СССР. Высадка на Луну. Инструкция для попаданца. Часть II. Лунная гонка.
Продолжение. Начало — I. Предисловие.
До запуска первого искусственного спутника Земли Сергей Павлович Королев задумывался над способами увеличения массы аппаратов, выводимых на околоземные орбиты или на траекторию полета к планетам. Наиболее очевидным путем казалось создание мощных средств выведения — ракет-носителей (РН). С 1956-го в ОКБ-1, возглавляемом им, велись предварительные работы над проектами. Первые предположения представили на совещании главных конструкторов 15 июля 1957 г. Там приняли решение о необходимости развития работ в этом направлении.
В марте 1960-го Королев доложил руководству отрасли и другим главным конструкторам о том, что в ОКБ-1 подготовлены материалы по тяжелой РН. Это была ракета Н-1.
Расчёты показали, что большинство задач как военного, так и космического назначения решаются РН с полезным грузом массой 70-100 т, выводимого на круговую орбиту Земли высотой 300 км.Созданию ракеты Н-1 предшествовали исследования по возможности разработки ракет с двигателями на основе использования ядерной энергии, в результате которых была показана целесообразность создания тяжёлых ракет-носителей с использованием на всех ступенях жидкостных ракетных двигателей на освоенных компонентах топлива с применением в последующем водорода в качестве горючего и в перспективе — ядерных двигательных установок.
Постановлением Правительства от 23 июня 1960 г. «О создании мощных ракет-носителей, спутников, космических кораблей и освоении космического пространства в 1960-1967 гг.,» предусматривалось проведение в 1960–1962 гг. проектно-конструкторской проработки и необходимого объёма исследований в целях создания в ближайшие годы новой космической ракетной системы со стартовой массой 1000-2000 т, обеспечивающей вывод на орбиту вокруг Земли тяжёлого межпланетного космического корабля массой 60-80 т, мощных жидкостных ракетных двигателей с высокими характеристиками, ЖРД на жидком водороде, ядерных и электрореактивных двигателей, высокоточных систем автономного и радиотехнического управления, систем космической радиосвязи.
Постановлением Правительства от 13 мая 1961 г. «О пересмотре планов по космическим объектам в направлении выполнения задач оборонного значения» был определен срок создания ракеты Н-1 в 1965 г., однако Постановлением от 16 апреля 1962 г. «О важнейших разработках межконтинентальных баллистических и глобальных ракет и ракет-носителей космических объектов» создание РН Н-1 было ограничено разработкой в 1962 г. эскизного проекта с необходимым экономическим обоснованием стоимости её создания. (Оформлено одновременное проведение конкурса на разработку тяжелых ракет еще с КБ Челомея и с КБ Янгеля)
При выборе стартовой массы РН Н-1 последовательно были рассмотрены многоступенчатые РН со стартовой массой от 900 до 2500 т с одновременной оценкой технических возможностей их создания и подготовленности промышленности страны к их производству.
Одновременно были определены возможности экспериментальной и стендовой отработки агрегатов РН и блоков 2 и 3 ступени на существующей экспериментальной базе НИИ-229 с минимальными доработками. Пуски РН предусматривались с космодрома Байконур с созданием необходимых технических и стартовых сооружений.Для проектных проработок РН Н-1 был принят полезный груз массой 75 т с использованием на всех ступенях ЖРД на компонентах топлива кислород-керосин. Этому значению массы полезного груза соответствует стартовая масса РН 2200 т, и было учтено, что применение на верхних ступенях в качестве горючего водорода позволит увеличить массу полезного груза до 90-100 т при той же стартовой массе.
Исследования, проведённые технологическими службами заводов-изготовителей и технологическими институтами страны, показали не только техническую возможность создания такой РН с минимальными затратами средств и сроков, но и готовность промышленности к её производству.
В процессе проектирования были рассмотрены различные компоновочные схемы с поперечным и продольным делением ступеней, с несущими и не несущими баками, в результате чего была принята схема ракеты с поперечным делением ступеней при подвесных моноблочных сферических топливных емкостях, с многодвигательными установками на 1, 2 и 3 ступенях.
Опираясь на первое постановление, Королев 1 октября 1960 г. выдал главным конструкторам техническое задание (ТЗ) на разработку двигателей с очень высокими рабочими характеристиками для ступеней будущей РН, построенных по замкнутой схеме, с большим давлением в камере сгорания, высоким удельным импульсом и небольшой массой.
Конец 50-х — начало 60-х годов характеризовались выдающимися успехами советской ракетно-космической техники. Но политическое руководство страны оттеснило авиацию на второй план, поспешило закрыть или перепрофилировать ряд ее предприятий. (Моторостроительные КБ оставались без заказов).
После получения лично от Н. С. Хрущева задания о загрузке авиационных КБ, Королев выбрал для сотрудничества фирму Николая Дмитриевича Кузнецова (г. Куйбышев), которая занималась разработкой и производством мощных реактивных и винтовых газотурбинных двигателей. На решение о кооперации повлияло и соседство с филиалом № 1 ОКБ Королева и заводом «Прогресс», где изготавливались ракеты Р-7.
Подробнее:
https://www.arms-expo.ru/articles/armed-forces/raketa-n-1-tsar-raketa/
http://epizodyspace.ru/bibl/vetrov/korolev-delo/04-04.html#39
Другими проектами, участвующими в конкурсе на создание тяжелых ракет на паре НДМГ-АТ были:
— УР-500-УР-700. Разработка ракеты начата ОКБ-52 генерального конструктора В.Н.Челомея в инициативном порядке весной 1961 г. Официальное решение о разработке ракеты принято Постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР № 409-183 от 24 апреля 1962 г. Тактико-технические требования на ракету приняты Министерством обороны СССР решением № Т726 от 17.01.1963 г. Главный ведущий конструктор темы УР-500 на первом этапе — П.А.Ивенсен. С 1962 г. главный конструктор темы — Ю.Н.Труфанов.
— КБ М.К.Янгеля предложило проект унифицированных МБР Р-46 и тяжёлой РН Р-56 со стартовой массой 1165—1421 т. Инициативная разработка в КБ Янгеля комплекса сверхтяжёлой ракеты-носителя осуществлялась ОКБ-586 в соответствии с Постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР от 22 мая 1963 года.
К марту 1961-го два ракетных — В. Глушко и А. Исаев, и два авиационных — Н. Кузнецов и А. Люлька — конструктора двигателей изъявили желание принять участие в разработках для Н-1 и подписали согласованное ТЗ.
Незадолго до этого по заданию Глушко в Государственном институте прикладной химии (ГИПХ) было синтезировано новое горючее — несимметричный диметилгидразин (НДМГ или «гептил»), которое в паре с кислородом обещало более высокие энергетические характеристики, чем керосин. Кроме того, новое горючее самовоспламенялось в паре с азотной кислотой или с азотным тетроксидом (AT). По расчетам Глушко, оно со временем должно на всех ступенях ракет вытеснить остальные типы. Ориентируясь на НДМГ, конструктор взялся за разработку ЖРД для первой и второй ступеней Н-1. В его двигателях новое горючее могло работать в паре с кислородом или AT.
Личное знакомство Королева и Кузнецова состоялось, по-видимому, в 1956-1957 годах. Через год кузнецовское ОКБ при сотрудничестве со специалистами ОКБ А. Люльки, которые уже имели определенный опыт экспериментальных работ в области ЖРД, начало разработку кислородно-керосинового двигателя НК-9 для межконтинентальной ракеты Р-9 конструкции ОКБ-1.
НК-9 отличался прогрессивной замкнутой схемой и высокими характеристиками, подтвержденными в ходе наземных стендовых испытаний. Однако под сильным нажимом Глушко на первую Р-9 установили его двигатель РД-111. Основной довод: наличие у химкинского ОКБ большого опыта создания мощных ЖРД.
Опираясь на опыт создания НК-9, Кузнецов согласился спроектировать кислородно-керосиновые ЖРД для второй ступени Н-1 (НК-15, НК-33). Для третьей ступени мог использоваться несколько видоизмененный высотный вариант НК-9.
Исаев и Люлька взялись разработать кислородно-водородные ЖРД для верхних ступеней и разгонных блоков перспективных вариантов Н-1.
Как видим, «области определения» конструкторов-двигателистов во многом перекрывали друг друга. В этом была своя логика: Королев прекрасно осознавал степень риска и стремился подстраховаться от всяческих неожиданностей, которые в избытке встречались ранее.
Уже во время первой серьезной работы ОКБ Глушко с новым синтетическим горючим, при разработке двигателя ГДУ-10 для третьей ступени носителя на базе первой отечественной МБР — знаменитой королевской «семерки», из-за ряда трудностей отработка ЖРД затягивалась. Создание трехступенчатой ракеты было бы сорвано, если бы Королев не поручил параллельную разработку необходимого двигателя на кислороде и керосине одному из отделов своего ОКБ. Сделанный на базе камеры сгорания разработки С. Мельникова и турбонасоса С. Косберга двигатель РО-7 позволил уже 23 сентября 1958 г. осуществить первую в СССР попытку запуска космического аппарата к Луне. 2 января 1959-го стартовала «Луна-1», 12 апреля 1961 г. — Ю. А. Гагарин (носитель назвали «Восток»).
Работы в ГДЛ-ОКБ по топливной паре «кислород-НДМГ», проходившие с серьезными трудностями и большим отставанием от первоначального графика, закончились созданием двигателя РД-119, который был установлен на второй ступени РН «Космос» разработки М. К. Янгеля (первая попытка запуска — 27 октября 1961 г. Так Янгель спас лицо Глушко, взяв его «беспризорный» двигатель, а Глушко помог Янгелю «выйти в космос»).
Период эскизного проектирования Н-I совпал с отработкой ракеты Р-9. С двигателем РД-111 у глушковцсв возникало множество проблем, что привело к затягиванию испытаний МБР почти на два года. Специалисты ОКБ казались поставленными в тупик высокочастотными колебаниями и неустойчивостью рабочего процесса в камере сгорания. У них сложилось впечатление, что сделать однокамерный ЖРД тягой свыше 100 тс на кислороде чрезвычайно затруднительно.
По мнению Глушко, создание двигателя необходимой размерности на кислороде могло затянуться, натолкнувшись на проблемы пульсационного горения и защиты стенок камеры и сопла от перегрева. В свою очередь, применение долгохранимых компонентов, дающих в камере ЖРД устойчивое горение с температурой на 280 — 580° C ниже, чем кислородное топливо, позволит ускорить отработку двигателя. Кроме того, ЖРД на самовоспламеняющейся паре АТ-НДМГ получался конструктивно проще.
Опасения Глушко разделял Исаев, который также скептически относился к возможности создания в кратчайшие сроки мощного кислородного ЖРД. Но Королев не мог примириться с самым главным недостатком предлагаемых Глушко двигателей — их невысоким удельным импульсом, свойственным долгохранимым топливам, который приводил к снижению грузоподъемности ракеты или увеличению ее стартовой массы и удорожанию всей программы вследствие высокой стоимости компонентов топлива.
Так начался конфликт между Королевым и Глушко, который во многом повлиял на дальнейшее развитие событий.
События цикла 1965 г.
1. 13 -14 октября 1964 г. состоялось заседание Президиума ЦК КПСС. Хрущев был снят с должности Генсека. Его заменил Л.И.Брежнев. Достал Хрущев политическую элиту непредсказуемой политикой, волюнтаристскими методами, да и судя по ходу разработок тяжелых ракет, управление страной было пущено на самотек.
2. Выходит Постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР «О работах по исследованию Луны и космического пространства» № 655-268 3 августа 1964 г. Оно завершило конкурс на разработку тяжелых ракет, определило дальнейший порядок работ, конкретных исполнителей. Судите сами — http://www.coldwar.ru/arms_race/iniciativa/o-rabotah-po-lune.php
3. Выход этого постановления и отказ от разработки УР-700 в пользу Н-1 для высадки на Луну, побудил коллектив Челомея искать дальнейшие пути для замены этого фронта работ. В октябре 1964 г. инициированы работы по работе над космическими долговременными орбитальными станциями (ДОС) с использованием наработок от корпусов УР-700. Это в дальнейшем ДОС «Алмаз», «Салют».
4. 16 декабря 1965 года — скончался заместитель главного конструктора ОКБ-1, ближайший сподвижник Королева С.П. Леонид Александрович Воскресенский.
14 января 1966 г — на операционном столе умирает С.П.Королев.
Место главного конструктора занимает Мишин Василий Павлович.
5. Достижения в космосе:
— 12 октября 1964 года в СССР был осуществлен запуск первого в мире многоместного пилотируемого космического корабля «Восход-1» с экипажем в составе: В.М. Комаров, К.П. Феоктистов, Б.Б. Егоров.
— 18 марта 1965 года космонавт СССР Алексей Леонов совершил первый в истории человечества выход в открытый космос.
— 16 июля 1965 года состоялся первый запуск ракеты-носителя «Протон» — многоступенчатой ракеты-носителя на НДМГ-АТ.
— 18 июля 1965 года в СССР с космодрома Байконур был осуществлен запуск ракеты-носителя с автоматической межпланетной станцией «Зонд-3» на борту. Аппарат станции передал на Землю снимки обратной стороны Луны.
— 12 ноября 1965 года произведён запуск автоматической межпланетной станции «Венера-2».
(27 февраля 1966 года советская АМС«Венера-2» прошла на расстоянии 24 тыс. км от Венеры)
— 16 ноября 1965 года в СССР запущена «Венера-3», беспилотный космический корабль, который первым достиг поверхности Венеры. Стал первым земным аппаратом, достигшим поверхности другой планеты. (1 марта 1966 года достиг поверхности)
— 3 декабря 1965 года в СССР произведён запуск космической ракеты с автоматической межпланетной станцией «Луна-8» с целью комплексного испытания систем станции на всех этапах полёта и прилунения. 6 декабря 1965 года из-за неисправности возникшей в полете, советская АМС “Луна-8”, разбилась о поверхность Луны.
— 31 января 1966 года в СССР осуществлён пуск ракеты-носителя «Молния», которая вывела на траекторию полёта к Луне автоматическую межпланетную станцию «Луна-9», которая 3 февраля 1966 года впервые в истории освоения космоса совершила мягкую посадку на поверхность Луны и впервые передала на Землю телепанорамы лунной поверхности.
— 31 марта 1966 года осуществлен запуск первого в мире искусственного спутника Луны — автоматической станции «Луна-10». 3 апреля 1966 года советская АМС Луна-10 впервые в мире вышла на орбиту вокруг Луны.
— разработана трёхступенчатая РН среднего класса 11А511 «Союз» КФЦКБЭМ в 1966 году в соответствии с постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР № 1184—435 от 3 декабря 1963 года.
События цикла 1969 г.
— 21 декабря 1968 года был запущен «Аполлон-8», и 24 декабря совершил первый в истории человечества пилотируемый облёт Луны.
— 16 июля 1969 года стартовал «Аполлон-11». 20 июля в 20 часов 17 минут лунный модуль прилунился в Море Спокойствия. Нил Армстронг спустился на поверхность Луны 21 июля 1969 года в 02 часа 56 минут по Гринвичу. СССР потерял свое технологическое лидерство.
— 14 января 1969 года в Советском Союзе на околоземную орбиту были выведены космические корабли «Союз-4» и «Союз-5». 16 января при их соединении была осуществлена первая ручная стыковка космических кораблей, образовавших первую в мире экспериментальную орбитальную станцию.
— Первый пуск Н-1. 21 февраля 1969 г. в 12 ч 17 мин 55 с. По ложной команде система КОРД выключила исправные ЖРД №12 и 24 блока «А». Ракета сошла со стартового стола в 12 ч 18 мин 07 с при 28 работающих двигателях из 30. На 6-й секунде полета из-за повышенной вибрации газогенератора ЖРД №12 оборвалась трубка датчика замера давления газа после турбины, на 28-й, после начала дросселирования тяги для уменьшения нагрузок при прохождении максимального скоростного напора, оборвалась трубка замера давления горючего перед газогенератором того же ЖРД. «Кислый» газ с температурой 340° С смешался с горючим, образовав пожароопасную смесь. На 55-й секунде в хвостовом отсеке блока «А» вспыхнул пожар. Об этом свидетельствовало резкое возрастание температуры в районе ЖРД №№ 3, 21, 24, 23, 22. На 69-й секунде бушевавшее пламя пережгло изоляцию кабелей, вызвав срабатывание системы КОРД из-за замыкания цепей телеметрии и системы управления двигателей. Все ЖРД блока «А» были отключены. Горящая ракета летела под небольшим углом к горизонту. Она не взорвалась, не рассыпалась в воздухе на обломки. Плавно снижаясь, упала в 50 км от старта.
— Второй старт Н-1 (экземпляр 5л) состоялся З июля 1969 г. в 23 ч 18 мин 32 с по московскому времени. За четверть секунды до отрыва от стартового стола из-за попадания в насос окислителя металлического предмета (предположительно — стальной диафрагмы датчика пульсаций давления) взорвался ЖРД № 8 блока «А». Перебило бортовую кабельную сеть, повредило соседние двигатели и телеметрическое оборудование. Начала разрушаться нижняя часть ступени. Через 0,5 с после команды «контакт подъема» система КОРД начала выключать ЖРД №№ 7, 8, 19 и 20; на девятой секунде -двигатель № 21 (противоположный ЖРД № 9). Еще через пару секунд были отключены все двигатели, кроме ЖРД №18. который продолжал работать. Не успев из-за разрушения силовой кабельной сети отработать команду разворота на курс, ракета, поднимавшаяся практически вертикально, достигла высоты около 200 м, затем также вертикально стала падать на стартовый стол. На 15-й секунде полета сработала система аварийного спасения спускаемого аппарата беспилотного корабля 7К-Л1C, входившего в состав головного блока ракеты. Единственный работающий ЖРД постепенно разворачивал носитель вокруг оси, и после 23-секундного «полета» ракета почти плашмя упала на старт и взорвалась. Она разрушила стартовое сооружение № 1, полностью уничтожила поворотную башню обслуживания, серьезно повредила подземные помещения стартового комплекса.
— Следующий, третий старт, был был только через два года — 27 июня 1971 г.
Изделие № 6Л с макетом беспилотного лунного орбитального корабля ЛОК (11Ф93) и макетом лунного посадочного корабля ЛК (11Ф94) комплекса Л3. Все 30 двигателей блока А вышли на режим предварительной и главной ступеней тяги в соответствии со штатной циклограммой и нормально функционировали, однако в результате нерасчётного момента по крену ракету стало поворачивать вокруг продольной оси, рулевые сопла перестали справляться с поворотом, углы превысили допустимые, и ракета начала разрушаться в полёте. Первым разрушилось место соединения блока В и головного блока, он упал недалеко от места старта. Поскольку для гарантий сохранности стартового комплекса команда аварийного выключения двигателей была заблокирована до 50 секунд, полёт продолжался. Первая и вторая ступени неуправляемо полетели дальше, и после снятия блокировки на 50,1 секунды полёта двигатели были выключены аварийной командой от концевых контактов гироприборов. Врезавшись в землю со взрывом, РН образовала в 16,2 км от старта воронку диаметром 45 и глубиной 15 метров. Ракета не долетела до площадки № 31 около пяти километров.
— Четвертый старт — 23 ноября 1972 г.
Изделие № 7Л с беспилотным лунным орбитальным кораблем ЛОК (11Ф93) и макетом лунного посадочного корабля ЛК (11Ф94) комплекса Л3. Перед испытанием ракета претерпела значительные изменения, направленные на устранение выявленных недостатков и увеличение массы выводимого полезного груза. Управление полётом осуществляла бортовая ЭВМ по командам гироплатформы (главный конструктор Н. А. Пилюгин). В состав двигательных установок были введены рулевые двигатели. Была установлена фреоновая противопожарная система, создающая в полёте вокруг двигателей защитную газовую среду. Измерительные системы были доукомплектованы вновь созданной малогабаритной радиотелеметрической аппаратурой. Всего на этой ракете было установлено более 13 тысяч датчиков. Ракета пролетела 106,93 секунды до высоты 40 км. С пятидесятой секунды полета на первой ступени начались продольные автоколебания корпуса и давления в двигателях. За 7 секунд до расчётного времени разделения первой и второй ступеней при плановом снижении тяги путём отключения шести центральных двигателей произошло практически мгновенное, со взрывом, разрушение насоса окислителя двигателя № 4. Взрыв повредил соседние двигатели и саму ступень. Затем последовал пожар и разрушение первой ступени. Теоретически, энергоресурсов ракеты было достаточно, чтобы, при условии досрочного отделения первой ступени, обеспечить нужные параметры выведения за счёт работы верхних ступеней. Однако система управления не предусматривала такой возможности.
— 10 ноября 1970 года на АМС Луна -17 был успешно запущен в космос первый в мире планетоход с дистанционным управлением. Им стал «Луноход-1», который достиг поверхности Луны 17 ноября 1970 года и проработал на ней до 14 сентября 1971 года. За время нахождения на поверхности Луны «Луноход-1» проехал 10 540 м, обследовав площадь в 80 000 м², передал на Землю 211 лунных панорам и 25 тысяч фотографий. Максимальная скорость движения составила 2 км/ч. Суммарная длительность активного существования Лунохода составила 301 сутки 06 ч 37 мин. За 157 сеансов с Землёй было выдано 24 820 радиокоманд. Прибор оценки проходимости отработал 537 циклов определения физико-механических свойств поверхностного слоя лунного грунта, в 25 точках проведён его химический анализ. 8 марта 1971 года операторы «Лунохода-1» в честь праздника дважды «нарисовали» на Луне колёсами цифру «8». Последний успешный сеанс связи состоялся 14 сентября 1971 в 13:05 по всемирному времени, на этот момент было отмечено неожиданное уменьшение давления в гермообъёме корпуса. К сентябрю 1971 года температура внутри герметичного контейнера лунохода стала падать, так как исчерпался ресурс изотопного источника тепла — к этому времени его тепловыделение упало более чем в 4 раза по сравнению с моментом посадки. 30 сентября аппарат на связь не вышел. 4 октября все попытки войти с ним в контакт были прекращены и было объявлено об официальном завершении программы.
Луноход — 1
События цикла 1973 г.
— 3 апреля 1973 года выведена на орбиту первая долговременная орбитальная станция «Салют-2». 15 апреля, произошла внезапная разгерметизация отсеков станции, а потом перестала поступать телеметрическая информация с борта. Став неуправляемым, «Салют-2» начал быстро терять высоту и 29 апреля сгорел в плотных слоях атмосферы.
-16 января 1973 года после мягкой посадки на поверхность Луны в восточную часть Моря Ясности кратера Лемонье советской межпланетной станции «Луна-21» в путешествие по спутнику Земли отправился «Луноход-2».
— Из-за неудач в программе Н-1 и многочисленных неудач в космических программах в мае 1974 г снят с должности главного конструктора В.П.Мишин и назначен на его место в мае 1974 г. В. Глушко. Все работы по Н-1 во вновь образованном НПО «Энергия» в кратчайший срок полностью свернули.
Двигатели НК-33, как наиболее совершенное творение в эволюции двигателей для Н-1, подлежали уничтожению и забвению.
Вот вкратце история событий, необходимая нам для дальнейшего повествования.
Продолжение — III. Альтернатива. Общие вопросы.
