Технологии

ВЛАСТЕЛИН РАКЕТНОГО ОГНЯ

В триумфальной истории отечественной космонавтики заметный след оставили многие ученые и конструкторы. В их числе выдающийся специалист в области решения физико-технических проблем энергетики, основоположник ракетного моторостроения, академик Валентин Петрович Глушко (1908 - 1989), столетие со дня рождения которого научное сообщество нашей страны отметило 2 сентября 2008 г. С помощью сконструированных им двигателей человечество впервые вырвалось на просторы Вселенной.

Еще подростком Валентин поверил в возможность полета в космос. А будучи стажером Одесской государственной обсерватории, уже начал изучать естественные и технические науки, вести астрономические наблюдения Луны, планет Солнечной системы, метеорных потоков. Позже, познакомившись с трудами Константина Эдуардовича Циолковского (1857 - 1935), юноша в сентябре 1923 г. отправляет ему письмо с просьбой ответить на ряд вопросов, касающихся будущего освоения космического пространства.

И в октябре того же года молодой мечтатель получил от калужского провидца первую весточку, а вдобавок к ней - бандероль с книгами о теоретическом обосновании вероятности межпланетных сообщений. Постепенно завязалась переписка между ними, которая, к счастью, сохранилась в архивах.

В дальнейшем творческие изыскания привели юношу к глубокому убеждению, что главным звеном в цепи преодоления земного притяжения и атмосферы нашей планеты является ракетный двигатель. Ему он и посвятил всю свою жизнь.

В мае 1929 г. после четырехлетней учебы в Ленинградском государственном университете Глушко поступил на работу в газодинамическую лабораторию (ГДЛ) в городе на Неве. Ее возглавлял в то время известный ученый в области химии, инженер-ракетчик Николай Иванович Тихомиров (1859 - 1930). Заметив незаурядные способности недавнего выпускника, он поставил его во главе будущего подразделения своего учреждения с целью проектирования, конструирования и изготовления электрического ракетного двигателя (ЭРД), жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) и реактивных летательных аппаратов (РЛА).

Молодой руководитель сразу набрал стремительные темпы. В качестве рабочего тела в камере сгорания установки ЭРД он использовал твердые и жидкие электропроводники, взрывавшиеся в ней с заданной частотой под действием электротока, для чего к форсунке и корпусу камеры, разделенных изолятором, подводили провода от электрической импульсной установки большой мощности. Ее основными элементами являлись высоковольтный трансформатор, четыре выпрямителя и масляные конденсаторы.

Разработку ЭРД вели с 1929 по 1933 г. За это время Глушко теоретически и экспериментально доказал его эффективность: в нем безотказно взрывались углеродные нити, проволоки из алюминия, никеля, вольфрама, свинца и других металлов, да и жидкие вещества (ртуть и электролит). Вначале испытания проводили в открытом пространстве, затем в камере сгорания с соплом, и, наконец, на баллистическом маятнике (специальном стенде). В результате родился электротермический двигатель, опередивший ход развития науки и техники на треть века. Автора этого крупнейшего изобретения вдохновляли слова Циолковского, произнесенные в 1929 г.: "Если бы знали трудности дела, то многие, работающие теперь с энтузиазмом, отшатнулись бы с ужасом. Но зато как прекрасно будет достигнутое". И Глушко не отшатнулся. Он создал ЭРД, который, хотя и обладал мизерной тягой - всего единицами ньютонов (т.е. десятками граммов), но для космоса это значило многое... Иными словами, появился первый в истории человечества необходимый двигатель для работы в невесомости.

Конечно, для того времени ЭРД не был главным делом жизни конструктора. "Пожалуй, - вспоминал позже ученый, - я начал с конца. Мне стало ясно, что при всей перспективности электрореактивный двигатель понадобится лишь на следующем этапе освоения космоса, а чтобы проникнуть в космос, необходимы жидкостные реактивные двигатели, о которых так много писал Константин Эдуардович Циолковский. С начала 1930 г. основное внимание я сосредоточил на разработке именно этих моторов...".

Жидкостные реактивные двигатели (ЖРД) с тягой в десятки тонн способны вывести ракету в невесомость, т.е. в космическое пространство. Уже в 1930 - 1931 гг. в лаборатории, где трудился Глушко, разработали несколько таких устройств: ОРМ (опытный ракетный мотор), ОРМ-1 и ОРМ-2. Самый первый из них испытывали на унитарном (однокомпонентном) топливе, состоявшем из раствора углеводородов (горючее) в азотном тетроксиде (окислитель). И оказалось: двигатели этого класса склонны к взрыву, т.е. к саморазрушению. Ну что ж, отрицательный результат - тоже результат. В итоге был сделан выбор в пользу двухкомпонентного топлива: в нем горючее и окислитель подавали в камеру сгорания раздельно.

Но надежно работать на двухкомпонентном топливе стал лишь ОРМ-1, а его конструктора с той поры заслуженно называют основоположником отечественного жидкостного ракетного двигателестроения.

В дальнейшем в качестве компонентов топлива он решил применять азотную кислоту, растворы в ней азотного тетроксида, перекись водорода, бериллий, предложил и испытал профилированное сопло, осуществил термоизоляцию камеры сгорания двуокисью циркония.

Сначала ОРМ-1 развивал тягу до 20 кг. Постепенно у моторов этой модификации ее довели до 300 кг. Однако это еще не необходимые десятки тонн... Словом, перед ученым и его коллективом встали почти неразрешимые задачи.

Разумеется, все понимали: увеличить силу тяги, а значит, скорость полета ракеты, ее грузоподъемность можно лишь при повышении темпов истечения газов из камеры сгорания двигателя, для чего нужно нарастить давление в последней. Но тогда не удастся впрыснуть туда топливо. Как же обеспечить напор его подачи? Сначала это делали с помощью баллонов со сжатым газом, выдавливающих жидкость из баков в камеру сгорания. Однако установка этого дополнительного оборудования привела к утяжелению самой ракеты, и для ее подъема требовался более мощный двигатель. Получался своеобразный замкнутый круг. Но Глушко и его соратникам удалось вырваться из него, применив турбонасосный агрегат (ТНА). И компоненты под нормальным естественным напором стали поступать из баков в насосы, а те, в свою очередь, создавали высокое давление его подачи.

"Крепким орешком" была и проблема охлаждения конструкции самого ЖРД, ибо высокую температуру в камере сгорания не выдерживали никакие металлы. Не спасали даже вставки из тугоплавких графита и карборунда, для которых жара свыше 1600°С оказалась запредельной, а довести ее хотелось до 3000°С и выше. Специалисты газодинамической лаборатории надеялись на окиси циркония - они плавятся при 2950°С. И какое-то продвижение было отмечено. Однако впереди опять замаячил тупик...

В конечном счете инженерная интуиция подсказала: любые металлы и материалы не выдержат запредельной температуры. Нужно было искать неординарный ход. И великий конструктор нашел его. Он предложил охлаждать реактивный мотор самим топливом не только с целью уменьшения теплопотерь, но и чтобы не увеличивать мертвый вес ракетного летательного аппарата посторонней жидкостью.

Молва об успехах этого коллектива быстро распространилась в среде ученых Москвы. Многие из них все чаще посещали лабораторию, присутствовали на испытаниях опытных двигателей. В гостях у моторо-строителей побывал один из пионеров ракетной техники Фридрих Цандер, Михаил Тихонравов, Юрий Победоносцев и др. Приезжал к ним и крупнейший специалист в области аэродинамики, один из организаторов ЦАГИ профессор Владимир Ветчинкин. В своих воспоминаниях он отмечал: "В ГДЛ была проделана главная часть работы для осуществления ракеты - реактивный мотор на жидком топливе... С этой стороны достижения ГДЛ (главным образом инженера В. П. Глушко) следует признать блестящими".

Дважды посещал лабораторию и будущий основоположник практической космонавтики, академик (с 1958 г.) Сергей Королев - в 1932 и 1933 гг. Именно тогда состоялось его знакомство с Валентином Петровичем, началось творческое сотрудничество двух титанов, стоявших в СССР во главе космонавтики, продолжавшееся свыше 30 лет. Многое сближало их: у обоих юность прошла в Одессе, каждый из них считал себя учеником и продолжателем дела Циолковского, обладал недюжинной энергией и ставил перед собой дерзкие, амбициозные задачи. Почти одновременно оба испытали на себе тяжести сталинских репрессий.

Однако кое-что и отличало: Королев тяготел к ракете как конструкции в целом, для него двигатель являлся главным, хотя и не единственным элементом всего изделия. Почти в равной степени Сергея Павловича интересовали облик летательного аппарата, его топливная система, органы управления и радиооборудования, стартовый комплекс, пусковые установки и т.д. Глушко же все силы отдавал созданию и совершенствованию именно двигателя, остальное считал делом техники.

К 1941 г. группа Валентина Петровича выросла в опытно-конструкторское бюро, которое в годы войны занималось ЖРД в качестве вспомогательной установки для форсирования маневров военных самолетов. Глушко удалось разыскать и добиться перевода к себе Сергея Павловича, к тому времени вызволенного из колымского лагеря и находившегося в омской "шарашке", где работал тогда тоже заключенный, известный авиаконструктор, академик (с 1953 г.) Андрей Туполев.

В 1946 г. Валентин Петрович был назначен главным конструктором ЖРД для баллистических ракет дальнего действия (БРДД) и возглавил авиазавод, расположенный в подмосковном городе Химки. Там, не теряя ни минуты, он приступил к разработке семейства кислородно-спиртовых ракетных двигателей РД-100, РД-101, РД-103 для баллистических и геофизических носителей Р-1, Р-2, Р-5 и других модификаций, в то время создаваемых в другом подмосковном городе - Калининграде (ныне Королев) под руководством Сергея Королева.

Из года в год совершенствовались типы двигателей, росла их мощность, благодаря чему увеличились дальность полета ракет, масса их боевого заряда, точность попадания в цель. Так, к 1956 г. летательный аппарат Р-5 уже покрывал расстояние 1200 км с грузом около тонны. Решающую роль в этих достижениях, конечно же, сыграли новые силовые установки Валентина Петровича. А между тем конструктор продолжал беззаветно трудиться с надеждой, что вот-вот наступят времена, когда его очередной мотор поднимет отечественную ракету за пределы атмосферы Земли.

Решающим в осуществлении данной мечты стал 1954 г.: Королев и Глушко приступают к созданию двухступенчатого межконтинентального баллистического носителя Р-7. Оба конструктора опирались при этом на гениальную публикацию Циолковского "Космические ракетные поезда" (1929 г.), в которой он писал: "если использовать в качестве окислителя жидкий кислород, а в качестве горючего - керосин, то достаточно будет двух ступеней ракеты, чтобы достичь космической скорости и запустить искусственный спутник Земли".

В первую очередь Глушко разрабатывает двигатель РД-107 для первой ступени носителя (четыре "боковушки" конической формы - ракетные блоки "Б", "В", "Г", "Д") и РД-108 для второй (центральный блок "А"); причем все они практически идентичны. Это - главная идея всей жизни конструктора, космическая "вершина" его творчества.

РД-107 обладал четырьмя основными камерами сгорания и двумя рулевыми. Такое их количество позволяло существенно уменьшить длину двигателя, что приводило к снижению массы ракеты. Топливо в ней было двухкомпонентное (окислителем выступал жидкий кислород, горючим - керосин), тяга в вакууме составляла 1 МН! ТНА имел два основных центробежных насоса - для окислителя и горючего.

Отработанный в турбине парогаз выбрасывался через выхлопной патрубок за борт ракеты, создавая дополнительную тягу. Качающиеся рулевые камеры служили для управления полетом. Охлаждение двигателя (проточное, регенеративное) осуществлялось горючим. Изменение тяги и соотношения компонентов топлива в движении выполнялось регуляторами мотора по командам системы управления полетом.

Конструкция двигателя РД-108 второй ступени ракеты Р-7 - аналогична описанной выше. Были лишь незначительные отличия: вместо двух рулевых камер имелось четыре, несколько по-другому выглядели агрегаты автоматики. РД-108 запускали на старте одновременно с силовыми установками первой ступени, но функционировал он значительно дольше. Таким образом, при запуске ракеты пять двигателей (20 больших камер сгорания) одновременно "выплескивали" грандиозный огонь. Зрелище - не для слабонервных.

И вот наступило 15 мая 1957 г. Ожил ракетодром Тюратам, названный позже космодромом Байконур. Там произошел первый запуск "семерки". При этом пусковое устройство осталось целехоньким. Но неожиданно в хвосте четвертой "боковушки" (блок "Д") из-за негерметичности системы подачи топлива возник пожар. На 103 сек полета прошла команда - аварийное выключение двигателей. На удалении в 319 км от старта ракета упала.

12 июля того же года был произведен новый запуск Р-7. И опять неудача: на 32,9 сек полета ракета потеряла устойчивость (произошло замыкание на корпус в автоматике стабилизации). Что же касается двигателя, то он вел себя безупречно.

Успешный пуск "семерки" состоялся лишь 21 августа 1957 г. Кстати, для того времени получить положительный результат с третьего раза - явление редкое. Р-7 преодолела расстояние в 6314 км, полностью отработала программу и завершила свой полет на полигоне Кура, что на Камчатке. А спустя 5 дней прозвучало сообщение ТАСС о создании в нашей стране первой в мире межконтинентальной баллистической ракеты.

7 сентября успешный пуск Р-7 повторился, а 5 октября мир по настоящему взорвался сообщением ТАСС о том, что 4 октября 1957 г. в 22 ч 28 мин по московскому времени стартовала новая отечественная ракета и спустя несколько минут вывела на околоземную орбиту первый искусственный спутник Земли. Так началась космическая эра человечества. В летописи ее одна из главных страниц бесспорно принадлежит Валентину Петровичу Глушко.

Наш народ чтит заслуги великого конструктора. Он является почетным гражданином Одессы, Калуги и Элисты. Ему воздвигнуты памятники в Москве и на Байконуре.

Юрий МАРКОВ, инженер-испытатель ракетно-космической техники, писатель