Ссылка на полный текст: «Р-7. Легендарная «семерка». Ракета Королева и Гагарина» Александр Железняков – скачать pdf на Литрес
Навигация:
Эскизный проект по ракетному комплексу Р-7
Переход к горизонтальной сборке РН
Ведущим конструктором МБР Р-7 в ОКБ-1 являлся Дмитрий Ильич Козлов
Испытания стартовой системы Р-7 на Ленинградском металлическом заводе
Проблема на участке падения головной части ракеты
МБР Р-7А
РН «Спутник» (8К71ПС)
Запуски РН «Восток-К» с научно-исследовательскими спутниками серии «Электрон»
РН «Союз» 11А511
Унифицированный «Союз-У»
Испытания катапультных кресел К-36РБ
Три этапа модернизации ракеты-носителя «Союз»
Эскизный проект по ракетному комплексу Р-7 был готов уже в середине июля 1954 года. Такие стремительные темпы были во многом обеспечены за счет использования задела по теме Т-1. Ракета Р-7 была спроектирована по «пакетной» схеме 1-я ступень состояла из четырех боковых блоков, каждый длиной 19 метров и наибольшим диаметром 3 метра. Они располагались симметрично вокруг центрального блока (2-я ступень) и соединялись с ним верхним и нижним поясами силовых связей. Конструкция блоков одинакова. Блок состоял из опорного конуса, топливных баков, силового кольца, хвостового отсека и двигательной установки. На всех блоках стояли ЖРД РД-107 с насосной подачей компонентов топлива.
Предварительные изыскания по созданию МБР начались сразу же после принятия на вооружение ракеты Р-1. Уже 4 декабря 1950 года Постановлением Совета Министров СССР была задана комплексная поисковая НИР по теме Н3 «Исследование перспектив создания РДД различных типов с дальностью полета 5–10 тыс. км с массой боевой части 1–10 т». К работе привлекались: ОКБ-456, НИИ-8851, НИИ-32, НИИ-43, ЦИАМ, ЦАГИ, НИИ-64, НИИ-1255, НИИ-1376, НИИ-5047, НИИ-10, НИИ-498, Математический институт им. А.Н. Стеклова и другие. При выполнении темы был исследован широкий круг проблем, намечены пути их решения, доказана принципиальная возможность создания составных баллистических ракет, работающих на компонентах топлива «жидкий кислород — керосин», с полезным грузом 3–5 тонн. Был проведен детальный выбор схемы ракеты и ее оптимальных параметров Продолжением темы Н3 явилась тема Т-1 «Теоретические и экспериментальные исследования по созданию двухступенчатой баллистической ракеты с дальностью полета 7000–8000 км». Работы проводились согласно Постановлению Совета Министров СССР от 13 февраля 1953 г. В рамках этой темы была осуществлена разработка эскизного проекта двухступенчатой баллистической ракеты дальнего действия массой до 170 тонн с отделяющейся головной частью массой.
Двигатель был выполнен по открытой схеме и состоял из шести камер сгорания. При этом две из них использовались как рулевые. ЖРД развивал тягу 78 тонн у земли 2-я ступень (центральный блок) ракеты состояла из приборного отсека, баков для окислителя и горючего, силового кольца, хвостового отсека, маршевого и четырех рулевых агрегатов. На ней устанавливался ЖРД РД-108, аналогичный по конструкции с РД-107, но имевший большее число рулевых камер. Он развивал тягу 71 тонна у земли, включался одновременно с двигателями 1-й ступени (еще на старте) и работал, соответственно, дольше, чем ЖРД 1-й ступени Запуск всех двигателей обеих ступеней на старте осуществлялся по той причине, что в то время у разработчиков ракеты не было уверенности в возможности надежного зажигания двигателей 2-й ступени на большой высоте.
Все двигатели использовали двухкомпонентное топливо: окислитель — жидкий кислород, горючее — керосин Т-1. Для привода турбонасосных агрегатов ракетных двигателей применялся горячий газ, образующийся в газогенераторе при каталитическом разложении перекиси водорода, а для наддува баков — сжатый азот Для достижения необходимой дальности полета установили автоматическую систему регулирования режимов работы двигателей и систему синхронного опорожнения баков, что позволило сократить гарантийный запас топлива.
Конструктивно-компоновочная схема Р-7 обеспечивала запуск всех двигателей при старте (в том числе ДУ центрального блока) с помощью специальных пирозажигательных устройств, установленных в каждую из 32 камер сгорания Маршевые ЖРД ракеты имели для своего времени высокие энергетические и массовые характеристики, а также высокую надежность У Р-7 была комбинированная система управления Автономная подсистема обеспечивала угловую стабилизацию и стабилизацию центра масс на активном участке траектории.
Радиотехническая подсистема осуществляла коррекцию бокового движения центра масс в конце активного участка траектории и выдачу команды на выключение двигателей. Исполнительными органами системы управления были поворотные камеры рулевых двигателей и воздушные рули Масса заправленной ракеты составляла 279 тонн, «сухая» масса ракеты — 26,5 тонны, масса полезного груза — 5,37 тонны, стартовая тяга двигателей 403,4 тонн-сила, дальность стрельбы 8000 километров, максимальная высота траектории 1130 километров, максимальная длина 34,08 метра Для рассмотрения эскизного проекта была создана экспертная комиссия во главе с научным руководителем НИИ-1 М.В. Келдышем.
20 ноября 1954 года представленный эскизный проект ракеты Р-7 был одобрен Советом Министров СССР. В том же месяце в ОКБ-1 состоялось совещание, на котором было рассмотрено предложение ОКБ-1 по сборке пакета ракеты не вертикально на стартовом сооружении, как это предусматривалось в проектных проработках, а горизонтально в монтажном корпусе c последующим подвешиванием в собранном виде в стартовой системе за силовые узлы на боковых блоках. Предложение было встречено с опаской, так как требовало ломки уже налаженного механизма организации работ. Однако доводы в пользу предложения, приведенные С.П. Королевым, были настолько весомыми, что все сомнения отпали сами собой.
Первоначально планировалось установить МБР на четыре пусковых стола. Однако это приводило к сложной схеме пускового устройства, далекой от оптимальной в части нагружения блока «А» от работающих боковых ДУ. После анализа технических предложений было решено, во-первых, отказаться от комплекса пусковых столов, во-вторых, придать боковым блокам форму конуса и, в-третьих, подвесить ракету в пусковом устройстве за силовой шпангоут центрального блока, к которому крепились боковые блоки. В результате этого длина последних уменьшалась на 1,3 метра Так «пакет» 1-й и 2-й ступеней Р-7 приобрел привычный всем вид. Горизонтальная сборка РН с их последующей вертикализацией стала своеобразной «визитной карточкой» наших ракетчиков.
Ведущим конструктором МБР Р-7 в ОКБ-1 являлся Дмитрий Ильич Козлов. В его руках оказались сосредоточены все ниточки, проектирования, изготовления, испытаний и «доводки до ума» новой ракеты Уже после того, как «Семерка» научилась летать, уже после запуска первого спутника, Козлову была поручена не менее важная работа, чем проектирование ракеты, — ее серийное производство и развертывание В 1958 году Козлов был назначен начальником Куйбышевского филиала ОКБ-1 и постепенно вся тематика МБР Р-7, а также разведывательные спутники, создаваемые как продолжение аппаратов серии «Зенит-2», плавно «перетекла» из Подлипок на волжские берега
На Ленинградском металлическом заводе (ЛМЗ) отрабатывался безударный выход ракеты из стартовой системы. Эти испытания позволили осуществить контрольную сборку и проверить функционирование всех систем и агрегатов новой пусковой установки, получившей название «Тюльпан», в заводских условиях с последующей разборкой и отправкой этой установки для монтажа на стартовый комплекс ракеты Р-7 и проверить безударный выход ракеты из пусковой установки при имитации старта. Испытания проводились с макетно-технологическим образцом ракеты Р7-СН, который позволял осуществлять заправку баков водой с антикоррозийной присадкой.
Также на ЛМЗ были отработаны технология сборки ракеты из транспортабельных блоков в «пакет», методика и технология установки ракеты на пусковую установку, передачи ее массы на опорные фермы, вертикализация и разворот ракеты на заданный угол. Испытания проводились с июня по сентябрь 1956 года, после чего пусковая установка и ракета Р7-СН были разобраны для отправки их на полигон для монтажа и отладки технического и стартового комплексов ...
... пуск, состоявшийся 21 августа, был успешным. Ракета с серийным номером М1-8 взлетела, без замечаний произошло разделение ступеней, а головная часть вошла в земную атмосферу. Правда, боеголовка поверхности в тот раз не достигла. Но это были уже такие «мелочи», которые не могли затмить главного — «семерка» научилась летать Это позволило Советскому Союзу объявить на весь мир, что у нас создана и испытана межконтинентальная баллистическая ракета. Для того чтобы «закрепить» успех, МБР Р-7 была запущена еще один раз, 7 сентября. И на этот раз головная часть земной поверхности не достигла. Стало ясно, что необходимо вносить изменения в конструкцию не только ракеты, но и ГЧ И тем не менее положительного результата удалось достигнуть — программа летных испытаний была выполнена, ракета научилась летать. А это было именно то, что нужно.
По результатам первых пусков было принято решение провести второй, дополнительный, этап испытаний Чтобы не допустить разрушения ГЧ в атмосфере, была изменена ее аэродинамическая компоновка: на 90 сантиметров была уменьшена длина наконечника и увеличено его притупление. Была уменьшена длина и диаметр стабилизирующей юбки, и в целом ГЧ стала короче на 1,7 метра. На ГЧ было установлено новое антенно-фидерное устройство В рамках второго этапа испытаний было проведено шесть пусков. При пуске 29 марта 1958 года ГЧ впервые дошла до поверхности без разрушений ...
В 1958–1959 годах в ОКБ-1 был в основном завершен выпуск рабочей документации на МБР Р-7А. И уже в конце 1959 года начались летные испытания новой ракеты Если МБР Р-7 обеспечивала доставку головной части массой 5,4 тонны на дальность до 8800 километров, то МБР Р-7А оснащалась ГЧ массой 3 тонны, которую она могла «забросить» на дальность до 12 500 километров Стартовая масса Р-7А была на две тонны меньше, чем у Р-7. На приборном отсеке ракеты появились конический переходник для стыковки менее габаритной ГЧ с блоком «А». Новая инерциальная система управления взяла на себя функции системы радио управления, за исключением управления дальностью. Было проведено некоторое облегчение конструкции ракеты (за счет химического фрезерования стенок баков). Сократилось время подготовки ракеты к запуску, в результате чего была повышена ее боеготовность. Двигатели РД-107/108 образца 1959 года были доведены до требований технического задания и продолжали совершенствоваться. Однако добиться заметного улучшения боевых и эксплуатационных характеристик МБР Р-7А по сравнению с МБР Р-7 не удалось. После серии испытательных пусков МБР Р-7А все-таки была принята на вооружение.
МБР Р-7А стартовала 28 раз. Из этого числа только два старта были аварийными, а остальные оказались успешными. Очень быстро стало ясно, что МБР Р-7 и ее модификация не могут быть поставлены на боевое дежурство в массовом количестве. И в 1968 году обе ракеты были сняты с вооружения. Несмотря на то что МБР Р-7 и Р-7А как боевые единицы оказались неэффективны, они смогли решить другую не менее значимую задачу — открыть человечеству путь к звездам
Для запуска первых двух спутников была использована штатная МБР Р-7. С нее только сняли головную часть и отсек с аппаратурой системы управления полетом, на котором она крепилась. Отсек с аппаратурой был заменен легким коническим переходным отсеком, в котором размещалась минимально необходимая для обеспечения полета аппаратура системы управления. В таком варианте МБР Р-7 получила в дальнейшем известность как РН «Спутник» (8К71ПС). Именно этот носитель и позволил человечеству открыть космическую эру. Она началась 4 октября 1957 года в 22 часа 28 минут 34 секунды по московскому времени, когда с космодрома Байконур стартовала ракета с первым в мире искусственным спутником Земли.
Отдельно надо упомянуть и запуски РН «Восток-К» с научно-исследовательскими спутниками серии «Электрон», предназначенными для изучения радиационных поясов Земли и связанных с ними физических явлений. Программа предусматривала исследование частиц радиационных поясов малых и больших энергий, магнитного поля, космических лучей, коротковолнового излучения Солнца, микрометеоритов.
Состоялось два парных запуска таких аппаратов. Их изюминкой являлась весьма оригинальная схема выведения аппаратов на орбиту. Один из спутников отделялся еще на активном участке полета (он размещался в трубе, расположенной перпендикулярно продольной оси ракеты, и «выстреливался» с помощью порохового двигателя), а второй выводился «стандартно». Делалось это для того, чтобы обеспечить выход спутников на разные орбиты и, таким образом, обеспечить одновременное наблюдение в двух разных точках. Орбиты были высокоэллиптическими, так что спутники могли исследовать радиационные пояса на всем их протяжении.
Учитывая, что один и тот же носитель применялся для запуска спутников разного назначения, использовались ГО трех типов. Несмотря на то что в приведенной выше таблице включены два пуска со спутниками серии «Электрон», использовавшиеся при этом носители существенно отличались от серийных. В первую очередь — системой управления полетом. Поэтому было бы логичней в качестве 1-й и 2-й ступеней использовалась штатная МБР Р-7А (без головной части и системы радиоуправления полетом). 3-й ступенью вместо блока «Е» являлся вновь созданный значительно более мощный блок «И». Блок «И» был разработан на основе конструкции 2-й ступени МБР Р-9. Имел цилиндрическую форму и по габаритам был близок к блоку «И» РН «Молния». Но для унификации блока при использовании с разными космическими аппаратами между блоков, с одной стороны, ГО и космическим аппаратом, с другой, был введен переходный отсек. Была усилена и конструкция блока «И», так как возросли эксплуатационные нагрузки.
Предполагались не только простые одиночные полеты, но и групповые полеты, активное сближение, стыковка и множество других операций. Для осуществления длительных полетов предусматривалось обеспечить более и менее комфортные условия для космонавтов, для чего в новый корабль вводился бытовой отсек. Задумывался и облет Луны. Энерговооруженности РН «Восход» не хватало для реализации этих планов. Кроме того, остро стоял вопрос о создании эффективной системы аварийного спасения. Так возникла необходимость разработки новой модификации ракеты-носителя. Эта модификация получила наименование «Союз» (11А511). Ее разработка была осуществлена в филиале № 3 ОКБ-1 на основании Постановления ЦК КПСС и Совета Министров СССР № 1184-435сс от 3 декабря 1963 года Новый носитель был разработан на базе РН «Восход» Внешний вид ступеней практически не изменился, но они были существенно модернизированы:
· облегчена бортовая кабельная сеть систем управления и телеметрии;
· телеметрическая система на боковом и центральном блоках заменена новой системой, установленной на блоке «А»;
· снижено наклонение орбиты выводимого космического корабля к плоскости экватора с 64,8° до 51,5°;
· повышена прочность некоторых силовых элементов 1-й ступени, так как при новой циклограмме их отделение предусматривалось при повышенном скоростном напоре;
· из-за разброса параметров двигатели РД-108 для блока «А» подбирались индивидуально (удельная тяга — не менее 252 секунд на уровне моря);
Самым существенным отличием РН «Союз» от предыдущих носителей семейства Р-7, предназначенных для пилотируемых полетов, стала разработанная ОКБ-1 САС нового типа. САС «взводилась» за 15 минут до старта ракеты-носителя и обеспечивала спасение экипажа в случае аварии ракеты как на стартовой площадке, так и на любом участке полета. На створках головного обтекателя РН «Союз» были установлены РДТТ разделения, уводящие отделяемый головной блок с экипажем, на участке между отделением двигательной установки САС и сбросом головного обтекателя. На вершине модуля был расположен небольшой двигатель для увода в сторону головного обтекателя после срабатывания основного твердотопливного двигателя отделения. Твердотопливная двигательная установка САС представляла собой два многосопловых блока твердотопливных двигателей (для разделения и увода отделяемого головного блока) и четыре небольших управляющих РДТТ. Корабль соединялся с головным обтекателем тремя опорами, которые окружали спускаемый аппарат и «упирались» в нижний шпангоут бытового отсека. На этом шпангоуте спускаемый аппарат как бы «висел». Усилие от ДУ САС на СА передавались через два силовых пояса (верхний и нижний) и специальный ложемент, в который был установлен спускаемый аппарат. Также существовало дополнительное крепление в верхней части головного блока, фиксирующее орбитальный отсек
Первый пуск РН «Союз» состоялся 28 ноября 1966 года. На околоземную орбиту был выведен КК «Союз 7К-ОК» № 2, получивший официальное наименование «Космос-133» ...
Всего был осуществлен 31 пуск РН «Союз». Из этого числа лишь один старт закончился аварией — 5 апреля 1975 года неудачей завершилось выведение на орбиту пилотируемого КК «Союз-18-1» Последний пуск РН «Союз» состоялся 14 октября 1976 года, когда на орбиту был выведен пилотируемый КК «Союз-23» ...
В конце 1960-х годов сложилась ситуация, когда одновременно эксплуатировались несколько ракет одного класса, причем все из семейства Р-7. Это были РН «Восток-2М», «Восход», «Союз», «Союз-М». Назрела необходимость унификации изделия при одновременном повышении его основных энергетических характеристик.
Новый носитель предназначался для выведения на околоземную орбиту пилотируемых КК типа «Союз», беспилотных транспортных кораблей типа «Прогресс», космических аппаратов серии «Зенит», «Ресурс-Ф», «Фотон», «Бион», а также ряда зарубежных космических аппаратов. Основное отличие РН «Союз-У» от базовой модели заключалось в применении двигателей 1-й и 2-й ступеней с повышенными энергетическими характеристиками РН «Союз-У» повторяет конструктивно-компоновочную схему всех «семерок», 1-я и 2-я ступени соединены параллельно в «пакет» ...
Во время пяти пусков РН «Союз-У2» (9 сентября и 25 декабря 1988 года, 10 февраля и 16 марта 1989 года, 5 мая 1990 года) проводились испытания катапультных кресел К-36РБ, создававшихся для использования на корабле «Буран». При этом на РН, как и на первых РН «Союз-У2» с «Прогрессами», чтобы не проводить цикл аэродинамических испытаний, устанавливался корпус САС. Именно корпус, с которого даже не были сняты маршевые сопла, а топливо было заменено на металлические стержни, равные по весу. Был оставлен лишь двигатель увода, который уводил «верхушку», после чего ГО мог разделиться на половинки.
В пусках по программе «Буран» корпус двигателя САС был заменен на контейнер с креслом. Контейнер, видимо, был тяжелее, чем корпус со стержнями, поэтому был установлен другой двигатель увода. Первые фотографии этих ракет, появившиеся в средствах массовой информации, стали основой для многочисленных слухов о секретных пилотируемых полетах в Советском Союзе ...
Техническая проработка вопросов глубокой модернизации ракеты-носителя «Союз» в начале 1990-х годов привела к формированию плана работ по носителю «Союз-2». Тогда же началось финансирование работ. Правда, объем выделяемых в тот момент средств был невелик. Страна переживала глубокий экономический спад. Ей было не до космоса Чтобы проект не умер окончательно, в ЦСКБ «Прогресс», а именно там велась модернизация «Союза», родилось предложение об этапности модернизации ракеты. Суть ее заключалась в следующем На первом этапе на ракете устанавливаются модернизированные двигатели 1-й и 2-й ступеней, новая цифровая система управления и новая, тоже цифровая, система телеметрии. Носитель первого этапа модернизации получил наименование «Союз-2.1а» (14А14-1А) Его энергетика по сравнению с «прототипом» (РН «Союз-У») повышалась на 200–300 килограммов На втором этапе модернизации в дополнение к первому этапу блок 3-й ступени носителя оснащался новым двигателем разработки КБХА. Носитель получил наименование «Союз-2.1б» (14А14-1Б). Его энерговооруженность повысилась еще на 900–1000 килограммов Спустя несколько лет в графике глубокой модернизации «Союза» появилась еще одна позиция — создание двухступенчатой РН «Союз-2.1в» (14А15), с помощью которой на круговую орбиту высотой 200 километров предполагается доставлять грузы массой до 2,8 тонн. РН «Союз-2.1а» с РБ «Фрегат».
Ну а дальше началась непосредственно сама модернизация. На это ушло почти десять лет - на этапе модернизации 1а были проведены следующие работы:
на двигателях 1-й и 2-й ступеней были применены форсуночные головки с улучшенным смесеобразованием;
была разработана новая, единая для всех трех ступеней, система управления на базе высокопроизводительной цифровой вычислительной машины с использованием современной элементной базы и прогрессивных системно-технологических решений;
была применена принципиально новая цифровая радиотелеметрическая система.
В августе 2004 года первая ракета «Союз-2.1а» была изготовлена, и в сентябре начались ее испытания на КИС завода
Первый пуск РН «Союз-2.1а» по суборбитальной траектории состоялся 8 ноября 2004 года и был успешным. Под головным обтекателем был размещен габаритно-весовой макет спутника военного назначения. Коли речь зашла о головном обтекателе, надо отметить, что на РН серии «Союз-2» использовались обтекатели увеличенного диаметра. Это было сделано для того, чтобы повысить конкурентоспособность нового носителя на международном рынке — стандарты зарубежных полезных нагрузок предполагают использование головных обтекателей диаметром 4,1 метра. Именно такой обтекатель потребовался при втором пуске, состоявшемся 19 октября 2006 года с космодрома Байконур. На околоземную орбиту был выведен европейский метеорологический спутник METOP-A ...
В те самые дни, когда готовился первый орбитальный пуск РН «Союз-2.1а», на космодроме Байконур началась подготовка к запуску первого экземпляра РН «Союз-2.1б». Особенностью изделия «Союз-2» этапа 1б является использование на 3-й ступени (блок «И») нового двигателя 14Д23 разработки КБХА, выполненного по схеме с дожиганием газогенераторного газа на компонентах «жидкий кислород — керосин» и обладающего высокими удельными характеристиками.