Лев Андреев - Янгель: Уроки и наследие

• Название: Янгель: Уроки и наследие
• Автор: Лев Андреев
• Издательство: Арт-Пресс
• Жанр: Биографии и Мемуары
• Год: 2001

ХХ век в истории земной цивилизации будет отмечен многими достижениями человеческого гения, и среди них заслуженное место займет ракетно-космическая техника.

Эта книга посвящается людям и их делу, которые придали этому времени его ракетный облик.

Эта книга о конструкторском бюро, в котором были созданы: рекордсмен ракетной техники — ракета Р-12 (30 лет на боевом дежурстве!), первая межконтинентальная ракета на высококипящих компонентах топлива, первые разделяющаяся и орбитальная головные части, военная ракета Р-36М2, более известная в НАТО как "Сатана", мобильный железнодорожный ракетный комплекс, ракеты-носители "Космос" и "Интеркосмос", а также "Зенит", ставший на грани веков сердцевиной международного проекта "Морской старт".

Эта книга об основателе и Главном конструкторе конструкторского бюро, которое сегодня носит его имя: ГКБ "Южное" им. М.К. Янгеля — одной из ярких в истории развития ракетной техники 50–60 гг. личности, ставшей ее признанным харизматическим лидером.

---

Не обошлось без последствий и введение стальных трубок вместо алюминиевых. В результате возникла проблема сварки разнородных металлов: алюминий — сталь, титан — сталь, сталь — ниобий и других сочетаний, которые применялись не только на ракетах, но и на космических аппаратах. Для реализации этих вопросов в городе Орджоникидзе (Северная Осетия) был построен специальный цех изготовления биметаллических переходников.

В довершение было установлено (о чем имелись отрывочные сведения из американских источников), что, проникая через поры металла, компонент не только загазовывает воздух, но и производит разрушительную работу. Соединяясь с влагой, неизменно присутствующей в воздухе, компонент образует кислоту, которая, в свою очередь, вызывает коррозию в алюминиевом сплаве, тем самым еще больше увеличивая негерметичность отсека. Несколько позднее было выяснено, что при относительной влажности воздуха ниже сорока процентов названная реакция не происходит.

На всех ракетах, начиная с ракеты Р-36, для исключения пустых объемов, создаваемых за счет днищ и переходных отсеков, баки окислителя и горючего стали единой емкостью, в которой компоненты топлива разделены промежуточным днищем. Естественно, возник вопрос о возможности проникновения окислителя из верхней полости в нижнюю, где находится горючее. В лучшем случае, говорили оппоненты, будут образовываться нерастворимые нитриды, которые, естественно, могут забить форсунки работающего двигателя. А худший вариант при соединении — взрыв, как это было на ракетах "Титан-П". С целью проверки этих серьезных опасений был проведен смелый эксперимент, который в случае отрицательного исхода мог поставить знак вопроса над конструкцией бака с промежуточным днищем. Для этих целей изготовили опытную емкость с заведомым дефектом в промежуточном днище. Результаты испытаний превзошли все ожидания — образования нитридов и ситуации, инициирующей взрыв, не наблюдалось.

При анализе причин возникновения негерметичности было обнаружено новое неожиданное явление.

Как известно, в процессе прокатки исходной заготовки происходит одновременно и формирование ее структуры, приводящее к образованию волокон в направлении деформирования. Этого оказалось достаточно для того, чтобы в направлении прокатки, как по каналам, распространялся компонент. Пришлось в техническую документацию вводить дополнительное требование, согласно которому фланцы, мембраны и другие подобные детали должны были изготавливаться только из поковок и штамповок. При этом, если металл имел волокнистую структуру, волокна в готовой детали следовало направлять параллельно ее стыкам.

Проводились и другие мероприятия для предотвращения возможных непредвиденных ситуаций. В частности, предъявлялись особые требования по качеству поверхностей перед контролем на герметичность, обязательному контролю усилий предварительной затяжки болтов в разъемных соединениях. Прокладки, которые поступали на сборку, находились в специальных бархатных подложках и с ними обращались, как с драгоценными изделиями. Были введены специальные ограничения на смазку при сборке разъемных соединений, которых, кстати, в топливных системах практически не осталось.

Учитывая то, что после введения всех мероприятий, тем более, когда относительная влажность воздуха в транспортно-пусковом контейнере стала поддерживаться на уровне сорока процентов, лакокрасочное покрытие перестало играть антикоррозионную роль. Поэтому было принято решение снять его с поверхности ракеты. Лакокрасочное покрытие оставили только на сварных швах, на которые после всех других операций и контроля герметичности на общей сборке ракеты сначала наносился анаэробный герметик.

Это мероприятие дало неожиданный эффект: масса сухой ракеты уменьшилась сразу на пятьдесят килограммов. А это очень важно. Образовавшийся резерв веса давал возможность реализации внедрения новых предложений.

Все описанные исследования проводились не в одночасье, а внедрялись, естественно, постепенно. В частности, когда на первых ракетах Р-36 наблюдались утечки компонентов топлива во время стоянки на боевом дежурстве, были даже предложения чисто конструкторского плана — закрыть все подозрительные места полиэтиленовой пленкой. Но оказалось, что через нее за счет диффузии компоненты топлива проникают. Замеры показали, что утечки не составляли более ста миллиграммов в сутки. Для поглощения паров компонентов топлива были разработаны специальные сорбенты, создана переносная химическая лаборатория и отработана технология ликвидации паров. Значение этих работ трудно переоценить: удалось спасти пятьдесят ракет, находившихся на боевом дежурстве. Характерно, что ни на одной из "вылеченных" машин негерметичность в дальнейшем не повторилась.

Для контроля загазованности в отсеках ракеты на определенном этапе устанавливались датчики дистанционного контроля, которые передавали информацию о состоянии атмосферы. Был определен и допустимый ее уровень, который гарантировал коррозионную безопасность металла ракеты. Он соответствовал 0,005 милиграмма компонента топлива на литр воздуха. В этом случае ни о какой загазованности окружающей среды не могло быть и речи. Исходя из этого устанавливался и предельный уровень негерметичности при контроле ее в заводских условиях. Суммарным для узла ракеты, например бака, он должен был быть равным одной десятитысячной литра-микрон в секунду и одной стотысячной в тех же единицах для локальной течи.

Названные специфические термины были хорошо понятны только узким специалистам, занимавшимся этой проблемой. Но ведь к узакониванию уровней допустимой негерметичности был привлечен широкий круг лиц. Об удивительной способности М.К. Янгеля мгновенно схватывать суть вопроса, выделив главное, а затем, как будто он имеет с этим вопросом дело ежедневно, образно донести его до аудитории, — вспоминает цитировавшийся уже Ф.П. Санин. Произошло это на коллегии в Министерстве общего машиностроения при обсуждении проблемы герметичности:

— Перед началом заседания Михаил Кузьмич спросил, на что надо обратить внимание в докладе. Затем поинтересовался, что это за единица измерения литр-микрон в секунду. Удивляюсь, как он быстро все усвоил и потом, уже на трибуне, втолковывал генералам и министерским работникам, какие собираемся применять и применяем точные методы для контроля состояния загазованности. Он образно показал присутствовавшим, что если для сравнения взять объем булавочной головки, то мы способны контролировать величину в сто тысяч раз меньшую, которая и определяется как литр-микрон в секунду. При этом о вопросах диффузии Главный говорил как заправский специалист — физик. Это действительно было убедительно и смело…

В последующем относительная влажность воздуха в ракетах, стартовавших из транспортно-пускового контейнера, поддерживалась естественной конвенцией воздуха, что достигалось благодаря грамотному использованию градиента возникающей температуры и пассивных осушителей типа силикагеля.

Одной из последних преград, завершавших решение задачи ампулизации ракеты, явилась так называемая проблема газового фона в отсеках ракеты и транспортно-пускового контейнера, возникшая в начале семидесятых годов. Указанный фон создавался за счет газовыделения неметаллических материалов и последующего воздействия газов на систему дистанционного контроля загазованности и некоторые элементы ракеты, а также неизбежно присутствовавших паров компонентов топлива. Но и этот рубеж был успешно преодолен.

Ракета второго поколения Р-36 явилась первой межконтинентальной, на которой была решена проблема длительного дежурства в заправленном состоянии. Первый срок нахождения на боевом дежурстве был определен в пять лет. Путь к созданию ампулизированных межконтинентальных баллистических ракет был открыт.

На круги своя

Одной из сложнейших проблем, с которой пришлось столкнуться при создании головных частей (а в дальнейшем и любых возвращаемых аппаратов), стала защита силового корпуса от разогрева мощными тепловыми потоками при движении в плотных слоях атмосферы на нисходящем участке свободного полета. Еще на заре развития ракетной техники в пятидесятых годах об этом писал известный американский ученый венгерского происхождения, специалист в области аэродинамики и прочности Теодор Карман:

"Вход в атмосферу…, вероятно, одна из наиболее трудных задач, которую можно себе представить. Ее решением заняты лучшие умы из тех, кто работает в данной области современной аэрофизики".

Показательно, что, пытаясь решить проблему защиты корпуса головной части от разогрева, приводящего к неминуемому разрушению последней, американцы на первых порах пошли по ложному пути — поиску материала, который сумел бы "впитывать" в себя, спасая конструкцию, огромные тепловые потоки. В качестве такого "поглотителя" тепловой энергии для создания конструкции теплозащиты ставка была сделана на красную медь в силу ее большой теплоемкости. Но сразу стало ясно, что для реального процесса полета головной части этот путь не приведет к "свету в конце туннеля". Сложность проблемы находилась в прямой зависимости от увеличения дальности полета ракет.