55 лет первому пуску РН "Протон" (8К82)
16 июля 1965 года в 14 часов 16 минут состоялся первый пуск РН "Протон", дальнейшие модификации которой стали основными средствами выведения спутников на геостационарную орбиту для советской и российской космонавтики.
И конечно же, наша дорогая пресс-служба ГК "Роскосмос" не смогла не налажать в поздравлении с этим событием. Они даже в википедию не смотрят, когда пишут о космонавтике. Даже в википедию! Причем чего служит следующий абзац:
С апреля 2012 года для космических запусков используется модернизированная ракета «Протон-М» с новой системой управления, более высоким уровнем эксплуатационных и экологических характеристик. Современная цифровая система управления и применение в составе ракеты-носителя «Протон-М» и разгонного блока «Бриз-М» существенно расширяют спектр достижимых орбит для выведения тяжелых и сверхтяжелых полезных нагрузок.
ДАЖЕ В НЕСЧАСТНОЙ ВИКИПЕДИИ НАПИСАНО, ЧТО В АПРЕЛЕ 2012 ГОДА СОСТОЯЛСЯ 62-Й ПУСК РН "ПРОТОН-М"! 62-й, а не первый, неучи! 62! Мне сложно интерпретировать эту ошибку, кроме как желанием сократить летную статистику "Протона-М" в два раза и выкинуть оттуда кучу безаварийных пусков. Хотя те, кто писал эту новость, похоже слишком тупы и невежественных в ракетных науках, чтобы до такого додуматься.
А потому предлагаю почтенной публике ознакомиться с образцово-показательной статьей И. Афанасьева об истории проектирования и летных испытаниях "Протона", вышедшую в первом номере НК за 1998-й год, с продолжениями в двух последующих номерах:
35 лет РН "Протон"
35 лет назад, в далеком 1963 году, завершилось эскизное проектирование уникальной ракеты-носителя УР-500, доныне являющейся одной из самых надежных ракет России, с которой связаны большие надежды на ближайшее десятилетие. О том, как создавалась эта ракета, и рассказывает корреспондент НК в НПО Машиностроения Игорь Афанасьев.
Часть I.
От «бумаги» к «железу»
Вступление
Уже 30 лет ни одна советская ракета-носитель не привлекает столь пристального интереса и не заслуживает столь противоречивых оценок специалистов в области ракетно-космической техники (включая историков, экономистов и экологов), как «Протон». Как и знаменитая королёвская «Семерка», эта ракета стала «краеугольным камнем» в развитии советской космонавтики, хотя долгое время оставалась в тени. «Протон», разработанный в первой половине 60-х годов, до сих пор остается одним из самых мощных, совершенных и надежных носителей в мире. За все годы эксплуатации с его помощью на орбиты выведено большое количество разнообразных аппаратов, в том числе космические станции серии «Салют», «Алмаз» и «Мир», транспортные корабли снабжения и модули, а также запущено много тяжелых спутников и станций в межпланетное пространство.Кроме того, «Протон» пока остается единственной ракетой в России, способной выводить спутники на геостационарную орбиту.
Однако, кроме положительных качеств, противники этого мощного носителя постоянно говорят, что его двигатели работают на токсичных компонентах топлива и эксплуатация его сопряжена с экологическими трудностями. Как же в «Протоне» могут существовать вместе такие противоречивые черты? Сегодня можно рассказать об этой «рабочей лошадке» российской космонавтики подробнее.
Предыстория проекта
«Протон» был задуман как мощная универсальная ракета-носитель (РН) для выведения в космос различных нагрузок, в основном, военного назначения (в то время все советские РН имели, в качестве приоритетного, военное назначение).
Проектирование ракеты-прототипа «Протона» началось в эру «небывалого взлета советской ракетной техники». Наряду с ракетами среднего класса, военно-политическое руководство Советского Союза в начале 1960-х годов проявило интерес к тяжелой ракете, способной выводить в космос большие военные грузы, а также нести боеголовку с тротиловым эквивалентом во много десятков мегатонн. В «заделе» на тот момент было несколько проектов.
Конструкторское бюро С.П.Королёва предлагало создать огромную «лунную» ракету Н-1. В «активе» этого коллектива были первая советская межконтинентальная баллистическая ракета (МБР) Р-7, на базе которой разработано целое семейство космических РН, в том числе для запуска первого в мире искусственного спутника Земли, первого космонавта и первых станций для полетов к Луне и планетам. Шла отработка МБР Р-9.
Конструкторское бюро М.К.Янгеля предлагало создать две ракеты - тяжелую МБР Р-46 и тяжелую РН Р-56; совокупность их могла обеспечить весь диапазон нужд военного заказчика. Усилиями этого бюро были созданы первые баллистические ракеты (БР), которые стали действительно массовым «рабочим» оружием советских ракетных войск стратегического назначения Р-12 и Р-14 среднего радиуса действия и МБР Р-16.
Опытное конструкторское бюро №52 (ОКБ-52) под руководством В.Н.Челомея предлагало создать целое семейство ракет - МБР среднего класса УР-200, МБР тяжелого класса УР-500 (которая могла использоваться и как тяжелый космический носитель) и сверхмощную РН УР-700.
(ОКБ-52 было образовано в 1953 г. для разработки крылатых ракет и к концу 1950-х годов успело создать несколько комплексов самонаводящихся крылатых ракет для вооружения Военно-морского Флота - И.А.)
Для работы над новыми проектами В.Челомею нужно было расширить свои мощности. Это можно было сделать за счет бывших авиационных предприятий, часть из которых предполагалось (согласно, в первую очередь, воззрениям Н.С.Хрущева) перепрофилировать под новую технику. Таким предприятием стало ОКББ23, которое вошло в состав ОКББ52 на правах филиала №1 согласно Постановлению Центрального Комитета КПСС и Совета Министров СССР от 3 октября 1960 г.
До слияния с конструкторским бюро В.Челомея оно являлось мощным самостоятельным авиационным предприятием, которым руководил известный советский авиаконструктор Владимир Михайлович Мясищев. В его состав входило собственно ОКБ-23, которое имело опыт создания тяжелых современных самолетов-бомбардировщиков, а также машиностроительный завод имени М.В.Хруничева, освоивший производство тяжелой авиационной техники. И завод, и конструкторское бюро отличались высоким уровнем культуры производства и большим опытом работы. Этим обуславливалось быстрое и «качественнное» освоение ракетной техники новым филиалом фирмы В.Челомея.
В.Н.Челомей «сумел подать» космические проекты своего ОКБ и «получил добро» на разработку УР-200 и УР-500. Энергично развивая работы по УР-500, он быстрее и лучше всех справился с поставленной задачей: обеспечить СССР надежным тяжелым космическим носителем.
Выбор схемы прототипа
В качестве первой новой разработки, в соответствии с Постановлениями ЦК КПСС и СМ СССР от 16 марта и 1 августа 1961 г., ОКБ-52 спроектировало стратегическую баллистическую ракету УР-200 (8К81). По проекту эта ракета должна была стать первым в Советском Союзе универсальным носителем ряда сменных полезных грузов (ПГ) и обеспечить стрельбу баллистическими головными частями на дальность свыше 12000 км, а также вывод на орбиту спутников-исстребителей противокосмической обороны ИС, спутников морской глобальной разведки УС и запуск боевой части для атаки объектов противника с орбиты. Особенностью последней системы являлся вход в атмосферу с небольшим аэродинамическим качеством, обеспечивающим маневр в вертикальной и горизонтальной плоскостях в зонах противовоздушной и противокосмической обороны противника, что делало эту боевую часть практически неуязвимой.
Эскизный проект ракеты был выпущен в июле 1962 г. По своим тактико-техническим характеристикам УР-200 примерно соответствовала ракетам Р-9 конструкции С.Королёва и Р-16 конструкции М.Янгеля. Летно-конструкторские испытания (ЛКИ), в ходе которых было запущено девять ракет УР-200 в баллистическом варианте, проходили с 4 ноября 1963 г. по 20 октября 1964 г.
Еще в процессе подготовки эскизного проекта УР-200 было решено создать на ее базе тяжелую универсальную РН УР-500, которая примерно в пять раз по грузоподъемности превышала исходную ракету. В основе проектирования лежали требования поблочной транспортировки ракеты по железной дороге с завода-изготовителя на стартовый комплекс, ускоренной сборки в монтажно-испытательном корпусе, полной проверки всех ее систем на технической позиции и запуск с автоматизированного («безлюдного») старта.
Проектирование ракеты УР-500 (индекс 8К82) было развернуто в соответствии с Постановлением ЦК КПСС и СМ СССР от 24 апреля 1962 г., однако предварительные проработки носителя начались значительно раньше - во второй половине 1961 г. по инициативе В.Челомея.
Сначала проектанты предполагали «просто» соединить параллельно 4 двухступенчатые ракеты УР-200, дополнив полученный «пакет» третьей ступенью (модифицированная вторая ступень ракеты УР-200). Была проведена подробная оценка системы и даже изготовлен ее динамически подобный макет. Расчеты показали, что такая конструкция неоптимальна с точки зрения относительной грузоподъемности (массы ПГ) и необходимо провести углубленную проработку концепции ракеты.
Было решено, что ракета УР-500 будет построена по трехступенчатой схеме с последовательным (тандемным) расположением ступеней. Для ускорения разработки проекта, в качестве верхних ступеней было решено применить глубокую модификацию ракеты УР-200.
Решение «подставить» под модифицированную существующую ракету новую стартовую ступень представлялось логичным: так делали американцы, предлагая оснастить двухступенчатую ракету «Титан-2» либо навесными твердотопливными ускорителями, либо мощной жидкостной первой ступенью. Первый вариант был реализован в проекте РН «Титан-3», а второй видоизменился в ракету «Сатурн-1». В.Челомей в своих поисках шел дальше: на основе УР-500 примерно таким же способом он предполагал в будущем создать сверхмощную ракету УР-700.
Таким образом, основной задачей проектирования УР-500 стал выбор конструктивно-компоновочной схемы и проектных характеристик первой ступени. Было решено принять в качестве узлового элемента блок наибольших габаритов. Это мог быть либо бак окислителя, либо бак горючего с двигательной установкой. Вокруг этого блока фактически выстраивалась вся концепция ракеты. С одной стороны, максимальную длину и диаметр блока диктовали габариты железнодорожных вагонов и платформ, а также ширина пути и размеры транспортных тоннелей, мостов и развязок. С другой стороны, габариты блока (а соответственно, объем и масса заправляемого компонента топлива) задавали стартовую массу и все характеристики будущей ракеты.
Рассматривалось два варианта первой ступени: полиблочный и моноблочный.
Первый вариант (моноблок) подразумевал, что ступень будет состоять из двух последовательно соединенных транспортабельных блоков одного диаметра: верхнего (бак окислителя) и нижнего (бак горючего и двигательная установка). В монтажно-испытательном корпусе блоки стыкуются между собой; на них устанавливаются верхние ступени и полезный груз. Преимуществами такого варианта были относительно малая «сухая» масса ступени, простота ее сборки и прокладки топливных магистралей к двигательной установке. Проработку этого варианта вели проектанты филиала №1 (главный конструктор В.Н.Бугайский) под руководством ведущего конструктора М.К.Мишетьяна.
Второй вариант (полиблок) подразумевал, что ступень будет состоять из центрального блока-бака окислителя большого диаметра и нескольких навесных блоков-баков горючего малого диаметра. В монтажно-испытательном корпусе с помощью специального стапеля боковые блоки навешиваются на центральный; производится стыковка топливных магистралей, монтаж двигателей и установка верхних ступеней и полезного груза. Преимущества варианта: небольшая длина ступени в собранном состоянии и использование в качестве несущего элемента только центрального блока. Проработку варианта вели проектанты филиала №1 под руководством ведущего конструктора Э.Т.Радченко.
В январе 1962 г. была выбрана конструктивно-компоновочная схема первой ступени. По совокупности факторов, среди которых (помимо уже изложенных) были ограничения по ветровым нагрузкам и изгибающим моментам, победила полиблочная компоновка с оригинальным расположением баков-блоков, на которую главные разработчики - В.Н.Челомей, В.Н.Бугайский, В.А.Выродов, Г.Д.Дермичев, Н.И.Егоров, В.К.Карраск, Ю.П.Колесников, Я.Б.Нодельман, Э.Т.Радченко - получили авторское свидетельство №36616 от 26 июля 1966 г. В мае 1962 г. был выпущен аванпроект УР-500.
Выбор двигателей
Вторым основополагающим решением был выбор двигательной установки первой ступени. Стремясь унифицировать наземное оборудование для подготовки ракеты к старту, разработчики предполагали использовать на всех ступенях УР-500 единое высококипящее долгохранимое топливо, которое обеспечивало эксплуатацию в широком диапазоне температур окружающей среды, позволяло увеличить время нахождения в заправленном состоянии без применения термостатирования, что необходимо, например, для некоторых изделий на криогенном топливе.
Самовоспламеняющиеся компоненты топлива (окислитель тетраксид азота, горючее - несимметричный диметилгидразин), использованные на исходной ракете УР-200 и, соответственно, на верхних ступенях будущей УР-500, позволяли упростить двигательную установку и увеличить ее надежность.
Следует учесть, что в это время в распоряжении проектантов из ОКБ-52 были только двигатели тягой 50 тс для ракеты УР-200, которые были созданы в конструкторском бюро химической автоматики (КБХА) под руководством С.А.Косберга. К началу работ по УР-500 было проведено более 700 испытаний этих двигателей, в том числе 225 испытаний на ресурс. Двигатели имели перспективную замкнутую схему с высоким давлением в камерах, узлы карданового подвеса для управления ракетой и отличались высокой экономичностью и надежностью. Однако их размерность для УР-500 была недостаточна: для выхода на требуемую тягу на первой ступени необходимо было установить связку из 15-16 двигателей, что, с точки зрения В.Н.Челомея, было слишком много.
В ноябре 1961 г. группа сотрудников ОКБ-52 посетила ОКБ-456, где под руководством В.П.Глушко велись проектные проработки двигателя тягой 150 тс для Н-1. С.П.Королёв, главный конструктор Н-1, не принял двигатель из-за того, что последний работал на токсичных компонентах и не обеспечивал заданных проектом условий по удельному импульсу. Королёв настаивал на переделке двигателя под топливо «кислород-керосин»; Глушко, оценив трудности на пути такой переделки, категорически отказался это делать. В результате ведущие советские конструкторы-ракетчики поссорились, навсегда затаив друг к другу неприязнь. Королёву пришлось обратиться за двигателем для Н-1 в авиадвигателестроительное ОКБ Н.Д.Кузнецова. А Челомей договорился с Глушко о том, что после некоторой переделки двигатель пойдет на первую ступень ракеты УР-500.
Поскольку новый двигатель не имел карданового подвеса, было решено построить двигательную установку первой ступени УР-500, скомбинировав ее из четырех неподвижных ЖРД В.Глушко (в центре) и четырех качающихся ЖРД С.Косберга, которые должны были обеспечить управление ракетой. Центральные двигатели являлись частью транспортабельного блока-бака окислителя, качающиеся - навесных блоков-баков горючего.
Вторая ступень УР-500 представляла собой модифицированный вариант первой ступени ракеты УР-200: на ней, как и на прототипе, решили установить четыре двигателя С.Косберга, увеличив степень расширения сопл. Управление ракетой на участке полета второй ступени осуществлялось качанием двигателей с помощью четырех рулевых машинок.
Двигательная установка третьей ступени УР-500 также, как и второй ступени УР-200, проектировалась С.Косбергом и состояла из неподвижно установленного маршевого двигателя (высотная модификация двигателя первой ступени ракеты УР-200) и рулевого двигателя открытой схемы с четырьмя качающимися камерами. Из-за требований обеспечить одинаковый диаметр второй и третьей ступени оказалось необходимо спроектировать последнюю с торовыми баками.
Как можно заметить, по схемному решению и конструкции двигательной установки первые ступени ракет УР-500 и «Сатурн-1» были близки. Однако американский носитель создавался путем соединения в связку блоков уже имеющихся ракет (баковых отсеков «Редстоуна» и «Юпитера» в комбинации с модифицированными ЖРД последней ракеты) и предназначался, прежде всего, для отработки новых элементов ракет-носителей и космических аппаратов, в том числе верхних ступеней на криогенном топливе «кислород-водород». Ракета УР-500 претендовала на нечто большее: ее создатели предполагали, что их детище будет массовым космическим носителем. Исходя из этого (особо заботясь о темпах создания, надежности и безотказности изделия), разработчики уделяли большое внимание конструктивному совершенству ракеты.
В связи с этим Челомей обратился к Глушко с просьбой изменить конструкцию двигателя, перекомпоновав его и установив узел подвеса для управления вектором тяги. Глушко выполнил просьбу, проведя параллельно ряд работ, направленных на упрощение ЖРД и увеличение его надежности. С 1961 г. по 1963 г. велись испытания отдельных агрегатов и узлов и выбиралась штатная схема двигателя. С июня 1963 г. по январь 1965 г. проводилась отработка запуска ЖРД в условиях, максимально приближенных к летным, и на режимах, более напряженных по сравнению с представленными в техническом задании.
Эскизный проект
После переделки двигателя пришлось перекомпоновать первую ступень. Концепция стала более логичной и стройной: теперь на ступени симметрично устанавливались шесть качающихся ЖРД разработки В.Глушко; число двигателей уменьшилось, а тяга двигательной установки возросла на 12,5%. Были изменены структура и число транспортабельных блоков: первоначальная концепция подразумевала использование одного блока-бака окислителя с центральными двигателями и четырех-восьми блоков-баков горючего с периферийными двигателями; теперь остался один центральный и шесть навесных блоков. Каждый из последних состоял из бака горючего и двигателя. Центральный блок был «чист» и представлял собой только бак окислителя, длина и ёмкость которого (при заданном диаметре) возросли. Соответственно, выросли масса заправляемых компонентов топлива и стартовая масса ступени. Силовая схема ступени и схема прокладки трубопроводов значительно упростились.
Блок двигателей первой ступени РН «Протон-К». Фото И.Маринина.
В начале 1962 г. предложение В.Н.Челомея по созданию ракеты УР-500 было рассмотрено на уровне Правительства, после чего 29 апреля 1962 г. вышло Постановление СМ СССР о разработке нового изделия. Перед проектантами и конструкторами поставили сложную задачу: за три года они должны были создать мощный, но в то же время простой и надежный носитель с высокой степенью технологичности сборки на заводе-изготовителе и подготовки его к пуску на стартовой позиции.
Разработка УР-500 начиналась под руководством главного ведущего конструктора темы П.А.Ивенсена. В 1962 г. на эту должность назначили Ю.Н.Труфанова. На проектном этапе непосредственное участие в определении технических параметров ракеты приняли Д.А.Полухин (впоследствии - главный ведущий темы), В.К.Карраск, Г.Д.Дермичев, В.А.Выродов, Э.Т.Радченко, Е.С.Кулага, Н.Н.Миркин, Ю.П.Колоснов, В.Ф.Гусев и А.Т.Тарасов.
В качестве полезных грузов для УР-500 В.Челомей рассматривал широкий спектр космических аппаратов, предназначенных для решения оборонных, научно-исследовательских и народно-хозяйственных задач. Основным направлением Генеральный конструктор полагал разработку так называемых ракетопланов - пилотируемых космических аппаратов, предназначенных для решения целевых задач в космосе.
Например, орбитальные ракетопланы предполагалось использовать для разведки, инспекции спутников и даже их уничтожения в случае необходимости. Для этого ракетопланы оснащались двигательными установками орбитального маневрирования, системами наведения и сближения, а также снарядами класса «космос-космос».
Дальние ракетопланы могли использоваться для научных целей, в том числе для облета Луны с возвращением на Землю и попутным изучением околоземного космического пространства.
Обладая аэродинамическим качеством, после выполнения задачи ракетопланы могли совершать управляемый спуск в атмосфере и посадку в заданном районе советской территории.
Эскизный проект УР-500 был закончен в 1963 г. Основные проектно-технологические задачи создания новой ракеты были решены к концу 1964 г. В начале осени того же года, во время визита на космодром Байконур политического руководства страны, В.Н.Челомей не без гордости продемонстрировал Н.С.Хрущеву полноразмерный макет УР-500, установленный на пусковом столе вновь созданного стартового комплекса. Были также представлены грунтовая транспортная тележка и... масштабный макет шахтно-пусковой установки боевого варианта УР-500. Премьер положительно оценил ракету, удивляясь ее величине и возможностям. Он остался, в общем, доволен, не преминув критически заметить по поводу военного варианта: «Так что мы будем строить - коммунизм или шахты для УР-500?». Было ясно, что военный вариант Хрущева не очень вдохновлял.
Казалось, для УР-500 все складывалось как нельзя лучше. Однако уже к исходу октября 1964 г., после отставки Н.С.Хрущева, отношение руководства страны к фирме В.Н.Челомея резко изменилось. «Новая метла по новому метет», все, что было связано с Хрущевым и его деятельностью воспринималось новым Генеральным секретарем ЦК КПСС Брежневым и его окружением с подозрением.
В ОКБ-52 была направлена комиссия под председательством М.В.Келдыша, которая должна была рассмотреть актуальность работ предприятия. Она приняла решение прекратить работы по стратегической УР-200 «как не выдержавшей конкуренцию с изделиями М.Л.Янгеля». МБР Р-16 к тому времени уже была принята на вооружение, а разрабатываемая универсальная ракета Р-36 превосходила УР-200 по забрасываемой массе. УР-500 удалось отстоять, но, в основном, не как сверхмощную МБР, а как носитель искусственных спутников и космических аппаратов.
Работы по ракетно-космической тематике в ОКБ-52 разрешили продолжить. Тему «Ракетопланы» решено было прекратить, а на работу, являющуюся приоритетной в масштабах всей страны программу пилотируемого облета Луны выделить дополнительные ресурсы.
РН «Протон»: летные испытания
Для выполнения лунной программы в ОКБ-52 был разработан эскизный проект одноместного корабля ЛК, который предполагалось запустить на промежуточную околоземную орбиту с помощью усовершенствованного варианта ракеты, названного УР-500К, и стартовать с орбиты к Луне с помощью специального разгонного блока. Грузоподъемность носителя возрастала более чем на треть путем увеличения емкости баков верхних ступеней: удлинялся баковый отсек второй и менялась компоновка третьей (ее баковый отсек стал фактически укороченным вариантом баков второй ступени). Двигательные установки ступеней оставались без изменения.
Однако на первом этапе необходимо было подтвердить концепцию ракеты, для чего предложили запустить ее промежуточный - укороченный - вариант, использовав уже изготовленные первую и вторую ступени носителя УР-500. Решающее слово в пользу нового носителя должен был сказать его первый старт. Генеральный конструктор понимал, что, если пуск сорвется, может быть закрыта не только вся космическая программа, задуманная в ОКБ-52, но окажутся тщетными все усилия по разработке РН. Риск был велик, но В.Н.Челомей все же решил начать подготовку к запуску двухступенчатой ракеты УР-500. Приборостроительное конструкторское бюро Н.А.Пилюгина в кратчайшие сроки внесло изменения в систему управления. Научно-исследовательским институтом ядерной физики Московского государственного университета был срочно разработан полезный груз - блок толстостенных фотоэмульсий с детекторами космических частиц.
Весной 1965 г., когда на «фирме» В.Челомея еще работала проверяющая комиссия, завод имени М.В.Хруничева изготовил блоки ракеты УР-500. Спутник-лаборатория, названный «Протон» и предназначенный для изучения космических частиц высоких энергий, включающий кроме научной служебную аппаратуру, солнечные батареи и сбрасываемый головной обтекатель, был изготовлен в ОКБ-52 на базе корпуса третьей ступени ракеты УР-500. После проверки всех систем носитель и спутник были отправлены по железной дороге в Тюратам.
Подготовка к старту новой ракеты велась на левом («челомеевском») фланге в западной части полигона. Сборка блоков ракеты, интеграция носителя с полезным грузом и проверка ракетно-космической системы осуществлялись в горизонтальном положении в монтажно-испытательном корпусе (МИК) на технической позиции - площадке №92 космодрома Байконур. Вывоз носителя из МИКа и доставка с технической на стартовую позицию производились специальным транспортером-установщиком на железнодорожном ходу.
Стартовый комплекс ракеты «Протон-К». Фото О.Шиньковича.
На стартовой позиции (площадка №81) носитель переводился из горизонтального в вертикальное положение и устанавливался на стартовый стол подъемным устройством установщика. В отличие от «семерки», «пятисотка» не подвешивалась, а крепилась своей хвостовой частью непосредственно на поворотных опорах пускового стола. Обслуживание проводилось с помощью передвижной башни на рельсовом ходу, отводимой перед стартом. Роль кабельных и кабель-заправочных мачт выполнял специальный механизм стыковки со сложным электро, гидроо, пневморазъемом, ответная часть которого располагалась на днище центрального блока первой ступени.
Пусковой стол имеет двухлотковый газоотводной канал. В момент старта и в первые мгновения полета ракеты шесть поворотных опор стола отслеживают движение носителя до высоты примерно 100-150 мм, а затем убираются в индивидуальную нишу и закрываются защитными створками. Механизм стыковки разъемов, так же как и опоры, поднимается, отслеживая путь ракеты, а затем отбрасывается пневмоускорителем вниз, герметично закрываясь специальной стальной бронекрышкой, образующей рассекатель газовой струи.
Перед первым стартом не обошлось без неожиданностей: спешка при подготовке носителя на стартовой позиции чуть не привела к аварии. Из-за негерметичности одного из разъемов при заливке окислителя из заправочного трубопровода часть азотного тетраксида попала на электрожгуты. Встал вопрос: производить запуск или отложить его? Проверка показала, что замыкания на корпус нет. В.Челомей принял решение произвести пуск.
Старт состоялся 16 июля 1965 г. Выведение прошло успешно, и на орбите оказался тяжелый научно-исследовательский спутник «Протон-1». Специалистам ОКБ-52 только через несколько часов после запуска удалось получить из космоса сигналы о том, что спутник «жив», но впоследствии он функционировал нормально.
Кроме индекса 8К82 и «фирменного» обозначения УР-500, в первом запуске ракета имела и собственное имя - «Геркулес» (по другим источникам - «Атлант»), нанесенное большими буквами на поверхность второй ступени. Оно, однако, не прижилось и в открытой печати вскоре было изменено на «Протон».
Летные испытания двухступенчатого варианта ракеты, начатые летом 1965 г., закончились через год - 6 июля 1966 г. Во время четырех пусков на орбиту было выведено три тяжелых спутника серии «Протон» для изучения энергетического спектра и химического состава частиц первичных космических лучей, интенсивности и энергетического спектра гамма-лучей и электронов галактического происхождения. Третий по счету пуск, 24 марта 1966 г., был прерван из-за аварии на участке работы второй ступени - обломки носителя упали в районе Акмолинска (Целиноград Акмола).
Сразу после первого пуска УР-500 вся советская пресса распространила заявления о запуске в СССР небывало мощной ракеты-носителя, названной «Протон». Сообщалось, что грузоподъемность РН существенно больше, чем у всех ранее созданных. Но это утверждение относилось только к советским носителям. В прессе указывалась масса научных станций «Протон» в 12.2 т (с учетом массы научной аппаратуры, установленной на последней ступени). Однако действительная масса ПГ двухступенчатого варианта этой ракеты составляла только 8.3-8.4 т, что всего на 22-24% больше, чем у «Союза» - самой мощной РН на базе РР7, несмотря на то что масса УР-500 была больше на 75%. В этот же период проводились испытания американской РН «Saturn I», имеющей несколько большую грузоподъемность.
Основной вариант - трехступенчатая ракета УР-500К (8К82К) - разрабатывался в соответствии со знаменитым «лунным» Постановлением ЦК КПСС и СМ СССР от 3 августа 1964 г. Модернизация резко повысила грузоподъемность ракеты даже по сравнению с самым первым, исходным (УР-500) трехступенчатым вариантом. Сопоставляя характеристики УР-500К с носителем 11А511 «Союз», можно заметить, что первая превосходит последнюю по стартовой массе в 2.22 раза, по тяге в 2.25 раз, а по полезной нагрузке в 2.78 раз. Перспективы налицо, однако при освоении нового варианта «Протона» снова возникли трудности. Началось с того, что несмотря на сохранение приоритета ОКБ-52 по пилотируемому облету Луны (11 ноября 1964 г., в разгар работы проверочной комиссии, В.Н.Челомей докладывал о программе носителя УР-500К, одним из пунктов которой был запуск ЛК-1), Генеральному конструктору не дали завершить работу до конца. Ссылаясь на проблемы, возникшие у разработчиков корабля ЛК, руководство отрасли усомнилось в том, что ОКБ-52 сможет создать его к сроку, и поручило представить альтернативный вариант проекта... ОКБ-1 С.П.Королёва, имевшему опыт создания пилотируемых космических кораблей! Сергей Павлович неоднозначно относился к «Протону», однако отдавал должное его преимуществам. 8 сентября 1965 г. С.П. Королёв представил несколько вариантов использования ракеты УР-500К для облета Луны, одним из которых был запуск своего двухместного корабля с помощью этого носителя и разгонного блока «Д», взятого из проекта лунного комплекса Н1-Л3. Облетный корабль 7К-Л1 создавался на базе облегченного корабля 7К-ОК «Союз» разработки ОКБ-1, работы по которому к этому времени дошли до стадии изготовления опытных образцов. Этот проект, получивший название УР-500К - Л-1, и был принят к осуществлению.
Решено было провести 18 пусков ракеты УР-500К, совместив летно-конструкторские и государственные зачетные испытания носителя с отработкой и выполнением целевой программы по облету Луны сначала беспилотными, а затем и пилотируемыми кораблями 7К-Л1.
Первые пуски ознаменовали не просто испытание нового, трехступенчатого варианта «Протона» - с самого начала своей жизни носитель УР-500К испытывался не в трех, а в четырехступенчатом варианте: блок «Д» первый раз включался еще на доразгоне, т.е. для довыведения полезного груза на базовую околоземную орбиту, и с одинаковым успехом мог считаться и разгонным блоком корабля, и четвертой ступенью носителя.
21 сентября 1966 г. на техническую позицию прибыл технологический макет УР-500К (серийный № 22601), сборку которого завершили 28 сентября, а пневмоиспытания - 27 октября 1966 г. В МИКе на площадке №92, как в самом большом к тому времени здании полигона, проводилась выставка советской ракетно-космической техники, которая задержала начало пневмоиспытаний. Выставку посетили руководители стран «народной демократии» во главе с Л.И.Брежневым, которые осмотрели ракеты разработки ОКБ С.П.Королева, А.Д.Надирадзе и М.К.Янгеля. Из изделий В.Н.Челомея выставлялись макет спутника «Протон» и технологический макет УР-500К, который изначально должен был служить в качестве полного аналога штатной ракеты. Однако к началу испытаний стало ясно, что из-за доработки системы управления носителя использовать его для отработки технологии проверки электроцепей ракеты невозможно: макет стали применять для «примерки» головных частей и тренировок боевых расчетов.
4 октября 1966 г. макет носителя вывезли на стартовую позицию для проверки стыковки магистралей ракеты с наземным комплексом. Спешно велась отработка технологии заправочных операций с помощью имитаторов компонентов топлива (керосин вместо горючего и водный раствор этилового спирта вместо окислителя). Учитывая то, что окислитель (азотный тетраксид) имеет довольно высокую температуру плавления (-11°С) и может замерзнуть в баках ракеты, на наружную поверхность баков были наклеены электронагреватели. Однако в ходе отработки заправочных операций наземную часть системы термостатирования сожгли. Баки реальной ракеты заправлялись самовоспламеняющимся топливом - опасность пожара и взрыва при нештатной работе электронагревателей была велика. Решили попытаться справиться с ситуацией, не применяя термостатирования.
Вскоре эшелон привез первую летную ракету (серийный № 22701), сборка которой началась 21 ноября 1966 г. Как только один из стартов (левый) был готов к приему ракеты, 29 ноября 1966 г. УР-500К была вывезена на старт. Электроиспытания ракеты провели с 4 декабря 1966 г. по 28 января 1967 г. с перерывом на новогодние праздники.
28 февраля 1967 г. в МИК прибыла головная часть: обтекатель с системой аварийного спасения, разгонный блок «Д» и космический аппарат 7К-Л1П (упрощенный беспилотный аналог корабля Л-1). После интеграции ракеты и головной части 2 марта 1967 г. систему вывезли на старт. Серьезной проблемой при подготовке к пуску оказалась повышенная насыщенность заправляемого горючего газом, что могло явиться причиной кавитации на входе в турбонасосы двигателей. Наземные процедуры результатов не давали. Однако в конце концов выяснилось, что причина не в горючем, а в пробоотборном контейнере, который был неверно оттарирован и давал неправильные результаты.
По исходным планам пуск намечался на 8 марта 1967 г., однако он был перенесен из-заа праздника на 10 марта. УР-500К стартовал успешно, груз был выведен на орбиту и выполнил полетное задание. В печати объявили, что запущен спутник «Космос-146». Дальнейшие летные испытания, однако, радости создателям не принесли.
В рамках облетной программы с 10 марта 1967 г. до 20 октября 1970 г. было произведено 11 пусков ракеты УР-500К с блоком «Д» и кораблем Л-1 в беспилотном варианте («Зонд»). После этого на программу выдали отрицательное заключение, указывающее на недостаточную надежность систем носителя и корабля. Констатировалось, что из всех пусков, выполненных по программе УР-500К-Л-1, только один («Зонд-7») можно признать полностью успешным. Частично успешными были пять запусков, остальные пять были признаны неудачными. Причинами неудач в 60% случаев были аварии носителя, в 20% - отказы систем блока «Д», и в 20% - отказы систем корабля. Таким образом, общая вероятность успешного выполнения задачи полета этой программы - облет Луны и приземление на территории Советского Союза - составила не более 9%. Однако катастрофического исхода - гибели космонавтов - в случае пилотируемого запуска, возможно, удалось бы избежать, так как система аварийного спасения работала достаточно надежно. В заключении также была дана ссылка на нецелесообразность дальнейшего продолжения программы Л-1. Облет Луны и посадка на ее поверхность потеряли смысл, так как уже были выполнены в рамках американской программы «Apollo»...
В связи с частыми неудачными пусками, летные испытания плавно переросли в этап опытной эксплуатации. Программа государственных испытаний ракеты 8К82К, включавшая 61 пуск, завершилась 29 сентября 1977 г. пуском носителя (серийный №29501) с орбитальной станцией «Салют-6».
И конечно же, наша дорогая пресс-служба ГК "Роскосмос" не смогла не налажать в поздравлении с этим событием. Они даже в википедию не смотрят, когда пишут о космонавтике. Даже в википедию! Причем чего служит следующий абзац:
С апреля 2012 года для космических запусков используется модернизированная ракета «Протон-М» с новой системой управления, более высоким уровнем эксплуатационных и экологических характеристик. Современная цифровая система управления и применение в составе ракеты-носителя «Протон-М» и разгонного блока «Бриз-М» существенно расширяют спектр достижимых орбит для выведения тяжелых и сверхтяжелых полезных нагрузок.
ДАЖЕ В НЕСЧАСТНОЙ ВИКИПЕДИИ НАПИСАНО, ЧТО В АПРЕЛЕ 2012 ГОДА СОСТОЯЛСЯ 62-Й ПУСК РН "ПРОТОН-М"! 62-й, а не первый, неучи! 62! Мне сложно интерпретировать эту ошибку, кроме как желанием сократить летную статистику "Протона-М" в два раза и выкинуть оттуда кучу безаварийных пусков. Хотя те, кто писал эту новость, похоже слишком тупы и невежественных в ракетных науках, чтобы до такого додуматься.
А потому предлагаю почтенной публике ознакомиться с образцово-показательной статьей И. Афанасьева об истории проектирования и летных испытаниях "Протона", вышедшую в первом номере НК за 1998-й год, с продолжениями в двух последующих номерах:
35 лет РН "Протон"
35 лет назад, в далеком 1963 году, завершилось эскизное проектирование уникальной ракеты-носителя УР-500, доныне являющейся одной из самых надежных ракет России, с которой связаны большие надежды на ближайшее десятилетие. О том, как создавалась эта ракета, и рассказывает корреспондент НК в НПО Машиностроения Игорь Афанасьев.
Часть I.
От «бумаги» к «железу»
Вступление
Уже 30 лет ни одна советская ракета-носитель не привлекает столь пристального интереса и не заслуживает столь противоречивых оценок специалистов в области ракетно-космической техники (включая историков, экономистов и экологов), как «Протон». Как и знаменитая королёвская «Семерка», эта ракета стала «краеугольным камнем» в развитии советской космонавтики, хотя долгое время оставалась в тени. «Протон», разработанный в первой половине 60-х годов, до сих пор остается одним из самых мощных, совершенных и надежных носителей в мире. За все годы эксплуатации с его помощью на орбиты выведено большое количество разнообразных аппаратов, в том числе космические станции серии «Салют», «Алмаз» и «Мир», транспортные корабли снабжения и модули, а также запущено много тяжелых спутников и станций в межпланетное пространство.Кроме того, «Протон» пока остается единственной ракетой в России, способной выводить спутники на геостационарную орбиту.
Однако, кроме положительных качеств, противники этого мощного носителя постоянно говорят, что его двигатели работают на токсичных компонентах топлива и эксплуатация его сопряжена с экологическими трудностями. Как же в «Протоне» могут существовать вместе такие противоречивые черты? Сегодня можно рассказать об этой «рабочей лошадке» российской космонавтики подробнее.
Предыстория проекта
«Протон» был задуман как мощная универсальная ракета-носитель (РН) для выведения в космос различных нагрузок, в основном, военного назначения (в то время все советские РН имели, в качестве приоритетного, военное назначение).
Проектирование ракеты-прототипа «Протона» началось в эру «небывалого взлета советской ракетной техники». Наряду с ракетами среднего класса, военно-политическое руководство Советского Союза в начале 1960-х годов проявило интерес к тяжелой ракете, способной выводить в космос большие военные грузы, а также нести боеголовку с тротиловым эквивалентом во много десятков мегатонн. В «заделе» на тот момент было несколько проектов.
Конструкторское бюро С.П.Королёва предлагало создать огромную «лунную» ракету Н-1. В «активе» этого коллектива были первая советская межконтинентальная баллистическая ракета (МБР) Р-7, на базе которой разработано целое семейство космических РН, в том числе для запуска первого в мире искусственного спутника Земли, первого космонавта и первых станций для полетов к Луне и планетам. Шла отработка МБР Р-9.
Конструкторское бюро М.К.Янгеля предлагало создать две ракеты - тяжелую МБР Р-46 и тяжелую РН Р-56; совокупность их могла обеспечить весь диапазон нужд военного заказчика. Усилиями этого бюро были созданы первые баллистические ракеты (БР), которые стали действительно массовым «рабочим» оружием советских ракетных войск стратегического назначения Р-12 и Р-14 среднего радиуса действия и МБР Р-16.
Опытное конструкторское бюро №52 (ОКБ-52) под руководством В.Н.Челомея предлагало создать целое семейство ракет - МБР среднего класса УР-200, МБР тяжелого класса УР-500 (которая могла использоваться и как тяжелый космический носитель) и сверхмощную РН УР-700.
(ОКБ-52 было образовано в 1953 г. для разработки крылатых ракет и к концу 1950-х годов успело создать несколько комплексов самонаводящихся крылатых ракет для вооружения Военно-морского Флота - И.А.)
Для работы над новыми проектами В.Челомею нужно было расширить свои мощности. Это можно было сделать за счет бывших авиационных предприятий, часть из которых предполагалось (согласно, в первую очередь, воззрениям Н.С.Хрущева) перепрофилировать под новую технику. Таким предприятием стало ОКББ23, которое вошло в состав ОКББ52 на правах филиала №1 согласно Постановлению Центрального Комитета КПСС и Совета Министров СССР от 3 октября 1960 г.
До слияния с конструкторским бюро В.Челомея оно являлось мощным самостоятельным авиационным предприятием, которым руководил известный советский авиаконструктор Владимир Михайлович Мясищев. В его состав входило собственно ОКБ-23, которое имело опыт создания тяжелых современных самолетов-бомбардировщиков, а также машиностроительный завод имени М.В.Хруничева, освоивший производство тяжелой авиационной техники. И завод, и конструкторское бюро отличались высоким уровнем культуры производства и большим опытом работы. Этим обуславливалось быстрое и «качественнное» освоение ракетной техники новым филиалом фирмы В.Челомея.
В.Н.Челомей «сумел подать» космические проекты своего ОКБ и «получил добро» на разработку УР-200 и УР-500. Энергично развивая работы по УР-500, он быстрее и лучше всех справился с поставленной задачей: обеспечить СССР надежным тяжелым космическим носителем.
Выбор схемы прототипа
В качестве первой новой разработки, в соответствии с Постановлениями ЦК КПСС и СМ СССР от 16 марта и 1 августа 1961 г., ОКБ-52 спроектировало стратегическую баллистическую ракету УР-200 (8К81). По проекту эта ракета должна была стать первым в Советском Союзе универсальным носителем ряда сменных полезных грузов (ПГ) и обеспечить стрельбу баллистическими головными частями на дальность свыше 12000 км, а также вывод на орбиту спутников-исстребителей противокосмической обороны ИС, спутников морской глобальной разведки УС и запуск боевой части для атаки объектов противника с орбиты. Особенностью последней системы являлся вход в атмосферу с небольшим аэродинамическим качеством, обеспечивающим маневр в вертикальной и горизонтальной плоскостях в зонах противовоздушной и противокосмической обороны противника, что делало эту боевую часть практически неуязвимой.
Эскизный проект ракеты был выпущен в июле 1962 г. По своим тактико-техническим характеристикам УР-200 примерно соответствовала ракетам Р-9 конструкции С.Королёва и Р-16 конструкции М.Янгеля. Летно-конструкторские испытания (ЛКИ), в ходе которых было запущено девять ракет УР-200 в баллистическом варианте, проходили с 4 ноября 1963 г. по 20 октября 1964 г.
Еще в процессе подготовки эскизного проекта УР-200 было решено создать на ее базе тяжелую универсальную РН УР-500, которая примерно в пять раз по грузоподъемности превышала исходную ракету. В основе проектирования лежали требования поблочной транспортировки ракеты по железной дороге с завода-изготовителя на стартовый комплекс, ускоренной сборки в монтажно-испытательном корпусе, полной проверки всех ее систем на технической позиции и запуск с автоматизированного («безлюдного») старта.
Проектирование ракеты УР-500 (индекс 8К82) было развернуто в соответствии с Постановлением ЦК КПСС и СМ СССР от 24 апреля 1962 г., однако предварительные проработки носителя начались значительно раньше - во второй половине 1961 г. по инициативе В.Челомея.
Сначала проектанты предполагали «просто» соединить параллельно 4 двухступенчатые ракеты УР-200, дополнив полученный «пакет» третьей ступенью (модифицированная вторая ступень ракеты УР-200). Была проведена подробная оценка системы и даже изготовлен ее динамически подобный макет. Расчеты показали, что такая конструкция неоптимальна с точки зрения относительной грузоподъемности (массы ПГ) и необходимо провести углубленную проработку концепции ракеты.
Было решено, что ракета УР-500 будет построена по трехступенчатой схеме с последовательным (тандемным) расположением ступеней. Для ускорения разработки проекта, в качестве верхних ступеней было решено применить глубокую модификацию ракеты УР-200.
Решение «подставить» под модифицированную существующую ракету новую стартовую ступень представлялось логичным: так делали американцы, предлагая оснастить двухступенчатую ракету «Титан-2» либо навесными твердотопливными ускорителями, либо мощной жидкостной первой ступенью. Первый вариант был реализован в проекте РН «Титан-3», а второй видоизменился в ракету «Сатурн-1». В.Челомей в своих поисках шел дальше: на основе УР-500 примерно таким же способом он предполагал в будущем создать сверхмощную ракету УР-700.
Таким образом, основной задачей проектирования УР-500 стал выбор конструктивно-компоновочной схемы и проектных характеристик первой ступени. Было решено принять в качестве узлового элемента блок наибольших габаритов. Это мог быть либо бак окислителя, либо бак горючего с двигательной установкой. Вокруг этого блока фактически выстраивалась вся концепция ракеты. С одной стороны, максимальную длину и диаметр блока диктовали габариты железнодорожных вагонов и платформ, а также ширина пути и размеры транспортных тоннелей, мостов и развязок. С другой стороны, габариты блока (а соответственно, объем и масса заправляемого компонента топлива) задавали стартовую массу и все характеристики будущей ракеты.
Рассматривалось два варианта первой ступени: полиблочный и моноблочный.
Первый вариант (моноблок) подразумевал, что ступень будет состоять из двух последовательно соединенных транспортабельных блоков одного диаметра: верхнего (бак окислителя) и нижнего (бак горючего и двигательная установка). В монтажно-испытательном корпусе блоки стыкуются между собой; на них устанавливаются верхние ступени и полезный груз. Преимуществами такого варианта были относительно малая «сухая» масса ступени, простота ее сборки и прокладки топливных магистралей к двигательной установке. Проработку этого варианта вели проектанты филиала №1 (главный конструктор В.Н.Бугайский) под руководством ведущего конструктора М.К.Мишетьяна.
Второй вариант (полиблок) подразумевал, что ступень будет состоять из центрального блока-бака окислителя большого диаметра и нескольких навесных блоков-баков горючего малого диаметра. В монтажно-испытательном корпусе с помощью специального стапеля боковые блоки навешиваются на центральный; производится стыковка топливных магистралей, монтаж двигателей и установка верхних ступеней и полезного груза. Преимущества варианта: небольшая длина ступени в собранном состоянии и использование в качестве несущего элемента только центрального блока. Проработку варианта вели проектанты филиала №1 под руководством ведущего конструктора Э.Т.Радченко.
В январе 1962 г. была выбрана конструктивно-компоновочная схема первой ступени. По совокупности факторов, среди которых (помимо уже изложенных) были ограничения по ветровым нагрузкам и изгибающим моментам, победила полиблочная компоновка с оригинальным расположением баков-блоков, на которую главные разработчики - В.Н.Челомей, В.Н.Бугайский, В.А.Выродов, Г.Д.Дермичев, Н.И.Егоров, В.К.Карраск, Ю.П.Колесников, Я.Б.Нодельман, Э.Т.Радченко - получили авторское свидетельство №36616 от 26 июля 1966 г. В мае 1962 г. был выпущен аванпроект УР-500.
Выбор двигателей
Вторым основополагающим решением был выбор двигательной установки первой ступени. Стремясь унифицировать наземное оборудование для подготовки ракеты к старту, разработчики предполагали использовать на всех ступенях УР-500 единое высококипящее долгохранимое топливо, которое обеспечивало эксплуатацию в широком диапазоне температур окружающей среды, позволяло увеличить время нахождения в заправленном состоянии без применения термостатирования, что необходимо, например, для некоторых изделий на криогенном топливе.
Самовоспламеняющиеся компоненты топлива (окислитель тетраксид азота, горючее - несимметричный диметилгидразин), использованные на исходной ракете УР-200 и, соответственно, на верхних ступенях будущей УР-500, позволяли упростить двигательную установку и увеличить ее надежность.
Следует учесть, что в это время в распоряжении проектантов из ОКБ-52 были только двигатели тягой 50 тс для ракеты УР-200, которые были созданы в конструкторском бюро химической автоматики (КБХА) под руководством С.А.Косберга. К началу работ по УР-500 было проведено более 700 испытаний этих двигателей, в том числе 225 испытаний на ресурс. Двигатели имели перспективную замкнутую схему с высоким давлением в камерах, узлы карданового подвеса для управления ракетой и отличались высокой экономичностью и надежностью. Однако их размерность для УР-500 была недостаточна: для выхода на требуемую тягу на первой ступени необходимо было установить связку из 15-16 двигателей, что, с точки зрения В.Н.Челомея, было слишком много.
В ноябре 1961 г. группа сотрудников ОКБ-52 посетила ОКБ-456, где под руководством В.П.Глушко велись проектные проработки двигателя тягой 150 тс для Н-1. С.П.Королёв, главный конструктор Н-1, не принял двигатель из-за того, что последний работал на токсичных компонентах и не обеспечивал заданных проектом условий по удельному импульсу. Королёв настаивал на переделке двигателя под топливо «кислород-керосин»; Глушко, оценив трудности на пути такой переделки, категорически отказался это делать. В результате ведущие советские конструкторы-ракетчики поссорились, навсегда затаив друг к другу неприязнь. Королёву пришлось обратиться за двигателем для Н-1 в авиадвигателестроительное ОКБ Н.Д.Кузнецова. А Челомей договорился с Глушко о том, что после некоторой переделки двигатель пойдет на первую ступень ракеты УР-500.
Поскольку новый двигатель не имел карданового подвеса, было решено построить двигательную установку первой ступени УР-500, скомбинировав ее из четырех неподвижных ЖРД В.Глушко (в центре) и четырех качающихся ЖРД С.Косберга, которые должны были обеспечить управление ракетой. Центральные двигатели являлись частью транспортабельного блока-бака окислителя, качающиеся - навесных блоков-баков горючего.
Вторая ступень УР-500 представляла собой модифицированный вариант первой ступени ракеты УР-200: на ней, как и на прототипе, решили установить четыре двигателя С.Косберга, увеличив степень расширения сопл. Управление ракетой на участке полета второй ступени осуществлялось качанием двигателей с помощью четырех рулевых машинок.
Двигательная установка третьей ступени УР-500 также, как и второй ступени УР-200, проектировалась С.Косбергом и состояла из неподвижно установленного маршевого двигателя (высотная модификация двигателя первой ступени ракеты УР-200) и рулевого двигателя открытой схемы с четырьмя качающимися камерами. Из-за требований обеспечить одинаковый диаметр второй и третьей ступени оказалось необходимо спроектировать последнюю с торовыми баками.
Как можно заметить, по схемному решению и конструкции двигательной установки первые ступени ракет УР-500 и «Сатурн-1» были близки. Однако американский носитель создавался путем соединения в связку блоков уже имеющихся ракет (баковых отсеков «Редстоуна» и «Юпитера» в комбинации с модифицированными ЖРД последней ракеты) и предназначался, прежде всего, для отработки новых элементов ракет-носителей и космических аппаратов, в том числе верхних ступеней на криогенном топливе «кислород-водород». Ракета УР-500 претендовала на нечто большее: ее создатели предполагали, что их детище будет массовым космическим носителем. Исходя из этого (особо заботясь о темпах создания, надежности и безотказности изделия), разработчики уделяли большое внимание конструктивному совершенству ракеты.
В связи с этим Челомей обратился к Глушко с просьбой изменить конструкцию двигателя, перекомпоновав его и установив узел подвеса для управления вектором тяги. Глушко выполнил просьбу, проведя параллельно ряд работ, направленных на упрощение ЖРД и увеличение его надежности. С 1961 г. по 1963 г. велись испытания отдельных агрегатов и узлов и выбиралась штатная схема двигателя. С июня 1963 г. по январь 1965 г. проводилась отработка запуска ЖРД в условиях, максимально приближенных к летным, и на режимах, более напряженных по сравнению с представленными в техническом задании.
Эскизный проект
После переделки двигателя пришлось перекомпоновать первую ступень. Концепция стала более логичной и стройной: теперь на ступени симметрично устанавливались шесть качающихся ЖРД разработки В.Глушко; число двигателей уменьшилось, а тяга двигательной установки возросла на 12,5%. Были изменены структура и число транспортабельных блоков: первоначальная концепция подразумевала использование одного блока-бака окислителя с центральными двигателями и четырех-восьми блоков-баков горючего с периферийными двигателями; теперь остался один центральный и шесть навесных блоков. Каждый из последних состоял из бака горючего и двигателя. Центральный блок был «чист» и представлял собой только бак окислителя, длина и ёмкость которого (при заданном диаметре) возросли. Соответственно, выросли масса заправляемых компонентов топлива и стартовая масса ступени. Силовая схема ступени и схема прокладки трубопроводов значительно упростились.
Блок двигателей первой ступени РН «Протон-К». Фото И.Маринина.
В начале 1962 г. предложение В.Н.Челомея по созданию ракеты УР-500 было рассмотрено на уровне Правительства, после чего 29 апреля 1962 г. вышло Постановление СМ СССР о разработке нового изделия. Перед проектантами и конструкторами поставили сложную задачу: за три года они должны были создать мощный, но в то же время простой и надежный носитель с высокой степенью технологичности сборки на заводе-изготовителе и подготовки его к пуску на стартовой позиции.
Разработка УР-500 начиналась под руководством главного ведущего конструктора темы П.А.Ивенсена. В 1962 г. на эту должность назначили Ю.Н.Труфанова. На проектном этапе непосредственное участие в определении технических параметров ракеты приняли Д.А.Полухин (впоследствии - главный ведущий темы), В.К.Карраск, Г.Д.Дермичев, В.А.Выродов, Э.Т.Радченко, Е.С.Кулага, Н.Н.Миркин, Ю.П.Колоснов, В.Ф.Гусев и А.Т.Тарасов.
В качестве полезных грузов для УР-500 В.Челомей рассматривал широкий спектр космических аппаратов, предназначенных для решения оборонных, научно-исследовательских и народно-хозяйственных задач. Основным направлением Генеральный конструктор полагал разработку так называемых ракетопланов - пилотируемых космических аппаратов, предназначенных для решения целевых задач в космосе.
Например, орбитальные ракетопланы предполагалось использовать для разведки, инспекции спутников и даже их уничтожения в случае необходимости. Для этого ракетопланы оснащались двигательными установками орбитального маневрирования, системами наведения и сближения, а также снарядами класса «космос-космос».
Дальние ракетопланы могли использоваться для научных целей, в том числе для облета Луны с возвращением на Землю и попутным изучением околоземного космического пространства.
Обладая аэродинамическим качеством, после выполнения задачи ракетопланы могли совершать управляемый спуск в атмосфере и посадку в заданном районе советской территории.
Эскизный проект УР-500 был закончен в 1963 г. Основные проектно-технологические задачи создания новой ракеты были решены к концу 1964 г. В начале осени того же года, во время визита на космодром Байконур политического руководства страны, В.Н.Челомей не без гордости продемонстрировал Н.С.Хрущеву полноразмерный макет УР-500, установленный на пусковом столе вновь созданного стартового комплекса. Были также представлены грунтовая транспортная тележка и... масштабный макет шахтно-пусковой установки боевого варианта УР-500. Премьер положительно оценил ракету, удивляясь ее величине и возможностям. Он остался, в общем, доволен, не преминув критически заметить по поводу военного варианта: «Так что мы будем строить - коммунизм или шахты для УР-500?». Было ясно, что военный вариант Хрущева не очень вдохновлял.
Казалось, для УР-500 все складывалось как нельзя лучше. Однако уже к исходу октября 1964 г., после отставки Н.С.Хрущева, отношение руководства страны к фирме В.Н.Челомея резко изменилось. «Новая метла по новому метет», все, что было связано с Хрущевым и его деятельностью воспринималось новым Генеральным секретарем ЦК КПСС Брежневым и его окружением с подозрением.
В ОКБ-52 была направлена комиссия под председательством М.В.Келдыша, которая должна была рассмотреть актуальность работ предприятия. Она приняла решение прекратить работы по стратегической УР-200 «как не выдержавшей конкуренцию с изделиями М.Л.Янгеля». МБР Р-16 к тому времени уже была принята на вооружение, а разрабатываемая универсальная ракета Р-36 превосходила УР-200 по забрасываемой массе. УР-500 удалось отстоять, но, в основном, не как сверхмощную МБР, а как носитель искусственных спутников и космических аппаратов.
Работы по ракетно-космической тематике в ОКБ-52 разрешили продолжить. Тему «Ракетопланы» решено было прекратить, а на работу, являющуюся приоритетной в масштабах всей страны программу пилотируемого облета Луны выделить дополнительные ресурсы.
РН «Протон»: летные испытания
Для выполнения лунной программы в ОКБ-52 был разработан эскизный проект одноместного корабля ЛК, который предполагалось запустить на промежуточную околоземную орбиту с помощью усовершенствованного варианта ракеты, названного УР-500К, и стартовать с орбиты к Луне с помощью специального разгонного блока. Грузоподъемность носителя возрастала более чем на треть путем увеличения емкости баков верхних ступеней: удлинялся баковый отсек второй и менялась компоновка третьей (ее баковый отсек стал фактически укороченным вариантом баков второй ступени). Двигательные установки ступеней оставались без изменения.
Однако на первом этапе необходимо было подтвердить концепцию ракеты, для чего предложили запустить ее промежуточный - укороченный - вариант, использовав уже изготовленные первую и вторую ступени носителя УР-500. Решающее слово в пользу нового носителя должен был сказать его первый старт. Генеральный конструктор понимал, что, если пуск сорвется, может быть закрыта не только вся космическая программа, задуманная в ОКБ-52, но окажутся тщетными все усилия по разработке РН. Риск был велик, но В.Н.Челомей все же решил начать подготовку к запуску двухступенчатой ракеты УР-500. Приборостроительное конструкторское бюро Н.А.Пилюгина в кратчайшие сроки внесло изменения в систему управления. Научно-исследовательским институтом ядерной физики Московского государственного университета был срочно разработан полезный груз - блок толстостенных фотоэмульсий с детекторами космических частиц.
Весной 1965 г., когда на «фирме» В.Челомея еще работала проверяющая комиссия, завод имени М.В.Хруничева изготовил блоки ракеты УР-500. Спутник-лаборатория, названный «Протон» и предназначенный для изучения космических частиц высоких энергий, включающий кроме научной служебную аппаратуру, солнечные батареи и сбрасываемый головной обтекатель, был изготовлен в ОКБ-52 на базе корпуса третьей ступени ракеты УР-500. После проверки всех систем носитель и спутник были отправлены по железной дороге в Тюратам.
Подготовка к старту новой ракеты велась на левом («челомеевском») фланге в западной части полигона. Сборка блоков ракеты, интеграция носителя с полезным грузом и проверка ракетно-космической системы осуществлялись в горизонтальном положении в монтажно-испытательном корпусе (МИК) на технической позиции - площадке №92 космодрома Байконур. Вывоз носителя из МИКа и доставка с технической на стартовую позицию производились специальным транспортером-установщиком на железнодорожном ходу.
Стартовый комплекс ракеты «Протон-К». Фото О.Шиньковича.
На стартовой позиции (площадка №81) носитель переводился из горизонтального в вертикальное положение и устанавливался на стартовый стол подъемным устройством установщика. В отличие от «семерки», «пятисотка» не подвешивалась, а крепилась своей хвостовой частью непосредственно на поворотных опорах пускового стола. Обслуживание проводилось с помощью передвижной башни на рельсовом ходу, отводимой перед стартом. Роль кабельных и кабель-заправочных мачт выполнял специальный механизм стыковки со сложным электро, гидроо, пневморазъемом, ответная часть которого располагалась на днище центрального блока первой ступени.
Пусковой стол имеет двухлотковый газоотводной канал. В момент старта и в первые мгновения полета ракеты шесть поворотных опор стола отслеживают движение носителя до высоты примерно 100-150 мм, а затем убираются в индивидуальную нишу и закрываются защитными створками. Механизм стыковки разъемов, так же как и опоры, поднимается, отслеживая путь ракеты, а затем отбрасывается пневмоускорителем вниз, герметично закрываясь специальной стальной бронекрышкой, образующей рассекатель газовой струи.
Перед первым стартом не обошлось без неожиданностей: спешка при подготовке носителя на стартовой позиции чуть не привела к аварии. Из-за негерметичности одного из разъемов при заливке окислителя из заправочного трубопровода часть азотного тетраксида попала на электрожгуты. Встал вопрос: производить запуск или отложить его? Проверка показала, что замыкания на корпус нет. В.Челомей принял решение произвести пуск.
Старт состоялся 16 июля 1965 г. Выведение прошло успешно, и на орбите оказался тяжелый научно-исследовательский спутник «Протон-1». Специалистам ОКБ-52 только через несколько часов после запуска удалось получить из космоса сигналы о том, что спутник «жив», но впоследствии он функционировал нормально.
Кроме индекса 8К82 и «фирменного» обозначения УР-500, в первом запуске ракета имела и собственное имя - «Геркулес» (по другим источникам - «Атлант»), нанесенное большими буквами на поверхность второй ступени. Оно, однако, не прижилось и в открытой печати вскоре было изменено на «Протон».
Летные испытания двухступенчатого варианта ракеты, начатые летом 1965 г., закончились через год - 6 июля 1966 г. Во время четырех пусков на орбиту было выведено три тяжелых спутника серии «Протон» для изучения энергетического спектра и химического состава частиц первичных космических лучей, интенсивности и энергетического спектра гамма-лучей и электронов галактического происхождения. Третий по счету пуск, 24 марта 1966 г., был прерван из-за аварии на участке работы второй ступени - обломки носителя упали в районе Акмолинска (Целиноград Акмола).
Сразу после первого пуска УР-500 вся советская пресса распространила заявления о запуске в СССР небывало мощной ракеты-носителя, названной «Протон». Сообщалось, что грузоподъемность РН существенно больше, чем у всех ранее созданных. Но это утверждение относилось только к советским носителям. В прессе указывалась масса научных станций «Протон» в 12.2 т (с учетом массы научной аппаратуры, установленной на последней ступени). Однако действительная масса ПГ двухступенчатого варианта этой ракеты составляла только 8.3-8.4 т, что всего на 22-24% больше, чем у «Союза» - самой мощной РН на базе РР7, несмотря на то что масса УР-500 была больше на 75%. В этот же период проводились испытания американской РН «Saturn I», имеющей несколько большую грузоподъемность.
Основной вариант - трехступенчатая ракета УР-500К (8К82К) - разрабатывался в соответствии со знаменитым «лунным» Постановлением ЦК КПСС и СМ СССР от 3 августа 1964 г. Модернизация резко повысила грузоподъемность ракеты даже по сравнению с самым первым, исходным (УР-500) трехступенчатым вариантом. Сопоставляя характеристики УР-500К с носителем 11А511 «Союз», можно заметить, что первая превосходит последнюю по стартовой массе в 2.22 раза, по тяге в 2.25 раз, а по полезной нагрузке в 2.78 раз. Перспективы налицо, однако при освоении нового варианта «Протона» снова возникли трудности. Началось с того, что несмотря на сохранение приоритета ОКБ-52 по пилотируемому облету Луны (11 ноября 1964 г., в разгар работы проверочной комиссии, В.Н.Челомей докладывал о программе носителя УР-500К, одним из пунктов которой был запуск ЛК-1), Генеральному конструктору не дали завершить работу до конца. Ссылаясь на проблемы, возникшие у разработчиков корабля ЛК, руководство отрасли усомнилось в том, что ОКБ-52 сможет создать его к сроку, и поручило представить альтернативный вариант проекта... ОКБ-1 С.П.Королёва, имевшему опыт создания пилотируемых космических кораблей! Сергей Павлович неоднозначно относился к «Протону», однако отдавал должное его преимуществам. 8 сентября 1965 г. С.П. Королёв представил несколько вариантов использования ракеты УР-500К для облета Луны, одним из которых был запуск своего двухместного корабля с помощью этого носителя и разгонного блока «Д», взятого из проекта лунного комплекса Н1-Л3. Облетный корабль 7К-Л1 создавался на базе облегченного корабля 7К-ОК «Союз» разработки ОКБ-1, работы по которому к этому времени дошли до стадии изготовления опытных образцов. Этот проект, получивший название УР-500К - Л-1, и был принят к осуществлению.
Решено было провести 18 пусков ракеты УР-500К, совместив летно-конструкторские и государственные зачетные испытания носителя с отработкой и выполнением целевой программы по облету Луны сначала беспилотными, а затем и пилотируемыми кораблями 7К-Л1.
Первые пуски ознаменовали не просто испытание нового, трехступенчатого варианта «Протона» - с самого начала своей жизни носитель УР-500К испытывался не в трех, а в четырехступенчатом варианте: блок «Д» первый раз включался еще на доразгоне, т.е. для довыведения полезного груза на базовую околоземную орбиту, и с одинаковым успехом мог считаться и разгонным блоком корабля, и четвертой ступенью носителя.
21 сентября 1966 г. на техническую позицию прибыл технологический макет УР-500К (серийный № 22601), сборку которого завершили 28 сентября, а пневмоиспытания - 27 октября 1966 г. В МИКе на площадке №92, как в самом большом к тому времени здании полигона, проводилась выставка советской ракетно-космической техники, которая задержала начало пневмоиспытаний. Выставку посетили руководители стран «народной демократии» во главе с Л.И.Брежневым, которые осмотрели ракеты разработки ОКБ С.П.Королева, А.Д.Надирадзе и М.К.Янгеля. Из изделий В.Н.Челомея выставлялись макет спутника «Протон» и технологический макет УР-500К, который изначально должен был служить в качестве полного аналога штатной ракеты. Однако к началу испытаний стало ясно, что из-за доработки системы управления носителя использовать его для отработки технологии проверки электроцепей ракеты невозможно: макет стали применять для «примерки» головных частей и тренировок боевых расчетов.
4 октября 1966 г. макет носителя вывезли на стартовую позицию для проверки стыковки магистралей ракеты с наземным комплексом. Спешно велась отработка технологии заправочных операций с помощью имитаторов компонентов топлива (керосин вместо горючего и водный раствор этилового спирта вместо окислителя). Учитывая то, что окислитель (азотный тетраксид) имеет довольно высокую температуру плавления (-11°С) и может замерзнуть в баках ракеты, на наружную поверхность баков были наклеены электронагреватели. Однако в ходе отработки заправочных операций наземную часть системы термостатирования сожгли. Баки реальной ракеты заправлялись самовоспламеняющимся топливом - опасность пожара и взрыва при нештатной работе электронагревателей была велика. Решили попытаться справиться с ситуацией, не применяя термостатирования.
Вскоре эшелон привез первую летную ракету (серийный № 22701), сборка которой началась 21 ноября 1966 г. Как только один из стартов (левый) был готов к приему ракеты, 29 ноября 1966 г. УР-500К была вывезена на старт. Электроиспытания ракеты провели с 4 декабря 1966 г. по 28 января 1967 г. с перерывом на новогодние праздники.
28 февраля 1967 г. в МИК прибыла головная часть: обтекатель с системой аварийного спасения, разгонный блок «Д» и космический аппарат 7К-Л1П (упрощенный беспилотный аналог корабля Л-1). После интеграции ракеты и головной части 2 марта 1967 г. систему вывезли на старт. Серьезной проблемой при подготовке к пуску оказалась повышенная насыщенность заправляемого горючего газом, что могло явиться причиной кавитации на входе в турбонасосы двигателей. Наземные процедуры результатов не давали. Однако в конце концов выяснилось, что причина не в горючем, а в пробоотборном контейнере, который был неверно оттарирован и давал неправильные результаты.
По исходным планам пуск намечался на 8 марта 1967 г., однако он был перенесен из-заа праздника на 10 марта. УР-500К стартовал успешно, груз был выведен на орбиту и выполнил полетное задание. В печати объявили, что запущен спутник «Космос-146». Дальнейшие летные испытания, однако, радости создателям не принесли.
В рамках облетной программы с 10 марта 1967 г. до 20 октября 1970 г. было произведено 11 пусков ракеты УР-500К с блоком «Д» и кораблем Л-1 в беспилотном варианте («Зонд»). После этого на программу выдали отрицательное заключение, указывающее на недостаточную надежность систем носителя и корабля. Констатировалось, что из всех пусков, выполненных по программе УР-500К-Л-1, только один («Зонд-7») можно признать полностью успешным. Частично успешными были пять запусков, остальные пять были признаны неудачными. Причинами неудач в 60% случаев были аварии носителя, в 20% - отказы систем блока «Д», и в 20% - отказы систем корабля. Таким образом, общая вероятность успешного выполнения задачи полета этой программы - облет Луны и приземление на территории Советского Союза - составила не более 9%. Однако катастрофического исхода - гибели космонавтов - в случае пилотируемого запуска, возможно, удалось бы избежать, так как система аварийного спасения работала достаточно надежно. В заключении также была дана ссылка на нецелесообразность дальнейшего продолжения программы Л-1. Облет Луны и посадка на ее поверхность потеряли смысл, так как уже были выполнены в рамках американской программы «Apollo»...
В связи с частыми неудачными пусками, летные испытания плавно переросли в этап опытной эксплуатации. Программа государственных испытаний ракеты 8К82К, включавшая 61 пуск, завершилась 29 сентября 1977 г. пуском носителя (серийный №29501) с орбитальной станцией «Салют-6».