Какими были самые первые жидкостные ракетные двигатели Глушко

Одним из центров, в которых начиналась разработка советских жидкостных ракетных двигателей, была ленинградская Газодинамическая лаборатория (ГДЛ). Она подчинялась Военно-научному комитету при Реввоенсовете СССР, а основная масса её сотрудников занималась созданием реактивных снарядов на бездымном порохе для артиллерии и авиации.

15 мая 1929 года в штат организации был зачислен 21-летний Валентин Глушко. Военное ведомство заинтересовалось третьей главой его технического предложения под названием «Металл как взрывчатое вещество». Эти материалы, являвшиеся частью его университетской работы «Гелиоракетоплан», Глушко подал в Комитет по делам изобретений при Высшем совете народного хозяйства (ВСНХ) СССР, откуда они ушли на экспертизу в ГДЛ.

В основе предложения лежала идея получения реактивного импульса за счёт электрического взрыва металлических проволочек в камере двигателя. Военные эксперты и руководство лаборатории увидели в этом прикладную технологию для оборонных целей. Основатель и руководитель ГДЛ опытный химик Николай Тихомиров поручил молодому сотруднику возглавить вновь сформированное подразделение по разработке электрических и жидкостных ракетных двигателей (Отдел №2). Оно разместилось в помещениях Иоанновского равелина Петропавловской крепости.

В течение последующих месяцев Глушко занимался обустройством выделенных помещений и сборкой простейшего испытательного стенда. В 1930 году он начал тестирование первых опытных приборов, разработанных для проверки концепции электрического взрыва. Однако первые же опыты показали, что для создания пригодного к полёту электрического ракетного двигателя требуются тяжёлые источники энергии, масса которых исключает возможность их размещения на борту летательного аппарата. Из-за этого технического ограничения Глушко скорректировал направление работы. Его задачей стала разработка первых образцов жидкостных ракетных двигателей, способных дать измеримую тягу на доступном химическом топливе.

Практическая реализация этой новой задачи началась со стендовых испытаний ракетных двигателей, которые впервые в СССР работали на жидких компонентах. Чертежи первого «опытного ракетного мотора» (ОРМ-1), работающего на двухкомпонентном топливе, Валентин Глушко выпустил ещё к концу 1930 года. Однако производство элементов шло крайне медленно: возможности собственной базы ГДЛ в Петропавловской крепости были сильно ограничены, а заказы приходилось рассредоточивать по сторонним механическим мастерским Ленинграда — от Адмиралтейства и Артиллерийского училища до Научно-испытательного полигона. Чтобы не простаивать в ожидании задерживающихся поставок, руководитель Отдела №2 экстренно спроектировал и изготовил гораздо более простой по конструкции лабораторный прибор, получивший в документации обозначение ОРМ без цифрового индекса.

В Иоанновском равелине отсутствовала материаловедческая база для работы с высокотемпературными реактивными струями. Поэтому простейший ОРМ представлял собой толстостенную стальную камеру внутренним объёмом всего 140 кубических сантиметров — меньше обычного стакана. Эта экспериментальная установка создавалась для отработки способов обращения с ракетным топливом и безопасных методов проведения огневых испытаний. На ней, с использованием приготовленных в лаборатории растворов толуола или бензина в жидком азотном тетроксиде, исследовалась общая физика внутрикамерных процессов, проверялись методы зажигания, способы теплозащиты сопла и изучались особенности функционирования ракетного двигателя.

Исследования начинались, как фиксировал в отчетах Валентин Глушко, со «сжигания горючих веществ в полузамкнутом объёме». За 1931 год было проведено 46 огневых испытаний ОРМ, которые сопровождались частыми взрывами из-за несовершенства конструкции и неотработанных методик. После того как наконец-то были готовые необходимые элементы, Отдел №2 перешёл к испытаниям значительно более совершенного ОРМ-1 с раздельной подачей окислителя и горючего — азотного тетраоксида с толуолом или жидкого кислорода с бензином.

Конструкция отражала поисковый характер техники тех лет. Стальная камера сгорания и сменные сопла изнутри плакировались красной медью. В смесительной головке по окружности располагались шесть струйных форсунок — три для горючего и три для окислителя. Их медные поверхности имели гальваническую позолоту для защиты от агрессивной среды компонентов топлива.

На входе в форсунки стояли пружинные обратные клапаны с сетчатыми фильтрами. Компоненты топлива вытеснялись из баков сжатым азотом. Камеру охлаждала вода — ее просто заливали между огневой и силовой стенками. Зажигание производилось простейшим способом — уложенной в камеру спиртовой ватой и бикфордовым шнуром.

Двигатель, рассчитанный на кратковременную работу, ставился на стенд соплом вверх. При давлении в камере в несколько атмосфер он должен был выдавать тягу до 20 килограммов силы.

С самого начала огневых испытаний выявились критические недостатки ОРМ-1, определившие финал проекта. Выяснилось, что двигатель конструктивно склонен к взрыву: вода в рубашке охлаждения быстро выкипает, в результате чего медные внутренние стенки прогорают.

Опыт работы с ОРМ и ОРМ-1 доказал технологический тупик этой архитектуры и заставил Глушко экстренно искать иные инженерные решения. Из-за неудовлетворительных результатов тестов конструктор отказался от стендовой проверки уже изготовленного ОРМ-2 и отменил сборку ОРМ-3, перейдя к проектированию принципиально новых конструкций.

Стендовые испытания выявили технологические ограничения в работе с жидким кислородом на существовавшей материальной базе Иоанновского равелина. После этого Глушко временно переключил Отдел № 2 на азотнокислотное направление.

В течение последующих двух лет — вплоть до слияния Газодинамической лаборатории (ГДЛ) с московской Группой изучения реактивного движения (ГИРД) в конце 1933 года — сектор проделал работу по последовательному испытанию конструкций двигателей от ОРМ-4 до ОРМ-49. На них отрабатывалось смешение горючего и окислителя в камере сгорания с помощью щелевых форсунок и динамическое охлаждение огневой стенки компонентами топлива.

Итогом марафона стали двигатели ОРМ-50 и ОРМ-52, успешно прошедшие официальные сдаточные испытания 1933 году. Один из образцов ОРМ-52 выдержал на стенде 29 пусков с суммарной наработкой в 9 минут. Военное ведомство планировало использовать двигатель в качестве ускорителя для истребителей И-4, силовых установок управляемых торпед и экспериментальных ракет серии РЛА. С этим практическим заделом в начале 1934 года личный состав сектора переехал в Москву во вновь созданный Реактивный научно-исследовательский институт (РНИИ).

Наработки ленинградского этапа легли в основу последующих десятилетий советского ракетостроения. Преемственность с ними сохраняют и современные высокосовершенные мощные отечественные жидкостные ракетные двигатели.

Сегодня каждый желающий может увидеть полноразмерный макет-реконструкцию ОРМ-1, воссозданный по чертежам 1930 года. Этот экспонат занимает место в экспозиции Музея космонавтики и ракетной техники имени В. П. Глушко, служа наглядным напоминанием о том, с чего начиналась эпоха отечественного ракетного двигателестроения.

Визуализация Pro Космоса