«Апрельские тезисы» Королёва: от высотных ракет к первому Спутнику
В эти дни исполняется 70 лет событию, ставшему ключевым в истории отечественной космонавтики. С 23 по 28 апреля 1956 года в Москве прошла Всесоюзная конференция по ракетным исследованиям верхних слоев атмосферы, организованная Академией наук СССР. Среди выступавших значился член-корреспондент АН СССР Сергей Павлович Королёв с докладом «Исследование верхних слоев атмосферы с помощью ракет дальнего действия». Эксперт Pro Космос Игорь Афанасьев раскрывает интересные детали его выступления.
Сегодня, изучая машинописный текст этого выступления из фондов Российского государственного архива научно-технической документации (РГАНТД), понимаешь: перед нами не просто отчет. Материал, содержание которого прежде было известно лишь по отдельным цитатам в мемуарах, на деле представлял собой подробный инженерный анализ первого десятилетия работы. Сергей Павлович не занимался пропагандой. Он методично анализировал опыт пусков с полигона Капустин Яр — от первых неудач до полуторатонных научных лабораторий. Нами восстановлена хроника этого технологического прорыва.
1948–1949: Проверка концепции и стокилометровый барьер
К этому моменту Сергей Павлович Королёв занимает пост начальника и главного конструктора Особого конструкторского бюро №1 Научно-исследовательского института №88 (ОКБ-1 НИИ-88) Министерства оборонной промышленности СССР. В своем выступлении он предельно прагматично подводит итоги пусков в Астраханской области, причем задачи конца 1940-х годов характеризует как «очень скромные».
Летные испытания дальних баллистических ракет начались 18 октября 1947 года. Пуск собранных из немецких узлов А-4 подтвердил жизнеспособность концепции. 10 октября 1948 года успешно стартовала первая отечественная Р-1. Этот успех снял главный вопрос: промышленность страны смогла воспроизвести технологический цикл изготовления сложнейшего изделия — от металлургии до прецизионной механики.
В НИИ-88 перешли к прикладным научным задачам. Предстояло выяснить: сохранит ли аппаратура работоспособность на высоте 100 км? Удастся ли вернуть ее на землю не в виде груды металла? Инструментом исследования стала ракета 1-РА. Именно под таким «открытым» индексом она фигурировала в докладе. В заводской документации изделие проходило под обозначением Р-1А. Фактически это была первая серьезная модификация серийной советской Р-1, созданная специально для вертикальных пусков в интересах науки.
Главное конструктивное новшество заключалось в системе отделения полезной нагрузки. У серийной ракеты Р-1 головная часть не отделялась. Поэтому на корпусе изделия разместили две герметичные мортиры с выносными контейнерами весом по 80 кг. Логика Королёва была чисто инженерной. Требовалось вывести датчики за пределы газовой среды, которую создавала сама ракета. После отсечки двигателя продолжалось истечение остатков компонентов из камеры. Дегазация материалов в вакууме также искажала замеры. Чтобы получить достоверные данные, приборы отстреливали от ракетного корпуса в невозмущенное пространство.
Ключевым вызовом стала посадка. В 1948 году работа парашюта в разреженной среде оставалась областью догадок. В тексте доклада Королёв детально восстанавливает схему спасения. Это была жесткая последовательность действий по циклограмме. Контейнеры отстреливались в апогее траектории. Далее следовало длительное свободное падение. Для безопасного ввода парашюта автоматика имела фиксированную задержку в 17 секунд, срабатывавшую на этапе входа в атмосферу. Интервал высчитали «на кончике пера». Расчет строился на том, что за это время груз успеет затормозиться о воздух и достигнет отметки около 20 км. Только там плотности среды хватало для наполнения купола без риска его разрыва от динамического удара.
Март 1949-го, Капустин Яр: Урок первых неудач
Первый в истории страны пуск с сугубо научными целями состоялся 24 марта 1949 года. Ракета отработала штатно. Контейнеры вышли из мортир вовремя. Контрольная кинопленка зафиксировала их разделение. Однако финал миссии вскрыл системную слабость матчасти. Поисковая группа нашла в степи лишь деформированные обломки. Парашютная система не выдержала скоростного напора. Удар о грунт окончательно уничтожил оптику и механику приборов.
В докладе Королёв фиксирует важнейший результат. Расшифровка записей уцелевших бортовых регистраторов показала: до момента столкновения аппаратура функционировала штатно. Концепция размещения датчиков была верной. Подвела только система приземления. В инженерной практике это считается естественным накоплением данных об отказах. На них строится любая конструкторская школа. Опыт первого пуска доказал главное: вибрации старта и момент отделения не разрушают приборы. Это была фундаментальная победа.
На доработку ушло два месяца. Парашюты радикально усилили. На корпуса контейнеров установили легкие механические амортизаторы для гашения энергии удара. Приоритетом стала сохранность линз и пленок. 28 мая 1949 года состоялся очередной старт. Ракета взяла планку в 102 километра. В этот раз спасение прошло без замечаний. Оба контейнера найдены поисковиками целыми. Возникла новая сложность: на пике высоты измерительная техника работала нестабильно. Данных получили минимум.
Для Королёва это не было фиаско. Главный технический вывод был сделан. Доставка и возврат полезной нагрузки с заатмосферных высот — задача выполнимая. Эти результаты, по словам Сергея Павловича, «воодушевили энтузиастов этого дела».
К 1950 году по итогам эксплуатации ракеты 1-РА Королёв сформулировал три базовых принципа: живучесть бортовой аппаратуры, техническая реализуемость прямого зондирования на 100 км и возможность доведения системы спасения до серийных показателей. Программа перестала быть набором разрозненных опытов. Именно тогда при Президиуме Академии наук (АН) СССР создали Межведомственный комитет по изучению верхних слоев атмосферы. Начиналось время системного проектирования и создания специализированных серий «В», «Д» и «А».
1950–1955 годы: Сто километров позади. Собачий спецназ
Период с 1950 по 1955 годы Королёв в докладе на апрельской конференции 1956 года выделяет как время качественного перехода. Вертикальные пуски на высоту сто километров перестали быть штучной экзотикой. Они превратились в системную работу. На базе проверенной «единички» (ракеты Р-1) возникло целое семейство научных машин: «В» (Р-1В), «Д» (Р-2А) и «А» (Р-5А). Внешне ракета оставалась узнаваемой, но радикально менялся её полезный груз. Он создавался для решения задач физиков, метеорологов и биологов. Именно в эти годы закладывалась методика комплексных пусков. Одна ракета должна была закрыть сразу десяток научных вопросов. Королёв подчеркивает: этот этап характеризовался не просто ростом высоты, а колоссальным усложнением всей бортовой логики и систем разделения.
Сергей Павлович в тексте оперирует сухими цифрами. За ними стоит огромная работа конструкторских групп НИИ-88 и смежных КБ. В 1949 году ракета 1-РА несла всего 160 килограммов целевой научной аппаратуры, размещенной в двух выносных контейнерах. Это была лишь малая часть возможностей носителя, но именно этот чистый вес науки стал точкой отсчета. Всего через пять лет грузоподъемность выросла на порядок. Ракеты серий Р-2А и Р-5А уходили в небо, неся на борту от 1516 до 1819 килограммов сложнейшей аппаратуры. Этот десятикратный рост массы позволил устанавливать на борт не просто отдельные датчики, а целые агрегаты комплексного научного назначения.
Головная часть фактически превратилась в летающую лабораторию. Там были сосредоточены десятки измерительных и обеспечивающих систем. Вместе с весом росли и динамические характеристики носителей. Если конечная скорость машин первых серий составляла 1185 м/сек, то у серии Р-2А (созданной на базе Р-2) она достигла 1450 м/сек в момент отсечки двигателя.
С появлением серии Р-5А баллистика становилась все более жесткой, а тепловые нагрузки на корпус увеличивались многократно. Королёв перечисляет девять фундаментальных направлений научной программы этого периода. Это детальное исследование состава атмосферного воздуха на малых и средних высотах, получение данных о векторах ветров на отметках от 40 до 90 км, изучение плотности ионизации в ионосфере Земли и замеры напряженности электрического поля. Также велся сбор данных по аэродинамике пограничных слоев на сверхзвуковых скоростях, изучение спектрального состава первичного космического излучения и регистрация солнечного спектра.
Биологические исследования: хореография на 103-й секунде
Биологический блок доклада — самый детальный и технически насыщенный. Королёв понимал: без изучения того, как живой организм выдерживает перегрузки, вибрации и невесомость, движение к полету человека на ракете бессмысленно. В 1950–1955 годах собаки стали штатными испытателями техники. Всего было проведено 14 пусков на высоту 100 км и 12 — на еще более значительные отметки. Схема эксперимента образца 1955 года, описанная в докладе, поражает сложностью. Это была настоящая хореография в пустоте, завязанная на безупречную работу приборов автоматики.
На 103-й секунде полета начинался сложнейший процесс разделения полезной нагрузки. Ракета достигала высоты 67,5 км и скорости 600 м/сек. Сначала срабатывали катапультные тележки. Из головной части выбрасывался лоток с животным и контейнер для анализа состава воздуха. Благодаря импульсу от катапульты они уходили вперед основной ракеты. Далее события развивались по жесткой циклограмме. На высоте около 95 км активировалась дымовая шашка. Она прочерчивала в небе след для наземных оптических средств наблюдения.
В апогее (100 км) происходило полное отделение головной части. Начинался этап спасения по двум сценариям одновременно. На высоте 90 км катапультировалось первое животное с немедленным раскрытием парашюта. Второе оставалось в головной части значительно дольше. Оно катапультировалось уже в процессе падения — на высоте около 40 км. Собака совершала затяжной спуск без раскрытого купола. Парашют срабатывал только в 4–6 км над землей. Королёв пишет сухо: такая схема позволяла «испытывать различные режимы торможения и жизнеобеспечения одновременно в рамках одного пуска».
Метрологический барьер: битва за достоверность данных
Для слежения за этой чехардой в небе развернули мощную сеть. Она включала 12 теодолитов, радиодальномеры и специальные камеры для ночной съемки. Результат внешних измерений впечатлял. Координаты головной части на высоте 100 км определялись с погрешностью всего в 20 метров. Но Королёв в докладе беспощаден к качеству научной информации. Параметры движения самой ракеты отслеживались четко, однако бортовые замеры давали сбои. Радиотелеметрические системы передачи имели погрешность около 1,5–2%. Сами же датчики на поверхности ракеты иногда ошибались на 25–30%. Королёв заявляет прямо: это «критически снижает ценность данных».
Сергей Павлович переходит к жесткой критике смежников. Он отмечает: метеорологи часто пытались перенести лабораторные методы в суровые условия ракетных пусков. Это приводило к массовым отказам техники. Также нерешенным оставался вопрос измерения давления в пограничном слое на конусе ракеты. По мнению Королёва, надежность определялась не совершенством теорий, а качеством изготовления приборов. Требовался строгий учет условий скоростного полета.
Вывод Королёва был однозначен. Отрасли нужны новые малогабаритные системы регистрации с легким питанием. Они должны сохранять работоспособность внутри контейнера. Повышение надежности каждого компонента — от парашютной стропы до вакуумного датчика — стало обязательным условием. Только через жесткий контроль производства можно было превратить пуски в научно-достоверные. На кону стоял переход к высотам свыше 200 километров. Там ошибки аппаратуры могли стать фатальными для всей программы.
Физика возвращения: на пути к пятистам километрам
Подводя итог первому шестилетнему этапу работ, Сергей Королёв в докладе констатирует: систематические подъемы аппаратуры на 100 км стали повседневной реальностью. Но он не ограничился победными реляциями. В машинописи за успехами следует жесткий инженерный разбор. Главная претензия — к надежности систем спасения. Это был самый болезненный вопрос программы. Без гарантии возврата результатов дорогостоящие пуски превращались в бессмысленную растрату ресурсов и отправку материальной части в один конец.
Королёв выкладывает на стол сухую статистику аварийности из архивных документов. Цифры выглядят отрезвляюще. При попытках спасения основной головной части зафиксировано пять полных отказов на десять пусков. С выносными контейнерами ситуация обстояла еще хуже — там отмечено семь аварий. Катапультирование животных также давало сбои в половине случаев.
Для Королёва это не повод для дискуссий, а конкретный фронт работ. Он заявляет прямо: «Причины неудач кроются не в неизвестных физических трудностях, а в обычных технологических дефектах и недостаточном качестве производства».
Это было программное заявление для директоров заводов и руководителей ОТК. Исправление культуры сборки Королёв называет главным залогом перехода к более сложным этапам — проектам Р-2А и перспективной Р-5А. Без надежного тыла в заводских цехах штурмовать высоты в 200 и 500 километров было бессмысленно и неоправданно дорого. Только решив проблему земного брака, можно было рассчитывать на успех в физике возвращения.
Барьер видимости и радиолуч вместо теодолита
Переход к новым высотам потребовал преодоления «порога слепоты» наземных средств. Королёв отмечает: когда объект уходит за 200 километров, старые оптические методы слежения перестают работать. На таких дистанциях визуальное наблюдение с земли за отделяющимися контейнерами практически невозможно. Решением стала установка на ракету Р-2А специальной бортовой аппаратуры радиоконтроля траектории. Теперь за изделием следили не только объективы теодолитов, но и невидимый радиолуч. По сути, возникла первая надежная линия телеметрии для непрерывного получения данных.
Для этой серии Королёв определил четыре приоритетные задачи. Они должны были закрыть пробелы в знаниях об атмосфере. Первая — прецизионный газовый анализ и замеры давления на высотах от 150 до 200 км. Это была зона, где классическая аэродинамика уступала место законам молекулярного движения. Вторая задача — физика Солнца. Требовалось зарегистрировать ультрафиолетовое излучение в диапазоне 900–1216 Å. В те годы это была неизученная область, так как подобные лучи полностью поглощаются атмосферой.
Третьим направлением стали расширенные медико-биологические исследования. Изучалась жизнедеятельность животных в герметических кабинах при свободном падении с высоты 200 км. Наконец, четвертое направление — испытание систем спасения тяжелой аппаратуры при спуске с высот до 300–500 км. Королёв настаивал на создании на базе проверенных машин дешевой ракеты со стабилизированным контейнером весом до 400 кг. Массовость пусков была единственным путем к достоверной статистике. Ее остро не хватало ученым для понимания физики больших высот.
Человек в кабине: весьма неприятно, но реально для жизни
Самая смелая часть выступления Королёва — прямое обсуждение подготовки к полету человека. В апреле 1956 года это звучало дерзко. Но конструктор уже оперировал цифрами и медицинскими отчетами. Он отмечает: задача становится все более реальной. Автор сознательно опирается на теоретическую базу Циолковского и данные профессора Покровского, руководившего медико-биологическим направлением.
Королёву важно было доказать скептикам: биологический барьер — совокупность опасений перед смертельным воздействием перегрузок, невесомости и радиации — это миф. Главный вывод врачей, который Королёв транслирует академикам: физические нагрузки при старте и спуске являются весьма неприятными для организма. Тем не менее они не станут непреодолимым препятствием для подготовленного испытателя. Данные, полученные при пусках животных, подтверждали: человеческий организм обладает достаточным запасом прочности для такого полета.
Главное — правильно построить кривую ускорений и обеспечить надежную систему жизнеобеспечения. Это был прямой ответ тем, кто считал условия внутри ракеты губительными для живого существа. Для возвращения будущей кабины с человеком Королёв предлагал три технических пути. Это использование парашютных систем, планирующих крыльев или несущих роторов для торможения в атмосфере. Конструктор уже видел контуры пилотируемых ракетных аппаратов, хотя до их реальных стартов оставались годы работы.
Физика возвращения: наклонная траектория против вертикальной
Как вернуть человека живым? В 1956 году решение этой задачи требовало ответов на сложнейшие вопросы. Королёв рассматривает в докладе две концепции спуска. Для гашения скорости предполагалось использовать крылья, роторы или парашютные системы, которые должны были «подхватить» аппарат в разреженных слоях. Они обеспечили бы управляемую посадку и снижение посадочной скорости.
Первая подразумевала подъем и спуск по вертикальной траектории. При отвесном падении торможение в атмосфере происходит на коротком участке. Это вызывает резкий рост перегрузок.
Вторая концепция стала — «траекторный подход» — для Королёва приоритетной. Вместо вертикального профиля он предлагал наклонную траекторию подъема и спуска. Решение имело колоссальное значение. Ракета проходит атмосферу по длинной дуге на больших сверхзвуковых скоростях. Такой профиль позволяет гасить энергию постепенно.
Для обоснования задачи Королёв приводит цифры экспериментов с объектами весом 1,5 тонны. Результаты доказывали: атмосфера — лучший тормоз, если использовать ее правильно. При входе в плотные слои со скоростью 2050 м/сек объект замедлялся до 144 м/сек у земли. Температурные нагрузки достигли 500 градусов, а перегрузки — 11 единиц. Но Королёв был уверен в успехе. Он сделал программное заявление:
«На основании изложенного можно сделать вывод о том, что задача возвращения на Землю из верхних слоев атмосферы различных приборов, а также животных и человека, является технически вполне осуществимой».
От вертикальных пусков к орбитальной скорости
Завершая выступление на апрельской конференции 1956 года, Сергей Королёв совершил то, чего меньше всего ждали осторожные академические чиновники. Он перестал говорить о прошлом. Оставив позади разбор деформаций металла и статистики отказов, главный конструктор представил стратегический план будущего. Машинопись из фондов РГАНТД фиксирует этот момент. Королёв констатирует: опыт эксплуатации одноступенчатых ракет создал фундамент для качественного рывка. Речь шла о выходе на околоземную орбиту. Это уже не были временные вертикальные заброски аппаратуры, а первая официальная заявка на постоянное присутствие в космосе.
Для Королёва апрель 1956 года стал чертой. Он впервые на высоком научном уровне открыто заявил о создании искусственного спутника Земли (ИСЗ). В том контексте это не было прогнозом. Королёв представил план из двух этапов. Первый — малые спутники для отработки систем связи и терморегулирования. Второй — тяжелые аппараты для мониторинга Солнца и космических лучей.
Особый акцент был сделан на Международный геофизический год. Королёв понимал: приоритет в запуске — это доказательство зрелости отечественной инженерной школы. Конструктор не просил у академиков разрешения. Он ставил их перед фактом: техника готова, баллистика проверена. Подытоживая десятилетие, Сергей Павлович произнес слова, ставшие историческими:
«В настоящее время уже не является дискуссионным вопрос о том, можно или нельзя создать искусственный спутник Земли и будет ли он летать. Задача создания спутника в ближайшие годы является реально выполнимой».
Полет к Луне: перспективы не такие уж далекие
Даже искусственный спутник Земли не был для Королёва пределом. В финале доклада звучат слова, которые в 1956 году казались фантастикой. Главный конструктор прямо говорит о технической возможности достижения Луны. В архивной машинописи эта цитата заслуживает внимания:
«Реальной задачей является разработка полета ракеты на Луну и обратно. Не надо только думать, что высказанные мною предположения являются очень далекими перспективами. Это перспективы реальные и не такие уж далекие».
Сергей Павлович приводит краткий инженерный анализ лунной миссии. Задача, по его мнению, наиболее эффективно решается при старте не с Земли, а с предварительно выведенного на орбиту искусственного спутника. Фактически Королёв уже тогда описывал схему орбитального старта. Позже она станет классикой межпланетных перелетов.
Однако он тут же делает реверанс в сторону двигателистов. Ссылаясь на работы коллектива Валентина Глушко, Королёв утверждает: полет к Луне достижим и при прямом старте с Земли. Главным препятствием он называет не нехватку тяги двигателей, а отсутствие прецизионных систем управления на финишном участке траектории. Королёв видел проблему в точности наведения и навигации, а не в «грубой силе» ракетного удара.
Сражение со скептиками: преодоление боязни высоты в науке
Значительная часть финала выступления посвящена жесткому конфликту с академическим консерватизмом. Королёв с горечью отмечает: при обсуждении планов освоения высот в 500–1000 км все еще слышны голоса скептиков. Он цитирует их почти дословно: «Для фундаментальной науки нам этого не нужно».
Сергей Павлович категорически не согласен с позицией кабинетных ученых. Он вносит официальное предложение: строго координировать текущие пуски с перспективными целями выхода на орбиты. Для главного конструктора это была логичная эволюция пути, начатого в Капустином Яре. От первого старта трофейной А-4 в октябре 1947 года до нынешних высотных машин.
По мнению Королёва, каждый вертикальный пуск сегодня должен стать практическим этапом к осуществлению межпланетных полетов. Он призывает коллег отбросить боязнь высоты. Нужно уже сейчас разрабатывать методики измерений для условий, которые возникнут завтра. Королёв не хотел ждать, пока наука медленно дозреет. Он заставлял ее бежать вдогонку за стремительно уходящей вверх ракетой.
Рождение ОКБ-1: объединение чертежа и станка
Завершая выступление на апрельской конференции 1956 года, Сергей Королёв обратился со словами признательности к соратникам: Михаилу Рязанскому, Николаю Пилюгину, Валентину Глушко и Виктору Кузнецову. Особую благодарность Сергей Павлович выразил помощникам по ОКБ-1 — Ивану Болдыреву, Виктору Петухину, Владимиру Белоусову и Константину Бушуеву. Он подчеркнул: именно их многолетний труд позволил вернуть аппаратуру и животных из верхних слоев атмосферы.
За вежливой признательностью скрывалась суровая реальность. Доклад базировался на опыте эксплуатации одноступенчатых ракет Р-1, Р-2 и Р-5. Эта техника уже прочно «стояла на крыле». Однако все озвученные задачи будущего требовали иного уровня энергетики. Финалом конференции стала демонстрация снимков кривизны Земли с высоты 100 км. Это было наглядное свидетельство: база для прорыва создана. В августе 1956 года Сергей Королёв окончательно закрыл дверь в эпоху высотных ракет-зондов. Начиналось время большой космонавтики. Впереди был Спутник.
Фундамент для «семёрки»
Инструментом рывка должна была стать многоступенчатая Р-7, которая принципиально отличалась от предыдущих одноступенчатых изделий Королёва. Вместо привычной моноблочной схемы конструктор применил пакетную компоновку из пяти блоков. Это позволило радикально нарастить тягу и массу: новая машина была почти в десять раз тяжелее Р-5 и в полтора раза выше. Но главным отличием стала дальность полета. Если одноступенчатая Р-5 могла достичь рубежа в 1200 км, то Р-7 проектировалась как межконтинентальная — ее целью была дальность до 8000 километров. В апреле 1956 года она еще не отрывалась от стола, но на ракетах-аналогах М5РД уже завершалась проверка систем управления и телеметрии «Трал».
Работы в рамках Постановлений ЦК КПСС и Совета министров № 956-408сс от 20 мая 1954 года («О разработке первой межконтинентальной баллистической ракеты Р-7 стратегического назначения») и № 149-88сс от 30 января 1956 года («О работах по созданию неориентированного искусственного спутника Земли (объект „Д“)») буквально взламывали рамки НИИ-88. Масштаб проектов требовал слияния конструкторской мысли с производством. Формат отдела внутри института стал тормозом. Королёву требовалось единоличное управление не только инженерами, но и ресурсами всего опытного завода.
Развязка наступила через четыре месяца после доклада. 14 августа 1956 года вышел приказ Министерства оборонной промышленности. ОКБ-1 и Опытный завод № 88 выделили из состава НИИ-88. Их объединили в самостоятельную организацию. Это слияние чертежа и станка под началом Королёва дало ему ту полноту власти, без которой были бы невозможны ни стрельба на межконтинентальную дальность, ни штурм орбиты, ни полет на Луну.
Читайте также:
Читайте также:
