Наука и техника | Космонавтика | Лунная гонка

Ракеты-гиганты создавались с одной-единственной целью — скачкообразно опередить космические достижения конкурирующей сверхдержавы

Первые советские спутники настолько потрясли США, что впервые заставили американцев задаться вопросом, а действительно ли они являются лиде­рами мирового прогресса. Уязвлен­ным считало себя не только амери­канское правительство, но и простое население страны. Нужна была нацио­нальная программа, которая позволи­ла бы одним скачком восстановить статус-кво. Адекватным ответом мог­ла бы стать только разработка сверх­тяжелой ракеты-носителя, позволив­шей бы обеспечить пилотируемые по­леты на Луну и Марс. И в августе 1958 года Управ­ление пер­спективных исследований МО США приняло решение о финансировании разработки самой мощной из всех существовавших ракет-носителей на Земле "Сатурн". Вернее, предусмат­ривалось создание целого семейства "Сатурнов", но конечной целью был "Сатурн-5" -трехступенчатый носи­тель для лунной экспедиции.

У кого тяжелее?
В отличие от аналогичных советских программ разработка "Сатурна" с са­мого начала не была покрыта тайной. Мало того, программа была объявле­на общенациональной, и внести вклад в ее успешное осуществление Джон Кеннеди призвал каждого американ­ца. Так же открыто был назван и глав­ный конструктор самой мощной в ми­ре ракеты-носителя — Вернер фон Браун. Создатель баллистической ра­кеты для массового уничтожения анг­личан во Второй мировой войне полу­чил шанс реабилитироваться.
Ввиду открытости американских работ разработка "Сатурна" не была секретом и для советских ракетчиков. В том же 1958 году появилось поста­новление Совета министров СССР о разработке отечественной тяжелой ракеты — наш совершенно секретный ответ американцам. Однако если фон Браун предложил для первой ступени своей ракеты использовать жидкост­ный реактивный двигатель на хорошо
освоенных компонентах кислород — керосин, а на последующих новую пару кислород — водород, то перво­начальный советский проект преду­сматривал помимо кислородно-водо­родного двигателя первой ступени фантастический ядерный реактивный двигатель на второй. В качестве ра­бочего тела предполагалось исполь­зовать аммиак или его смесь со спир­том, все это нагревалось в ядерном реакторе до температуры в 3000 градусов, Струи раскаленных газов вы­летали бы через четыре сопла.
Оценить реальность создания ядер­ного двигателя у советских ракето­строителей не было возможности, те­ма была сверхсекретной. До инжене­ров только доходили слухи о каких-то разработках в Курчатовском институ­те, о попытках Туполева установить реактор на самолете и успехах в со­здании первых атомных лодок. Только к 1961-му было принято единственно осуществимое решение — строить тя­желую ракету на жидкостных реактивных двигателях. Еще год прошел в спорах, кому строить ракету. Победил Королев. К середине 1962-го у СССР был готов только проект тяжелой ко­ролевской ракеты-носителя Н-1. А в США уже как год шли полным ходом летные испытания первого этапа — двухступенчатой ракеты-носителя "Сатурн-1". Уже на этом этапе гонка нами была проиграна!

Кооператив
Программа "Сатурн" до сих пор явля­ется классическим примером органи­зации работ над гигантским проектом: прозрачный бюджет, соблюдение сро­ков и, самое главное, успешная коо­перация гигантских корпораций-кон­курентов. Первую ступень изготавли­вал Boeing, вторую — Nord American Rockwell, третью — McDonnell Douglas, приборный отсек — IBM, двигатели -Rocketdyne, и т. д. В СССР же именно на лунном носителе главные конструк­торы окончательно переругались меж­ду собой. В итоге главный конструктор самых лучших в мире ракетных двига­телей первой ступени Валентин Глушко отказался делать двигатели для коро­левской ракеты Н-1 и, вместе с другим конструктором ракет Владимиром Челомеем, начал самостоятельную разработку сверхмощного носителя.
Королев же при проектировании Н-1 совершил, пожалуй, все ошибки, которые можно было совершить. Нач­нем с того, что конструкторы просчи­тались с массой полезного груза, ко­торая при стартовой массе Н-1 в 2200 т составляла 75 т. Как выяснилось го­раздо позже, такая нагрузка не позво­ляла высадить на Луну людей. ("Са­турн-5" изначально проектировался под 150 т полезной нагрузки.) Отсут­ствие мощных двигателей вынудило только на первой ступени установить тридцать ЖРД разработки Николая Кузнецова, до этого строившего само­летные двигатели, из-за чего Н-1, по словам Глушко, "напоминал не раке­ту, а склад двигателей".
Шагом назад был и отказ от хоро­шо отработанной на знаменитой Р-7 пакетной схемы и от несущих баков. Баки снова стали подвесными, как на "Фау-2", — они воспринимали толькогидростатическое давление топлива, а динамическим нагрузкам противосто­ял внешний корпус. Гигантские баки и блоки ракеты оказались столь велики, что на заводах-изготовителях плани­ровалось производство только транс­портабельных блоков. Сварку баков, сборку блоков и монтаж ракеты пла­нировалось осуществлять в огромном корпусе на Байконуре, что сильно удорожало стоимость носителя.
Двигатели второй и третьей ступе­ней на "Сатурне-5" работали на кис­лороде и водороде — гораздо более эффективных компонентах, чем пара кислород — керосин, которая применя­лась на всех ступенях Н-1. В итоге да­же модифицированный Н-1 при стар­товой массе в 2820 т выводил на низ­кую орбиту всего 90 т полезной на­грузки, тогда как "Сатурн-5" при стар­товой массе в 2913 т выводил 140 т!
Скептики применения жидкого во­дорода пугали конструкторов следую­щими доводами: что при температуре в -253°С все металлы становятся хрупкими и что даже школьникам известно, смесь водорода и кислорода представ­ляет собой гремучий газ и мельчайшая утечка при заправке приведет к гигант­скому объемному взрыву. Такие дово­ды, действительно, годились разве что для школьников, но никак не для на­стоящих профессионалов.

Везунчик и неудачник
Программа "Сатурн" предусматривала создание последовательно трех раз­ных носителей. Двухступенчатая ракета, летные ис­пытания которой начались еще в 1961 году, предназначалась для отработки макетов корабля "Аполлон". "Сатурн-IB", в пять раз легче "Сатурна-5", стал базовым кораблем для пилотируемых полетов "Аполлонов". Оба этих кораб­ля послужили прототипами для окон­чательной модификации — трехступен­чатого лунного носителя "Сатурн-5". Ракета собиралась в вертикальном состоянии прямо в Космическом цен­тре на мысе Канаверал. Для этого был построен огромный небоскреб высо­той 160 м. Транспортировка собран­ной ракеты на пусковой стол также производилась в вертикальном состо­янии специальным гусеничным транс­портером. На первой ступени "Сатурна-5" было установлено пять двигате­лей F-1, каждый тягой в 695 т, рабо­тавших на кислороде и керосине. Кис­лородно-водородные двигатели J-2, тягой по 92-104 т каждый, стояли на второй и третьей ступенях (пять и один двигатель соответственно). За­метим, что ни кислородно-керосино­вые двигатели на тягу свыше 600 т, ни мощные кислородно-водородные двигатели на тот момент в СССР да­же не разрабатывались. Впервые "Сатурн-5" был запущен 9 ноября 1967 года, а в июле 1969 года "Са­турн-5" доставил на Луну первую экспедицию. Всего было произведено несколько десятков пусков "Сатурнов" разных модификаций, и ни один пуск не закончился катастрофой.
Совсем по-иному сложилась судьба Н-1. Решено было не делать никаких промежуточных вариантов, а пускать сразу полноразмерную ракету. Пер­вый пуск Н-1 состоялся 21 февраля 1969 года. Ракета продержалась в воз­духе 69 секунд и упала в 50 км от стар­та — подвели двигатели первой ступе­ни и система управления ими. 3 июня состоялся пуск второго Н-1. Еще до отрыва от стартового стола взорвался один из двигателей, остальные двига­тели подняли ракету на 200 м, после чего носитель рухнул на землю, пол­ностью уничтожив стартовые соору­жения. Вторая стартовая площадка, в 3 км от разрушенной, уцелела, но пускать третью ракету не решились: взрыв двигателя — не такая авария, которую можно исправить за месяц. Да и сама гонка потеряла смысл: в июле американцы уже высадились на Луну.

Старт Н-1. Видно, как гигантская ракета заваливается набок.

Однако в 1971-1972 годах были предприняты еще две безуспешные попытки запуска Н-1. Ракеты погибали еще на стадии работы первой ступе­ни. Только после этого было принято окончательное решение о прекраще­нии работ по Н-1. Следующий, 1973 год стал кризисным для мирной кос­монавтики как в СССР, так и в США. У нас он наступил из-за полного про­вала лунной программы. Американ­цы, отправив семь экспедиций к Луне, столкнулись с другой проблемой — ну слетали, и что дальше? Итог был один для обеих сторон: работы по сверхтя­желым носителям были свернуты.

Ракета из блоков
Могли мы хотя бы теоретически опе­редить американцев в лунной гонке? Все специалисты сходятся во мнении: с королевским носителем однозначно нет. Не был готов не только носитель, на момент прекращения программы был полностью отработан только лун­ный скафандр ("ПМ" напишет о нем в ближайшем номере)!
Однако существовал другой вари­ант. Практически одновременно с Королевым свой проект лунного ко­рабля и ракеты-носителя предложил Владимир Челомей, возглавлявший реутовское ОКБ-52. В отличие от Н-1 проект челомеевской сверхтяжелой ракеты-носителя не был утопическим. За основу лунного носителя УР-700 Владимир Челомей планировал взять уже находящуюся в эксплуатации трех­ступенчатую УР-500К, родоначальницу современного семейства "Протонов". УР-500 имела необычную компонов­ку первой ступени. Основу составлял центральный блок-бак окислителя. На него навешивались шесть блоков, каждый из которых состоял из бака с горючим и двигателя первой ступе­ни. Преимущество такой компоновки состояло в небольшой длине собран­ной ступени. Важным преимущест­вом УР-500 было и то, что все блоки конструировались с учетом габаритов железнодорожных вагонов и плат­форм, а также ширины железнодорожных путей и размеров тоннелей, мостов и развязок.

Ракета-носитель "Протон" до сих пор остается основной тяжелой российской ракетой

Ракета строилась на базовых заводах, а на Байконуре происходила только относительно простая сборка из готовых блоков.
Ни один из существующих двигате­лей для такой мощной ракеты не под­ходил. Тут-то и пригодился двигатель РД-253, разрабатываемый Глушко для Н-1 и отвергнутый Королевым. Все ступени УР-500 работали на высоко-кипящих токсичных компонентах топ­лива (окислитель — тетраксид азота, горючее — несимметричный диметил-гидразин). Подобное топливо было необходимым требованием военных: УР-500 создавалась не столько под мирные грузы, сколько под военную нагрузку — от сверхмощных боеголо­вок до боевых ракетопланов.
Лунный носитель УР-700, позволяю­щий вывести на орбиту полезный груз массой 140 т, представлял собой уже готовую УР-500, к которой добавля­лась новая первая ступень -девять бло­ков, с одним двигателем РД-270 в каж­дом. Этот уникальный двигатель тя­гой в 630 т (более чем в четыре раза мощнее, чем двигатели первой ступе­ни Н-1) специально для УР-700 разра­батывал Валентин Глушко. Собствен­но, это единственный сложный эле­мент, который требовалось разрабо­тать для нового носителя. Все осталь­ные компоненты имели унифициро­ванные размеры с УР-500, что позво­ляло производить их на существующей оснастке. Сомневаться в том, что Глуш­ко создал бы такой двигатель, основа­ний не было: после прекращения ра­бот над УР-700 он создал для "Энергии" самый мощный в мире ракетный дви­гатель РД-170 тягой в 740 т! "Если бы лет десять-двенадцать назад приняли мой вариант, — говорил впоследствии Челомей, — мы бы имели носитель, не уступающий "Сатурну-5", но с тем пре­имуществом, что три верхние ступени всегда находятся в серийном производ­стве, независимо от лунной програм­мы". Ему никто уже и не возражал.

Одно из немногих изображений УР-700

Марсианские ракеты

Если советская лунная экспедиция с самого начала была невыполнимой авантюрой, то марсианская программа была вполне осуществима. Для пи­лотируемого полета к Красной плане­те потребовались бы супертяжелые ракеты, в два раза превышающие гру­зоподъемность лунных носителей. У СССР было целых два проекта, причем оба в высокой степени готовности.
Первый носитель для марсианской экспедиции предложил все тот же Челомей. Как нетрудно догадаться, второй, третьей и четвертой ступеня­ми марсианской УP-900 должна была стать существующая УР-500 "Протон". На первой ступени планировалось установить вместо шести, как в УР-700, целых 15 двигателей, что позво­лило бы вывести на опорную около­земную орбиту массу до 240 т, доста­точную для марсианского корабля.
Второй марсианский носитель был предложен спустя 20 лет после УР-900. НПО "Энергия" разработало про­ект сверхтяжелой ракеты-носителя "Вулкан", способной выводить на низ­кие орбиты 200 т полезного груза.
"Вулкан" базировался на уже летав­шей ракете "Энергия", у которой вме­сто четырех боковых блоков первой ступени (в каждом — по двигателю РД-170) планировалось установить восемь несколько увеличенных по длине аналогичных блоков. Все основные моду­ли и блоки для "Вулкана" были разра­ботаны и производились серийно.

Так мог бы выглядеть старт "Вулкана"

Мамонты
Сверхтяжелые ракеты могли существовать только для решения сверхзадач, таких как пилотируемые экспедиции на Луну или Марс. Для решения
повседневных задач человечества они непригодны. Как и мамонты, эти раке­ты вымерли. И сейчас даже при боль­шом желании наладить производство
"Сатурна-5", Н-1 или "Энергии" не­ реально: не сохранилось ни полной документации, ни сборочных заводов,
ни специалистов. По иронии судьбы единственный носитель-гигант, который в случае экстренной необходимо­сти можно реанимировать, — УР-700,
так и оставшийся на бумаге. Практически все компоненты для него до сих пор выпускаются серийно на Заводе им. Хруничева.

Источник: журнал "Популярная механика", №11 за 2003 год.