Навигация:
Испытания первых Р-1 осенью 1948 года
Открытие: длинную ракету нельзя считать твердым телом
Николай Алексеевич Пилюгин
Выбор места для космодрома
Испытания ракеты Р-11
Принципиально новый способ управления ракетой путём поворота головного отсека в двухстепенном карданном шарнире
Появление БЦВМ
Комплекс командных приборов
Г.М. Присс рассказывает об одном случае, который произошел осенью 1948 года: Когда собрали первые изделия - Р-1, решили устроить им огневые испытания. Никаких приспособлений для этого у нас не было. И прямо в лесу, возле подлипкинского аэродрома, рядом с Ярославским шоссе, в 200 метрах от пешеходной дорожки, сделали проволочное ограждение, поставили "единичку". Привезли на трех машинах нашу "землю", разработанную в лаборатории Гинзбурга, и стали готовиться к огневому прожигу предварительной ступени. Мне поручили сделать всю электрическую схему. Ракету заправили. Запуск должен был продолжаться 10 секунд, затем двигатель выключался. Я зарядил осциллографическую пленку на такое же время. Пустили машину, она загорелась, начала работать. Прошло уже больше 10 секунд, пленка закончилась, а ракета продолжает гудеть. Я не мог понять, в чем дело. Открыл фургон, смотрю: Витя Малявкин высовывается из канавы, а машина все еще гудит. В конце концов, он меня вытащил из этого фургона, а машина все не выключается.
Собрали команду во главе с Леонидом Воскресенским. Он скомандовал пожарным, и они с брандспойтом пошли на ракету. Она гудела и время от времени в ней что-то взрывалось. В эти моменты все разбегались, но потом собирались и опять шли гасить пламя. Постепенно ракету потушили. Оказалось, что у единственного кабеля для аварийного выключения (это была независимая цепочка) отвалился штекер. С тех пор приняли за правило проводить эти цепи, по крайней мере, двумя путями. Нечто похожее произошло в фильме "Укрощение огня", там один из ракетчиков (его прототипом являлся Воскресенский) тоже с огнетушителем боролся с пожаром на старте. Над системой управления баллистической ракетой Р-1, основу которой составлял гироинтегратор, трудился коллектив Пилюгина. Эта ракета, как и Фау-2, имела дальность 300 км и по-прежнему плохо управляемый полет.
Академик Б.Е. Черток вспоминает о работе над Р-5М: Ракеты одна за другой заваливались, и мы не понимали, почему. Николай Алексеевич упрекал С. П. Королева, что у него Черток сделал маломощные рулевые машины. Я начал протестовать, и тут у нас с Николаем Алексеевичем, может быть, впервые произошел серьезный конфликт. Тем не менее, Королев, который очень серьезно относился ко всем претензиям и замечаниям Пилюгина, велел мне переделать рулевые машины. Наше производство, как говорится, было поставлено на уши. Мы сделали новую мощную рулевую машину с большой линейной частью. Вроде кое-как, хоть и не до конца мы вылечили эту болезнь. Но потом оказалось, что такую длинную ракету, как Р-5, нельзя считать твердым телом. Она обладает упругостью, гнется. И поэтому гироприборы, которые делал для нее В. И. Кузнецов, отрабатывают не только присущие твердому телу ее законные отклонения, но и упругие колебания. С этой неизвестной и необычной проблемой мы столкнулись впервые.
На Р-5 H.A. Пилюгин предложил ввести резервирование элементов системы управления, чтобы при отказе того или иного элемента или узла изделие не теряло управление. Замечательную идею сразу же поддержали С.П. Королев и все другие главные конструкторы. Все это способствовало стремительному развитию науки и техники, особенно в ракетно-космической отрасли промышленности. В этих разработках принимал участие лауреат Ленинской премии, заместитель главного конструктора НИИАП М.С. Хитрик: Ракета Р-5 1954 года была первой статически неустойчивой ракетой, которая без автомата стабилизации летать не могла. Впервые по инициативе Николая Алексеевича ввели систему отрицательной обратной связи. Пустили ракету, она опрокинулась в зоне максимальной неустойчивости - максимальных скоростных напряжений. Начали анализировать телеметрию и обнаружили, что на фоне полезного сигнала с гироскопа идет какая-то помеха. Рулевая машина всего одолеть не может, помеха забивает рулевой привод, полезный сигнал слабеет или совсем не проходит - и ракета опрокидывается. Что делать?
У Николая Алексеевича возникла мысль, что ракета Р-5 несколько длиннее предшественниц, а значит, кроме жестких характеристик жесткого тела "балки" нужно учитывать упругость самой конструкции ракеты и колебания основания. Гироскоп может воспринимать все эти помехи и дать сильный сигнал, забивающий рулевую машину. Казалось бы, незначительный факт, но этот случай послужил толчком для создания теории динамической схемы современных летательных аппаратов, начиная с Р-7.
Николай Алексеевич привлек к решению этой задачи прочнистов и динамиков, занимавшихся проблемами жидкости. Вспомнили всеми забытую статью Жуковского, в которой рассматривалось поведение жидкости, когда баки заполнены не полностью. Пилюгин с удовольствием всем этим занимался. Он был не просто инженером, а механиком, который находил удовольствие в решении механических проблем. Это была не единственная, но особая его любовь. Проблемы динамической устойчивости сегодняшнего дня были подняты и решены этим великим ученым, который за несколько лет создал целое направление.
Вот как, по свидетельству начальника отдела Ю.Р. Ганжи, проходил обычный рабочий день главного конструктора: Николай Алексеевич приходил на работу к 9 часам утра, садился в свое глубокое кресло и закуривал неизменный "Казбек". Дымил много, прикуривал одну папиросу от другой. Отрывался от работы только по естественным надобностям. Его обед состоял из бутылки кефира, которую он покупал в буфете. Николай Алексеевич ее тут же распечатывал, проглатывал содержимое и заедал шоколадкой. И это на весь день. В результате он совершенно испортил себе здоровье и заработал диабет. Надо сказать, что к нему в кабинет по делу в любое время мог прийти каждый. Но если человек ему был не нужен, он просто молча мотал головой. За это некоторые ретивые "ученые" на него обижались и даже пытались писать докладные, что их не хотят слушать. Но таких было очень немного. Работал обычно до 11 вечера. В начале 12-го мы разъезжались по домам. Николай Алексеевич страшно сердился, если люди не думали. И если обсуждение какой-то задачи заканчивалось ничем, он говорил: "Ну ладно, сейчас время позднее, завтра подумаем". Но если наутро человек приходил и ничего не придумал, Пилюгин страшно сердился. Он считал, что человек думает постоянно, как и он сам.
Для управления новой ракетой Р-7 сначала предполагалось использовать радиосистемы. Но потом остановились на автономной системе управления. Для испытаний этой ракеты с дальностью 8 тыс. км потребовался новый полигон. После долгих поисков было принято решение строить его в безлюдном районе Казахстана. Вот что рассказывает М.С. Хитрик: При создании "семерки" автономная система управления должна была простыми средствами, без БЦВМ обеспечить точность попадания в цель.
Почему космодром находится в Тюратаме? Потому что для радокоррекции нужно было "усы" М.С. Рязанского расставить на расстоянии 500 километров. Делом чести для автономщиков стало ликвидировать эти "усы" и создать по тем временам достаточно точную автономную систему. Это сегодня есть вычислительные машины, которые все рассчитают и поправят. А тогда существовал единственный путь - рассчитать траекторию, которая приведет к цели. Появляется необходимость сжать трубку траектории, приблизить ее к номинальной, и отсюда необходимо создать систему регулирования движения центра масс, а это целое направление.
Б.Е. Бердичевский в своей книге "Люди, самолеты, ракеты - вся жизнь" так описывает испытание ракеты Р-11: Одно из работ, которую поручили мне, как специалисту по приборам, было исследование причин рассеивания точек падения при управлении дальностью "маленькой" тактической ракеты Королева - Р-11 с дальностью полета 150-200, а может быть, и 300 км. Ставили ее на танк или на самоходку, или, как вариант, просто в степи. Но с танка она стреляла неточно. Мне пришлось отлаживать систему управления дальностью. Наездился я тогда на танке с ракетой, которая размещалась в отделенном от всего танка заднем отсеке. Пару раз, когда уже разобрался с режимом, результатами измерений ударов и вибраций, повозил на танке и H.A. Пилюгина.
Дело в том, что интегрирующие элементы не любили, когда во время заряда или разряда их ударяли, трясли или поворачивали. Жидкость в них разбрызгивалась, по-разному покрывала электроды, и время заряда могло отличаться от времени разряда. Когда разобрались, ввели заряд в положении, когда танк стоит на месте, и все удалось. Ну, а потом пришлось искать режимы, при которых можно тренировать интегрирующие ячейки и в движении. А лучше всего было бы отказаться от электролитических интеграторов.
Решение ВПК от 22.02.73 г. предписывало обеспечить в третьем квартале года выпуск технического предложения на комплекс РТ-23 с новой ракетой 15Ж44 для стационарного типа старта. В марте 1973-го заказчик выдал требования на разработку технического предложения для РК РТ-23, который к концу 80-х годов превратился в известный "Скальпель". В этой ракете воплотилось все лучшее, что кооперация наработала к тому времени: разведение боевых блоков, средства преодоления ПРО, бортовая система управления на базе БЦВМ с индивидуальным наведением боевых блоков на цели, минометное разделение ступеней и др. В Постановлении Правительства от 23.06.76 г. № 484-166 КБ "Южное" поручалось начать полномасштабную разработку стационарного РК РТ-23 шахтного базирования с МБР 15Ж44 легкого класса, а также работы по БЖРК с МБР 15Ж52 на базе ракеты 15Ж44. Предписывалось также создать на НИИП-53 испытательный комплекс с необходимой инфраструктурой в составе 10 пусковых установок и командного пункта.
Впервые на ракете 15Ж44 нашел применение новый способ управления ракетой - поворотом головного отсека, который не сразу получил признание. Огромную поддержку этой идее оказал Н.А. Пилюгин, хотя в этом варианте именно на систему управления переносилась вся тяжесть аппаратурного решения проблемы. Принимая во внимание сложность динамической схемы ракеты и системы стабилизации, в КБ "Южное" спроектировали, а в НПО "Южмаш" изготовили и поставили НИИАП уникальный нагрузочный стенд. На этом стенде был установлен штатный карданный узел с массовоинерционным имитатором головного отсека, штатными рулевыми машинками, пневматическим имитатором шарнирных моментов. В сочетании с аналого-цифровым комплексом и реальной аппаратурой системы стабилизации это оборудование позволяло провести почти натурное моделирование полета с точностью, которую могли подтвердить только летные испытания. Новый способ управления открывал большие потенциальные возможности, которые и были реализованы в полной мере. При этом любая модернизация двигателей могла осуществляться без изменения СУ, что и подтвердилось в ходе разработки ракет РТ-23 УТТХ. июня
Пилюгин говорил: "Управлять ракетами и спутниками без использования БЦВМ мы умеем, но для пуска на Луну машина нужна обязательно. Без нее мы при посадке можем стравить столько топлива, что на обратную дорогу не хватит". Вспоминает академик Б.Е. Черток: Михаил Хитрик, главный теоретик фирмы Пилюгина, и наши главные ракетные динамики, выдававшие ему исходные данные, отказались от жесткого программного управления полетом, в котором строго регламентированы по времени все координаты, расход топлива, тяга двигателей, координаты их выключения в пространстве. Такие системы управления стояли на всех ракетах первых поколений до появления бортовых компьютеров. "Никакой "свободной воли", - объяснял я студентам на лекциях. Для каждой секунды полета все параметры жестко заданы, нельзя отклоняться от таблицы стрельбы. С появлением БЦВМ появилась возможность "раскрепостить" ракеты, используя принципы так называемого терминального управления.
В упрощенном виде это значит, что ракете разрешается полет с отклонением внутри широкого коридора: лети, как хочешь, при условии, что полезный груз донесешь до цели с минимальным расходом топлива и минимальными отклонениями от точки цели. Терминальное управление позволяло получить выигрыш в массе полезного груза. Чтобы управлять движением, всю информацию с гиростабилизированных платформ и установленных на них измерителях ускорений отправляли в БЦВМ по трем осям. Это был уже не "автомат стабилизации" в прежнем понимании, а система инерциальной навигации. Появление БЦВМ позволило упростить релейную автоматику управления всеми системами ракеты, переложив на микроэлектронные интегральные схемы реше ние сложных логических задач. В процессе наземных испытаний при подготовке к полету и в полете с помощью БЦВМ стало возможным решить задачи диагностики, заменять отказавший прибор или участок схемы.
Первые изделия ракетной техники управлялись по "жестким" в пространстве и времени траекториям. Угловая ориентация определялась по показаниям приборов типа гирогоризонт и гировертикант. Для управления ракетами относительно номинальной траектории использовались системы нормальной и боковой стабилизации (НС и БС). Стабилизация времени полета обеспечивалась системой регулирования кажущейся скорости (РКС). Управление дальностью полета осуществлялось автоматом управления дальностью (АУД). Позже были разработаны гиростабилизированные платформы (ГСП), расположенные в трехосном кардановом подвесе. С появлением бортовых цифровых вычислительных машин (БЦВМ), начиная с изделий А15, Ж42 и далее, появилась возможность вычислять на борту ракеты вектор скорости и вектор положения центра масс ракеты.
В основе этих вычислений лежит определение в полете вектора кажущейся скорости (ВКС) по показаниям акселерометров, установленных на ГСП, и вычисления действительной скорости и координат движения ракеты, производимые БЦВМ. Начальная угловая ориентация ГСП осуществлялась по показаниям акселерометров и системы азимутального наведения. Необходимые начальные данные вводились в БЦВМ. Использование БЦВМ позволило непосредственно перед стартом определять и учитывать в полете в алгоритмах СУ практически все систематические погрешности комплекса командных приборов (ККП). В результате произошел количественный и качественный скачок в обеспечении требуемых точностных характеристик СУ. Особенность СУ, разрабатываемых в ФГУП "НПЦАП", заключается в снижении инструментальных погрешностей ККП.
В 1956-1965 годах между главными конструкторами Виктором Ивановичем Кузнецовым и Николаем Алексеевичем Пилюгиным возникли разногласия в области гироскопии. Кузнецов не торопился ставить на ракеты поплавковые гироблоки, считая их еще недостаточно отработанными. Пилюгин, напротив, всячески добивался их использования. В 1963 году он начал проектировать такие гироскопы в своем институте. Весьма рискованный шаг, так как гироскопия - это не только тончайшие технологии, но и уровень мастерства кадров, которые годами подбираются для таких работ. Проектирование и отработка хорошего гироблока, как и хорошего ракетного двигателя, занимает 8-10 лет. Соревноваться с профессиональными гироскопическими фирмами при высоких требованиях к специфической продукции значило попусту тратить время и ресурсы. Но как человек действия и простых решений, как талантливый инженер Пилюгин выбрал нетрадиционный путь.
H.A. Пилюгин начал самостоятельную разработку гироблоков, чувствительных элементов акселерометров, синусно-косинусных и параметрических датчиков угла для инерциальных систем. Наши автономные инерциальные системы - это в первую очередь комплекс командных приборов с трехосной гироплатформой и необходимой электронной аппаратурой. Был определен состав комплекса командных приборов (ККП), среди которых головным являлся гироскопический стабилизатор. Понимая исключительно важную роль ККП для обеспечения навигации и стабилизации, Николай Алексеевич решил разрабатывать его на основе поплавковых гироблоков, поплавковых чувствительных элементов, датчиков и преобразователей угловой информации. Первая гиростабилизированная платформа И192Т/И194Т с механизмом азимутального наведения (МАН) была разработана в 1961 году для системы управления ракетой РТ-1 (8К95). В нее входили два стабилизатора рыскания и тангажа с гироскопическим интегрирующим прибором (ГИП-2) и чувствительными элементами акселерометров И199-1Ж (АУД) и И142-Ж (НС, БС). Впервые прицеливание осуществлялось разворотом не ракеты, а корпуса стабилизатора с помощью МАНа вокруг вертикальной оси.