Р-7 Проблема N 3 - сопряжение тяжелой ракеты со стартовым устройством

Ни одна из предлагаемых в эскизном проекте компоновок пакета не обладала надежностью при сопряжении с предполагаемым стартовым сооружением. Начиная с А-4 - Р-1 мы привыкли к свободно стоящей ракете, стартующей со стола. Но как установить пакет из пяти ракет на стол, чтобы он не рассыпался? Нагрузка на хвостовую часть блоков при такой схеме будет столь велика, что для обеспечения прочности необходимо было такое усиление конструкции, которое выходило за разумные пределы. По расчетам, при скорости ветра до 15 м/с из-за большой "парусности" пакета (ширина пакета в хвостовой части составляла 10 м) создавались нагрузки, угрожавшие свалить ракету со стола. Королев просил Бармина спроектировать вокруг старта стену для защиты от ветра. Бармин от этой работы категорически отказался: "Создание китайской стены вокруг старта не входит в мою тематику". В КБ Бармина полным ходом проектировалась "телега", которая вывозила собранную ракету из МИКа в вертикальном положении и устанавливала ее на четыре стола - по одному для каждого бокового блока. Никого такая схема не воодушевляла. Сложно и дорого. Кроме всего прочего, когда проектанты подсчитали, какой может быть опрокидывающий момент за счет разброса абсолютной величины тяги двигателей боковых блоков и сложили его с возможными ветровыми нагрузками, то убедились, что без "китайской стены" обойтись никак нельзя. В то же время сама идея стены вызывала столько обоснованных возражений, что общее мнение сводилось к короткой фразе: "Так дальше продолжаться не может". Положение создавалось критическое. Силовая схема пакета была выбрана так, что в полете усилия от тяги двигателей боковых блоков передавались на центральный блок в верхней силовой связи. Боковые блоки как бы тащили весь пакет, упираясь в "талию" центральной второй ступени. Эта схема оказалась оптимальной для полетных условий. Принцип соединения боковых блоков с центральным, передача усилий на центральный блок и последующая техника безударного отделения - развала пакета так, чтобы центр спокойно ушел вперед без всякой опасности соударений, - все это было остроумно, изобретательно придумано и разработано. Проектная группа, которая все это придумала, возглавлялась Павлом Ермолаевым в отделе, которым руководили сначала Константин Бушуев , а затем Сергей Крюков . Очень внимательно и придирчиво за предложениями по технологии сборки пакета и схеме разделения следил Королев . Мишин , еще со студенческих лет любивший нетривиальные предложения в практической механике, уделял этой проблеме большое внимание. Наряду с такой новинкой, как рулевые камеры вместо рулей, эти проблемы начали выплескиваться на Советы главных и приводить к жарким спорам. Возникла идея отказаться от стартовых столов и создать ракете еще на Земле условия, близкие к полетным. Вместо установки на стол ракета подвешивается в стартовом устройстве, опираясь на его фермы в том же месте, куда передаются усилия боковых блоков. Если бы в те времена возникли мысли о исторической перспективности принимаемых решений и закреплении их авторскими свидетельствами, то в коллективе изобретателей на первом месте должны были значиться Мишин , Ермолаев и Крюков .

Их предложение могло опрокинуть разработки, на которые Бармин уже затратил много сил. Наземщики продолжали отстаивать свою позицию - опирание хвостовыми отсеками боковых блоков на стартовое устройство. Королев поручил Мишину доложить новые революционные идеи Совету главных и Рудневу , который в то время был председателем Государственного комитета по оборонной технике и отвечал за выполнение постановления о создании межконтинентальной ракеты. НИИ-88 снова находился в подчинении Руднева. С его участием Совет главных рассмотрел новое и необычное предложение по схеме старта Р-7.

Мишин докладывал очень экспрессивно. Он предложил производить сборку пакета не вертикально, а горизонтально в монтажном корпусе. Собранную ракету в горизонтальном виде перевозить на старт, поднимать и не устанавливать на столы, а подвешивать весь пакет в стартовой системе за силовые узлы на боковых блоках в местах их крепления к центральному блоку. При этом предлагалось опустить нижний срез ракеты за счет ликвидации стартовых столов. Ветровые нагрузки теперь принимали на себя фермы стартовой системы, а конструкция ракеты не усиливалась, учитывались только полетные нагрузки. В таком варианте Бармину предлагалась разработка более простого единого транспортного установочного агрегата. Отпала необходимость в "китайской стене".

За 1955 год было разработано уникальное по инженерной оригинальности стартовое сооружение, которым по праву могут гордиться его создатели. Боковые блоки на пусковой установке подвешиваются на опорных стрелах за свой прочный носовой узел, а центральный блок опирается в четырех точках на шарообразные оголовки носовых узлов боковых блоков. Конструкция разработана так, что радиальные сминающие силы на ракету не передаются. При старте ракеты опорные стрелы отслеживают движение ракеты. После выхода оголовков опорных стрел из специальных опорных гнезд в носовых узлах боковых блоков опорные стрелы с фермами отбрасываются, поворачиваясь на опорных осях и освобождают путь для подъема ракеты. При старте ракета и стартовое устройство составляют единую динамическую систему. Анализ движения ракеты не мог быть проведен независимо от стартового сооружения. Динамика подвижных частей стартовой системы, в свою очередь, не могла рассматриваться без анализа поведения ракеты. Это было быстро понято при согласовании принципиальной схемы. Совсем зеленый молодой специалист Лебедев получил от Королева ответственное задание участвовать в работе коллектива Бармина в качестве "представителя ракеты" по динамике. Его способность описать динамику инженерной конструкции системой дифференциальных уравнений, проанализировать их и сделать чисто инженерные выводы представлялась мне вполне достаточной, чтобы еще тогда сразу присудить ему степень хотя бы кандидата технических наук. Но получил он ее значительно позже, потратив уйму времени на оформление диссертации, в которую были включены еще многие другие, менее важные для истории техники вопросы.

Никакие теоретические исследования не могли дать полной уверенности в надежности выбранной схемы, отсутствии конструкторских ошибок и правильности выбора всех динамических параметров. Методы моделирования с помощью электронных ЦВМ в те годы еще большой уверенности не внушали.

Нужен был прямой эксперимент. Но провести его на полигоне невозможно: как поднять ракету, не запустив двигателя? Поиски привели на Ленинградский металлический завод (ЛМЗ) , тогда еще имени Сталина. В огромном корпусе, где собирались орудийные башни главного калибра для морских судов, была подходящая высотная часть, нужное заглубление, все необходимые подъемные краны. Осенью 1956 года стартовая система вместо полигона прибыла на ЛМЗ, где была смонтирована и отрабатывалась под руководством Бармина с участием работников завода. Наш опытный завод специально для этого эксперимента изготовил полномасштабные макеты всех блоков, которые собирали на ЛМЗ. В Ленинграде ракета впервые встретилась со своим стартовым устройством. После монтажа установки был произведен пробный "пуск" ракеты - вместо двигателей ее поднял заводской кран. Испытатели испугались, наблюдая, что фермы отходят с недопустимо большим разбросом по времени. Лебедев всех успокоил, показав расчетом, что так и должно быть (по нашей терминологии, замечание из серии "ТДБ").

"Все прошло нормально, - объяснял Лебедев. - Причиной такого разброса во времени является очень малая скорость подъема ракеты краном, раз в сто медленнее, чем при реальном старте". Я присутствовал на этих отработочных испытаниях не активным участником, а скорее любопытствующим болельщиком. Тем не менее, увидев меня после разбора этого инцидента, скупой на похвалы Бармин спросил: "Давно работает у вас этот парень?" Я объяснил, что не больше года. "Толковый, даже очень". Но на этом проблемы разработки динамики старта отнюдь не были исчерпаны.

Ссылки: