Ракета, "перешагнувшая технологические возможности своего времени": история Н-1
55 лет назад, 21 февраля 1969 года состоялся первый пуск сверхтяжелой ракеты-носителя Н-1, которая должна была обеспечить победу СССР в лунной гонке с США. Разработанная еще Сергеем Королевым сверхмощная "лунная" ракета обогнала свое время. Уровень тогдашнего развития технологий не позволил успешно завершить этот смелый проект.
Подготовка ракеты для покорения Луны
Разработка ракеты-носителя для выполнения перспективных задач, таких как строительство тяжелых многоцелевых космических комплексов на околоземной орбите, осуществление полетов к Луне и планетам Солнечной системы, а также запуск сложных автоматических станций в дальний космос началась в Особом конструкторском бюро (ОКБ-1) под руководством Сергея Королёва в конце 1950-х, еще до полета Юрия Гагарина. В 1964 году, когда стали очевидны успехи американцев по программе «Аполлон», призывающей осуществить лунную высадку первого человека к началу 1970-х, Н-1 переориентировали на решение основной задачи – доставить космонавта на Луну раньше американцев.
Советский лунный комплекс получил обозначение Н-1 – Л-3. Руководство СССР была поставлена политическая задача - осуществить первую лунную экспедицию к 50-летию Великой октябрьской социалистической революции, то есть в 1967 году. Однако из-за многочисленных сложностей технического и организационного характера, включая неритмичное и недостаточное финансирование, летный испытания ракеты пришлось отложить на более поздний срок. Стартовый и технический комплексы на космодроме Байконур были готовы к работе со сверхтяжелым носителем в сентябре 1967 года. К этому времени в Монтажно-испытательном корпусе (МИКе) собрали макетный экземпляр ракеты 1М1, по массе, габаритам и составу многих систем сходный с лётными изделиями. В конце 1967 года начались многочисленные проверки и испытания наземных систем стартового комплекса с использованием макета, установленного на пусковое устройство.
7 мая 1968 года начались испытания «тройки» на стартовом столе. Работы длились весь май и июнь. 1 августа испытатели получили разрешение на подготовку пуска. В октябре прошла десятисуточная тренировка по заправке макетной ракеты топливом («мокрый прогон»).
Пока велись испытания на старте, 11 августа американский спутник-шпион KeyHole 8, пролетая над советским космодромом, сфотографировал Н-1. Вскоре снимок лег на стол президента США Линдона Джонсона. Как считают некоторые историки, эта фотография вынудила американцев форсировать работы по программе «Аполлон».
Космический гигант с 42-мя двигателями
Н-1 резко отличалась от всех ракет, разработанных до неё (да и после), причем не только по массе и габаритам (на старте она весила свыше 2750 тонн, имела высоту 105 метров и диаметр основания более 16 метров). Выбранная схема носителя – трёхступенчатый тандем с последовательным соединением и поперечным делением ступеней – обеспечивала максимальную выводимую массу полезного груза, снижала число механических, электрических и гидропневматических соединений между блоками, упрощая стартовый комплекс. При этом проектные решения – компоновка, конструкция и способ управления – были весьма своеобразны. Они исходили из принципа «создать, доставить на космодром и отправить в полет изделие как можно быстрее и дешевле, с использованием имеющихся технологий».
Н-1 строилась по принципу конструктивного подобия ступеней. Каждый ракетный блок формировался двумя сферическими топливными баками (сверху поменьше бак горючего, снизу побольше бак окислителя), подвешенных внутри конического силового каркаса. Двигатели стояли в нижней части ступени, усилия от тяги передавались на силовой каркас. Баки, воспринимающие только внутреннее давление и сравнительно небольшие нагрузки от веса топлива, были крайне лёгкими: при равном объёме с цилиндром оболочка сферы вдвое тоньше. Зато росла масса «сухих» отсеков (каркасов) и падало весовое совершенство конструкции. Видимые недостатки решения компенсировались высокими характеристиками двигателей. Удельная масса полезного груза Н-1 – рекордная для кислородно-керосиновых ракет тех лет.
Многодвигательная концепция порождала риск отказа единичных двигателей, но одновременно предоставляла возможность резервирования, которое (при правильном проектном подходе) могло обеспечить слаженную работу «связки», составленной из элементов, не обладающих 100%-ной надёжностью.
Управление разнотягом – дросселированием/форсированием противоположных двигателей, установленных по периферии внизу ступеней – исключало сложные, тяжёлые и дорогие карданные подвесы и приводы качания, удешевляя, упрощая и облегчая двигательную установку. С другой стороны, отказ любого двигателя мгновенно приводил к возникновению опрокидывающего момента от противоположного мотора, который тоже надо было так же мгновенно отключать.
Во время первого запуска Н-1 несла упрощённый прототип комплекса Л3, в его состав входили разгонные блоки «Г» и «Д» и автоматический корабль 7К-Л1С. Он представлял собой импровизированный вариант космического аппарата 7К-Л1 («Зонд»), предназначавшегося для облёта Луны по программе УР-500 – Л1, которая несколько опережала по срокам Н-1 – Л-3.
План первого запуска предусматривал вывод корабля 7К-Л1С на окололунную орбиту, фотосъемку мест предполагаемой высадки советского космонавта и доставку отснятой плёнки на Землю.
Н1 №3 тоже была в некоторой мере упрощена: не готовую цифровую вычислительную машину заменили аналоговой, на первую и вторую ступени поставили идентичные двигатели (штатная двигательная установка второй ступени имела высотное исполнение). Такие решения ухудшали грузоподъёмность ракеты, но для первых полётов это было не критично.
За 597 секунд работы первые три ступени Н-1 должны были вывести лунный комплекс на опорную околоземную орбиту высотой около 190 километров, затем включался блок «Г» и отправлял полезную нагрузку в трехдневное путешествие к Луне. Блок «Д» корректировал траекторию и переводил комплекс на окололунную орбиту, пробыв на которой чуть больше трех суток корабль возвращался на Землю.
Расчеты говорили, что в случае успеха первая лунная экспедиция могла состояться примерно через два года, в течение которых следовало подтвердить надёжность компонентов лунного ракетно-космического комплекса.
Перед стартом
Н-1 была самой большой и сложной ракетой, создававшейся на Земле на тот момент. Достаточно сказать, что по стартовой массе она на порядок превосходила «Восток», который отправил Юрия Гагарина в космос. Только на первой ступени лунного гиганта стояло впятеро больше двигателей, чем на всём «Востоке». Почти все компоненты Н-1 разрабатывались с нуля и представляли собой последние достижения тогдашней науки и техники. Требовался сложный и кропотливый процесс доводки изделия.
Однако ситуация усугублялась тем, что в свое время по соображениям экономии Сергей Королёв (он умер в 1966-м, не увидев попыток запустить свое детище в космос) отказался от строительства стенда для комплексных огневых испытаний первой ступени Н-1 – самого проблемного и сложного блока ракеты. При отсутствии должного финансирования возникали проблемы с отработкой и других систем носителя.
Сочетание большого количества новшеств с недостаточной наземной отработкой вызывало сомнения в надёжности системы – шансы на успех пилотируемых лунных миссий оценивались в лучшем случае в 67%. Прежний опыт не позволял достоверно экстраполировать виды отказов, поэтому Государственная комиссия по лётным испытаниям Н-1 приняла нетривиальное предложение разработчика системы управления, главного конструктора НИИ-885 Николая Пилюгина считать законным критерием решения о запуске личные заверения всех главных руководителей в безупречной работе их систем.
9 февраля 1969 года Н-1 №3Л покинула монтажно-испытательный корпус и начала путь на старт. Еще до того, как ракета заняла место на пусковом столе, на испытателей посыпался ворох разнообразных отказов и проблем. Борьба за подготовку изделия к полету велась несколько недель. Устраняя неполадки, офицеры, инженеры и техники зачастую работали на башне обслуживания и в сухих отсеках ракеты на высоте в десятки метров над землей при морозе -30 градусов и ветре, достигающем 12 метров в секунду.
В то время как большинство гражданских членов Госкомиссии стали настаивать на скорейшем пуске («из-за отсутствия испытательного оборудования для полностью собранной ракеты только реальный полёт может предоставить необходимую информацию о работоспособности систем»), начальник полигона генерал Александр Курушин возражал: сославшись на многочисленные проблемы в «наземке» и ракете, он резко выступил против разрешения на полёт. Начальство привлекло тяжёлую артиллерию в лице руководства отрасли, которое вместе с партийными деятелями потребовало пересмотреть решение. Высший военный чин на совещании – главком Ракетных войск стратегического назначения, маршал Николай Крылов – в конце концов сдался при условии, что все вопросы, озвученные начальником полигона, будут решены до запуска.
Получив «добро» на первый пуск Н-1, старт назначили на 18 февраля. В случае успеха, вслед за первой в апреле, июне и ноябре 1969 года должны были стартовать следующие Н-1. Разработчики полагали, что лунный экспедиционный комплекс Л-3 будет готов к первому пилотируемому полету в 1970 году. Назначенную дату выдержать не удалось, и старт перенесли на 20 февраля. Но незадолго до расчётного времени метеорологи предсказали низкую облачность, что привело к отсрочке пуска ещё на день.
Короткий полет и долгое эхо
Утром 21 февраля 1969 года персонал прилегающих площадок космодрома эвакуировали. Гигантская ракета заправлялась из хранилищ, жидкий кислород и керосин в которые доставили 50 железнодорожных цистерн. После выполнения завершающих операций от ракеты откатилась гигантская башня обслуживания. В это время термометр опустился до – 44 градусов, над Байконуром бушевал штормовой ветер.
До старта оставались считанные минуты. В бункере пункта управления позицию у главного перископа заняли командир Шестого управления полигона Евгений Моисеев, заместитель командира полигона генерал-майор Анатолий Кириллов, министр общего машиностроения Сергей Афанасьев, преемник Сергея Королёва Василий Мишин и его заместитель Борис Дорофеев.
Ракета с затихшими двигателями ещё некоторое время поднималась по инерции, а затем, достигнув апогея траектории, сначала медленно, потом всё быстрее устремилась к Земле. Спустя некоторое время заснеженная степь озарилась вспышкой далёкого взрыва. Менее чем за две минуты годы труда тысяч инженеров и рабочих обратились в груду искорёженного дюраля.
Дальнейший полёт также сопровождался отказами. На 25-й секунде оборвалась трубка измерения давления горючего на одном из двигателей, извергнув керосин во внутренние отсеки. Через 55 секунд после старта горючее от разогретых частей ракеты воспламенилось. Возникший пожар разрушил электроизоляцию силовых кабелей, проходящих рядом с проводкой КОРД. Интерференция напряжений была воспринята как сигнал аварии; на 69-й секунде полёта КОРД «вырубила» оставшиеся 28 двигателей, и ракета стала падать…
Несмотря на аварию, участники событий сохраняли оптимизме. В те годы ракеты часто уходили «за бугор» при испытаниях. А тут в первом пуске гигантский новый носитель стартовал, устойчиво летел целую минуту, да ещё и с двумя отказавшими двигателями! Телеметрия дала инженерам массив информации, указав пути совершенствования лунной машины. По крайней мере, как вспоминают очевидцы событий, все участники проекта были практически уверены, что уж в следующем-то полёте Н-1 выполнит свою задачу.
Однако, как показали дальнейшие события, надежды не сбылись. 3 июля 1969 года аварией завершился второй пуск Н-1 (№5Л). Вскоре после вертикального подъема на 200 метров КОРД начал отключать один за другим двигатели. После того, как они погасли, ракета упала прямо на пусковое устройство. Дорогостоящее сооружение было разрушено, на восстановление ушло два года.
Пока советские инженеры пытались довести до ума Н-1, их американские соперники успели выполнить пилотируемую программу «Аполлон». За период с 16 июля 1969 по 7 декабря 1972 года Америка осуществила шесть успешных экспедиций (из семи состоявшихся), а на поверхности Луны побывали 12 американских астронавтов.
Из политических соображений советское руководство отказалось продолжать проигранную лунную гонку, и закрыло программу Н-1 – Л-3. Фактически та была остановлена в мае 1974 года, а формальный крест на судьбе Н-1 окончательно поставило постановление партии и правительства от 17 февраля 1976 года, которое давало жизнь проекту «Энергия-Буран».
В недавнем интервью нашему изданию глава Роскосмоса Юрий Борисов так оценил причины неудачи проекта Н-1: "Я думаю, что в сверхтяжелом носителе Н-1 Сергей Павлович [Королев] в какой-то степени перешагнул технологические возможности того времени. То есть идеи, заложенные в конструкцию этой ракеты, не были поддержаны соответствующими системами управления, без которых нельзя было обеспечить синхронную работу всех двигателей. И поэтому этот проект потерпел фиаско. Тем не менее, технические решения того времени остаются актуальными сегодня".
