Борис Черток - Ракеты и люди. Горячие дни холодной войны
Историю создания пороховых двигателей обычно начинают излагать с того, что РДТТ был вообще первым, нашедшим практическое применение в ракетной технике. Я не хочу повторять хрестоматийное повествование от китайских фейерверков до «катюши». Напомню только, что одна из проблем создания твердотопливных двигателей снарядов «катюши» заключалась в безвзрывном горении. Процесс горения стал стабильным в течение нескольких секунд после разработки технологии изготовления шашек диаметром до 150 — 200 мм. Этими порохами по праву гордились наши химики — специалисты по взрывчатым веществам. Но для ракеты, активный участок полета которой имеет длительность десятки или сотни секунд, они оказались совершенно не пригодными. Заряд, составляющий в твердотопливных ракетах единое целое с двигателем, в процессе горения не может охлаждать сопло, как это делает горючее в ЖРД. Интенсивность теплового воздействия продуктов сгорания на оболочку корпуса РД с большой продолжительностью работы достигает недопустимо высокого уровня. Кроме того, топливный заряд при длительном хранении или воздействии рабочего давления растрескивался, боковые поверхности заряда воспламенялись и температура была столь высока, что корпус прогорал. Заряды из стабильного бездымного шашечного пороха на специальных растворителях оказались хороши для ракетных снарядов, но совершенно не пригодны для больших ракет. Обычные РДТТ имели по сравнению с ЖРД низкий удельный импульс тяги. Со времен классических трудов пионеров ракетной техники считалась незыблемой истина, что твердое топливо — разновидности порохов — применяется в тех случаях, «когда требуется простой, дешевый, кратковременно действующий движитель[9]». Для ракет дальнего действия должно использоваться только жидкое топливо. Так продолжалось до начала 1950-х годов, пока лаборатория реактивного движения Калифорнийского технологического института не разработала смесевое твердое ракетное топливо. Это был совсем не порох. Общим с порохами являлось только то, что горючему не требовался посторонний окислитель — он содержался в составе самого топлива.
Смесевое твердое топливо, изобретенное в США, по своим энергетическим характеристикам намного превосходило все сорта наших порохов, применявшиеся в ракетной артиллерии. Мощная американская химическая промышленность с подсказки ракетчиков оценила перспективность открытия и разработала технологию крупномасштабного производства.
Смесевое твердое ракетное топливо представляет собой механическую смесь твердых мелких частиц окислителя, порошка металла или его гидрида, равномерно распределенных в органическом полимере, и содержит до 10-12 компонентов. В качестве окислителей применяются богатые кислородом соли азотной (нитраты) и хлорной (перхлораты) кислот и органические нитросоединения.
Основным горючим является металл в виде высокодисперсных порошков. Наиболее дешевое и распространенное горючее — порошок алюминия. Смесевые топлива даже при хорошо налаженной технологии остаются значительно более дорогими по сравнению с лучшими по энергетическим показателям жидкими компонентами.
При заливке в корпус ракеты формируется внутренний канал горения. Корпус двигателя дополнительно защищается от теплового воздействия слоем топлива. Стало возможным создание РДТТ со временем работы в десятки и сотни секунд.
Новая технология снаряжения, большая безопасность, способность смесевых топлив к устойчивому горению дали возможность изготавливать заряды больших размеров и тем самым создавать высокое значение коэффициента массового совершенства, несмотря на то, что удельный импульс тяги РДТТ даже у лучших смесевых рецептов существенно ниже, чем у современных ЖРД — жидкостных ракетных двигателей. Однако, конструктивная простота: отсутствие турбонасосного агрегата, сложной арматуры, трубопроводов — при высокой плотности твердого топлива позволяет создавать ракету с более высоким числом Циолковского.
Не только противоречия между Королевьм и Янгелем, но и последовавшая «гражданская война» — соревнование школ Янгеля и Челомея — могли иметь совершенно другой характер, если бы смесевое твердое топливо было освоено нашей промышленностью лет на пять раньше.
Первую попытку создать баллистическую ракету дальнего действия на твердом топливе предприняли в НИИ-4 в период 1955-1959 годов. В это время начальником НИИ-4 был генерал Соколов, а его заместителем полковник Тюлин.
Под руководством доктора технических наук Бориса Житкова была разработана твердотопливная ракета ПР-1 с дальностью 60-70 км. В 1959 году эта ракета была успешно испытана в Капъяре. НИИ-4 добился в 1959 году выпуска специального постановления Совета Министров на разработку пороховой управляемой ракеты ПР-2. При массе ракеты 6,2 тонны она была способна нести боевую головку массой 900 кг на дальность 250 км. Эта ракета была твердотопливным аналогом жидкостной Р-11, созданной королевским ОКБ-1.
В ходе работ над этими проектами были созданы рецептуры высокоэнергетических смесевых топлив, разработаны теплозащитные покрытия, эрозиостойкие материалы, разработаны управляющие поворотные сопла.
Однако инициатива ученых НИИ-4 не была поддержана ни промышленностью, ни самим Министерством обороны.
Королев понимал, что в соревновании с Янгелем и Челомеем ракета Р-9 и любые ее модификации проигрывают уже потому, что «высококипящие» ракеты хранятся в заправленном виде. Их готовность всегда будет выше. Нужен был детонатор — толчок для начала процесса выбора, поиска принципиально иного, третьего, пути.
Королев получил не один, а сразу три импульса, заставивших его первым из наших главных конструкторов и ракетных стратегов переосмыслить, изменить выбор, при котором стратегические ракетные вооружения ориентировались исключительно на жидкостные ракеты.
По разным причинам в исторических трудах по ракетно-космической технике и исследованиях творческого наследия Королева этой его работе уделяется несправедливо малое внимание.
Первым толчком к началу работ в ОКБ-1 над твердотопливными ракетами была обильно посыпавшаяся в начале 1958 года информация о намерении американцев создать новый тип межконтинентальной трехступенчатой ракеты. Не помню сейчас, когда мы получили первую информацию о «Минитменах», но, оказавшись по каким-то делам в кабинете Мишина, я был свидетелем разговора о достоверности этой информации. Кто-то из проектантов докладывал ему о соответствии полученной информации нашим тогдашним представлениям о возможностях твердотопливных ракет. Общее мнение оказалось единодушным: создать ракету стартовой массой всего в 30 тонн при массе головной части 0,5 тонны на дальность 10 000 км в наше время невозможно.
На том временно и успокоились. Но ненадолго. По дороге на Северный флот к нам заехал Виктор Макеев. Он был у Королева и Мишина, рассказывал о морских делах и проблемах, потом со своими управленцами зашел ко мне. Речь шла о нашей помощи в разработке более мощных рулевых машин. По этому вопросу мы быстро договорились. В конце встречи он сказал, что передал СП информацию об американской ракете «Поларис». Если это была не дезинформация, то получалось, что американцы имели возможность сразу вооружать свои подводные лодки твердотопливными ракетами, которые для морских условий куда как приятнее.
— Представляешь, нигде ничего не течет, не газит, не парит. Под водой ходи сколько хочешь, и никаких пугающих запахов.
Макеев уже хлебнул забот с нашим наследием — «азотнокислыми» Р-11ФМ, потом уже со своими Р-13. Последний проект, на который воодушевил его Исаев, — ракета с двигателем-»утопленником». Исаев предложил для уменьшения общей длины ракеты «утопить» всю двигательную установку в топливный бак. Но проблемы заправки, хранения, коррозии, герметичности все равно оставались.
—Я почувствовал, — сказал Макеев, — что наш СП не знает, можно ли верить этой информации о «Поларисе».
Второй толчок для начала работ по твердотопливным ракетам последовал от старого соратника по ГИРДу, РНИИ и НИИ-88 Победоносцева. Узнать об этом мне помогла случайная встреча в Сокольниках.
Старое жилье на улице Короленко и новое в Останкино были очень удобными для коротких лыжных прогулок. Через пять минут после выхода из дома уже можно было становиться на лыжи. С мальчишками, если выпадало свободное воскресенье, иногда ходили через Сокольники в далекий лесопарк Лосиного острова. Вспоминаю, как однажды с двумя одиннадцатилетними мальчиками — сыном Михаилом и его другом по квартире и школе Игорем Щенниковым — мы зашли так далеко, что на обратном пути в сильную метель заблудились. Я привел ребят домой совершенно обессиленных, за что получил от матерей заслуженную нахлобучку. Между прочим, этот эпизод тоже имеет отношение к твердотопливным ракетам. Через 30 лет один из ведущих проектантов твердотопливных ракет Игорь Щенников все еще вспоминал о том лыжном походе.
