных крылатых ракет (МКР).
В первые послевоенные годы ракетами в СССР занимался НИИ-88, включавший в себя ОКБ-1 во главе с Сергеем Королевым. Естественно, что работы по крылатым ракетам дальнего действия также были поручены НИИ-88. Королев, под руководством которого в предвоенном Ракетном научно-исследовательском институте (РНИИ) разрабатывались первые советские пороховые и жидкостные крылатые ракеты, с энтузиазмом занялся работой на МКР.
Одной из главных проблем при создании крылатой ракеты дальнего действия стала разработка автономной системы управления. Если стартующую баллистическую ракету наводила на цель система управления с использованием радиокоманд на начальном участке полета, пока работают двигатели, а дальше ракета летела по инерции, то крылатой ракетой нужно было управлять на протяжении всего полета до самой цели. Управление по радиоканалу не подходило из-за его уязвимости для средств противодействия и невозможности обеспечить надежное управление при полете над чужой территорией.
Выход был найден начальником отдела «У» НИИ-88 Борисом Чертоком, предложившим разработать систему ориентации по звездам. Несколько лет ушло на создание системы астронавигации: необходимо было «научить» приборы «находить», «опознавать» и надежно удерживать с помощью специальных гироскопов только «нужные» звезды, а для определения их угловой высоты над горизонтом пришлось впервые создать искусственную вертикаль. Для выработки команд автопилоту потребовалось также впервые разработать счетно-решающий прибор на основе кулачкового механизма, обеспечивающего точность до одной угловой минуты! В течение 1952−1955 гг. система была испытана сначала в 10 полетах на самолете Ил-12 по маршруту Москва — Даугавпилс протяженностью 700 километров, а затем было выполнено четыре высотных полета на реактивном Ту-16 дальностью 4000 км при скорости 800 км/ч. Испытания показали, что за 5−6 часов полета система накапливала ошибки в пределах 3,3−6,6 километров, что по тем временам с учетом разрушительной мощности атомного заряда гарантировало хорошую точность.
Работы подстегивались сообщениями из-за океана о начале разработки американской фирмой «Норт Американ» в 1950 г. МКР «Навахо» («Navaho»). Данные разведки подтверждали, что «Навахо» — это сверхзвуковая стратегическая крылатая ракета с дальностью полета до 6500 километров. Приходилось торопиться с ответом.
Проводимые в НИИ-88 исследования позволили подтвердить к началу 1952 г. возможность создания двухступенчатой крылатой ракеты с дальностью полета до 8000 километров при стартовом весе 90−120 т в случае успешного создания мощного СПВРД с диаметром камеры сгорания 2−2,5 метра и удельной тягой не менее 1700 кгс/кг, обеспечивавшего устойчивую работу при трехкратной скорости звука. В качестве первого этапа для проверки основных принципов и технических решений по МКР правительство поручило ОКБ-1 разработку, изготовление и проведение летной отработки Экспериментальной крылатой ракеты (ЭКР).
Согласно эскизному проекту Королева ЭКР представляла собой двухступенчатую ракету стартовой массой 7874 кг и высотой 17,42 м, способную доставить головную часть весом 690 кг на расстояние 270 км с точностью ±1,5 км. Для сокращения сроков и стоимости разработки в качестве первой ступени предлагалось использовать доработанную ракету Р-11. Вторая крылатая ступень проектировалась заново и оснащалась прямоточным двигателем РД-040 разработки ОКБ-670 Михаила Бондарюка. Началась интенсивная работа над проектом, были уже изготовлены макеты основных агрегатов ракеты, закончены испытания прямоточного двигателя, но… в мае 1954 года все работы по крылатым ракетам по предложению Мстислава Келдыша передаются в Минавиапром для разгрузки ОКБ-1. Королев понимал, что «не потянет» два направления в ракетостроении, и после долгих раздумий согласился сосредоточиться только на разработке межконтинентальных баллистических ракет.
С распределением работ между разными министерствами возникла негласная конкуренция между разработчиками межконтинентальных крылатых и баллистических ракет — кто первый достигнет требуемой дальности в 8000 км.
Сроки поджимали. На одном из совещаний в Минавиапроме Семен Лавочкин предложил сразу начать разработку боевых МКР, минуя промежуточный этап ЭКР.
Первый «Буран»
20 мая 1954 г. вышло постановление Совета министров СССР о разработке МКР — носителей ядерного заряда. Оно предусматривало параллельную работу над двумя ракетами: более легкой — «Буря», которая поручалась ОКБ Лавочкина, и тяжелой — ракетно-самолетной системой «Буран» (РСС-40), которая поручалась ОКБ-23 Владимира Мясищева. Научным руководителем обоих этих проектов был назначен Келдыш. Разработка прямоточных двигателей возлагалась на ОКБ Михаила Бондарюка.
Согласно замыслу Главного конструктора Г. Н. Назарова наш первый «Буран» представлял собой вертикально взлетающий двухступенчатый комплекс со стартовым весом 175 480 кг, состоящий из крылатой маршевой ступени и четырех ракетных ускорителей.
Маршевая ступень имела массу 60 т и строилась по классической схеме с треугольным крылом стреловидностью 70° по передней кромке и площадью 98 м² с тонким сверхзвуковым профилем. Корпус был выполнен из титановых сплавов. Оперение — крестообразное, с аэродинамическими рулями. СПВРД с максимальной тягой до 13,5 т имел лобовой воздухозаборник — на его входе находилось центральное многоскачковое тело, а внутри размещалась атомная боевая часть весом 3500 кг, оснащенная взрывными устройствами контактного и дистанционного типа. Горючее содержалось в кольцевых фюзеляжных топливных баках.
Для старта и разгона маршевой ступени до скорости запуска прямоточного двигателя использовались четыре ускорителя с жидкостными реактивными двигателями тягой по 70 т разработки ОКБ Валентина Глушко, будущего Генерального конструктора многоразовой космической системы «Энергия-Буран». После запуска маршевого двигателя (на высоте 18−20 км при скорости М=3) ускорители отстреливались, и крылатая ступень должна была лететь к цели, расположенной на удалении 7500−8000 км, в автоматическом режиме со скоростью 3290 км/ч на высотах 24−25 км. Поддержание заданного курса осуществлялось с помощью гироинерциальной навигационной системы с астрокоррекцией от звездных датчиков, размещавшихся в отсеке на верхней части фюзеляжа.
Рассматривалось несколько вариантов маршевой ступени МКР «Буран». Были варианты с различной по массе полезной нагрузкой. Для повышения точности попадания в цель предусматривалось отделение центрального тела с установкой на нем четырех небольших стабилизаторов, как и у «Бури». Был и наиболее интересный вариант с размещением на маршевой ступени «Бурана» кабины пилота для участия летчика на этапе испытаний. Мы и здесь могли быть первыми!
В процессе создания «Бурана» удалось получить ответы на множество принципиально новых теоретических вопросов и решить ряд конструктивно-технологических задач. Совместно с институтами авиационных материалов и авиационной технологии создавались новые конструкционные материалы, автоматические станки, технология роликовой и точечной сварки тонкостенных конструкций ракеты. Специально для «Бурана» разработали рулевые приводы и смазку, обеспечивающие функционирование органов управления до температуры +400°С. В процессе опытно-конструкторских работ для оценки различных характеристик ракеты создавались новые методики. В частности, для определения напряженно-деформированного состояния треугольных крыльев впервые в СССР разработали алгоритм прочностного расчета, ставшего основой метода конечных элементов.
Но к этому времени уже начала летать «Буря», и более тяжелый и сложный «Буран» проиграл — страна не могла себе позволить два проекта МКР с близкими характеристиками. Программа МКР «Буран» была закрыта в ноябре 1957 г. «Буре» повезло больше — но не надолго…
В небе- «Буря»!
Главным конструктором «Бури» (изделия «350», «В-350», «Ла-350») Лавочкин назначил своего заместителя Наума Чернякова (впоследствии он стал главным конструктором сверхзвукового ударного самолета «Т-4» в ОКБ Сухого).
«Буря», как и «Буран», представляла собой вертикально стартующую двухступенчатую МКР со стартовым весом 98 280 кг, способную доставить боевую часть массой 2350 кг на расстояние 8000 км.
1-я ступень «Бури» состояла из двух ускорителей, каждый из которых имел цилиндрическую форму с заостренной передней частью и состоял из топливных баков и четырехкамерного ЖРД разработки ОКБ-2 Исаева. В топливные баки каждого ускорителя заправлялось 20 840 кг окислителя и 6300 кг горючего. В струе газов ЖРД располагались газовые рули, обеспечивающие управление ракетой на начальном участке полета. После набора скорости газовые рули сбрасывались и управление полетом осуществлялось воздушными рулями и стабилизаторами, установленными на ускорителях. Ускорители общим весом 64 760 кг симметрично располагались под крыльями маршевой ступени и крепились к ее фюзеляжу на четырех узлах каждый.
Вторая (маршевая) ступень представляла собой крылатую ракету со среднерасположенным тонким треугольным крылом малого удлинения. Корпус ракеты имел цилиндрическую форму, немного суженную спереди и сзади; внутри него по всей длине проходил канал воздухозаборника маршевого прямоточного двигателя с тягой до 9 т. Полость между стенками канала и наружной обшивкой фюзеляжа служила емкостью для топлива (за исключением центральной части, где располагался приборный отсек). Передняя часть корпуса представляла собой сверхзвуковой диффузор с трехступенчатым конусом. Центральное тело диффузора одновременно являлось отделяемым контейнером для боевой части.
Стартовала «Буря» вертикально с лафета, установленного на железнодорожной платформе, и после разгона стартовыми ускорителями до скорости М=3 на высоте 18−20 км СПВРД выходил на режим максимальной тяги и ускорители сбрасывались. Далее полет до района цели происходил с постоянной скоростью М=3,15−3,2 и плавным набором высоты (по мере выработки топлива) до 25,5 км. На маршевом участке полет корректировался с помощью системы автоматической астронавигации «Земля». При приближении к цели маршевая ступень должна была переводиться автопилотом в крутое пикирование на цель с отделением боевого ядерного заряда на высоте около 18 км.
Летные испытания начались в августе 1957 года на полигоне Владимировка в Астраханской области и проходили непросто. «Первый блин», как водится, оказался комом — 1 августа из-за взрыва клапана в одном из ускорителей ракета осталась на старте. Только по чистой случайности все не закончилось взрывом самой ракеты.
Ровно через месяц, 1 сентября, ракета оторвалась от пускового устройства, но из-за преждевременного сброса газовых рулей сделала «кувырок» и взорвалась недалеко от старта. В третьем пуске ускорители отработали нормально только 30 секунд, в четвертом — 60 сек, в пятом — уже 80 сек. Первая ступень «повела себя нормально» только в шестом полете 22 мая 1958 г., отработав положенные 90,5 сек до отделения. На высоте 17,3 км при скорости М=2,95−2,97 в этом полете впервые был запущен СПВРД, успевший проработать до окончания топлива 29,5 сек.
Седьмая попытка — и снова отказ ускорителей без разрушения ракеты на старте. Следующая попытка сделана 3 июля — отказ автопилота на 56-й секунде полета. Девятый пуск 13 июля — нештатное отделение ускорителей, из-за чего маршевая ступень потеряла устойчивость на 96-й секунде полета.
В десятом пуске 10 сентября эта ситуация повторилась, но на скорости М=2,95−3,0 все же удалось запустить СПВРД, который неустойчиво проработал еще 65 сек. В 11-ом пуске 28 декабря полет продолжался 309 сек до взрыва топливного бака. Конструкторы не сдавались, и уже в 12-м пуске 29 марта 1959 года была достигнута продолжительность полета 25 минут 20 секунд и дальность 1315 км. 13-й пуск, как и положено «чертовой дюжине», не состоялся — ракета не ушла со старта, и только 14-й запуск 2 октября 1959 года можно считать полностью успешным — программа полета была выполнена до полного израсходования топлива маршевой ступени. Полет продолжался 33,5 минут по замкнутой трассе при крейсерской скорости М=3,15. При начальной высоте 17 км была достигнута дальность 1766 км. Полеты по короткой трассе завершились.
Звездный старт
Теперь пришло время испытывать астронавигационную систему управления и осуществлять полеты на максимальную дальность в направлении Камчатки. Первая попытка включения навигации по звездам была произведена в 15-м полете продолжительностью чуть более 10 минут, и уже в 16-м полете была достигнута дальность 5500 км. Это была полная победа! «Буря» научилась летать! Нужно было закрепить успех. В восемнадцатом пуске 23 марта 1960 года за 2 часа 4 минуты при полете на высоте 18−24,5 км при скорости М=3,2−3,15 ракета преодолела 6500 км! Уверенный захват навигационной звезды произошел на 114-й секунде полета. Полет завершился после полной выработки топлива (заправка во всех испытательных полетах была неполной). Дальность последнего полета «Бури» 16 декабря составила 6425 км, а установленный на ракете комплект астронавигации позволял осуществлять полет даже в дневное время суток!
Всего было построено 19 экземпляров «Бури», и все они были испытаны. Началась подготовка серийного производства, но … Королев уже запустил первый искусственный спутник Земли на своей знаменитой ракете Р-7, уже готовился к своему легендарному полету Юрий Гагарин, и первые боевые Р-7, от которых не существовало защиты, встали на боевое дежурство. Вышла на летные испытания новая баллистическая ракета Р-16 Михаила Янгеля, и «Буря», только начавшая летать, уже опоздала. Было принято решение о развитии только баллистических ракет, и 5 февраля 1960 г. Правительственное постановление предрешило закрытие «Бури» вслед за «Бураном».
Для КБ Лавочкина «Буря» стала последней авиационной разработкой — в связи с повальным «хрущевским» сокращением авиапрома в 60-х годах КБ безвозвратно перешло в космонавтику и стало автором советских «Луноходов», «Марсов», «Венер» и других космических аппаратов.
А американская МКР «Навахо» ни в одном из своих полетов не смогла улететь дальше 3200 км!