Технологии ракеты «Буря»: задел на будущее
Опытное изделие "Буря" на стапеле. Фото Wikimedia Commons
С августа 1957 г. по декабрь 1960-го на полигоне Капустин Яр проводились летные испытания перспективной межконтинентальной крылатой ракеты (МКР) «350» / Ла-350 / «Буря». В соответствии с тактико-техническими требованиями, это изделие должно было показывать высочайшие летно-технические характеристики. Для выполнения такой задачи к разработке проекта пришлось привлечь массу организаций и институтов, которым предстояло найти и освоить перспективные решения, материалы и технологии.
Готовое изделие
Разработка «Бури» началась в 1954 г. в соответствии с Постановлением Совмина о создании двух ракетных комплексов межконтинентальной дальности. Разработку комплекса с крылатой ракетой поручили ОКБ-301 С.А. Лавочкина. Главным конструктором темы «350» стал Н.С. Черняков, научным руководителем – М.В. Келдыш. На всех этапах к проекту планировали привлекать массу других организаций и специалистов.
Около трех лет ушло на научно-исследовательскую часть проекта с поиском основных решений и на последующее проектирование. Техническую документацию по «Буре» подготовили в 1957 г., что позволило запустить производство опытной партии ракет для будущих испытаний.
Проект «Буря» предлагал строительство двухступенчатого ракетного комплекса наземного базирования. Первая ступень включала два боковых блока с жидкостными ракетными двигателями. Маршевую, оснащенную крыльями, оперением, средствами управления и боевой частью, выполнили с применением прямоточного воздушно-реактивного двигателя. Полет должен был осуществляться по командам системы управления, в состав которой включили средства инерциальной навигации и систему астрокоррекции АН-2Ш. Боевая часть – ядерный заряд массой 2350 кг.
Схема ракеты в стартовой конфигурации. Графика Testpilot.ru
Общая длина изделия «350» в стартовой конфигурации достигала 19 м. Диаметр маршевой ступени – 2,2 м, блоков первой ступени – 1,6 м. Размах треугольного крыла достиг 7,75 м. Масса ракеты превышала 97 т, из которых 34,68 т приходилось на маршевую ступень. Согласно требованиям, скорость маршевой ступени на траектории должна была достигать 3,2 М. Требуемая дальность полета – 7,5 тыс.км. В ходе испытаний получили дальность ок. 6,5 тыс.км.
Проблема нагрузок
Требования по скорости накладывали самые серьезные ограничения на прочность конструкции и на ее стойкость к различным нагрузкам, в т.ч. тепловым. Для изучения этих вопросов в 1954 г. в НИИ-1 разработали и построили сверхзвуковую аэродинамическую тепловую трубу с возможностью исследования нагрева и теплообмена. В 1957 г. в НИИ-1 начали эксплуатацию газодинамического теплового стенда Ц-12Т, в который можно было поместить полноразмерный макет ракеты со всем оборудованием. Это позволяло изучить влияние нагрузок на все изделие в сборе.
Расчеты и исследования показали, что в полете передняя кромка крыла и воздухозаборника, а также канал двигателя могут прогреваться до 420°C. Температура внешней обшивки была ниже, ок. 350°C, что было связано со сбросом части тепловой энергии в окружающую среду.
По результатам таких исследований осуществлялся поиск подходящих материалов и технологий. Для изготовления планера выбрали несколько сортов титана и жаропрочной нержавеющей стали. В ВИАМ и МВТУ им. Баумана разработали технологии обработки и сварки таких металлов и сплавов. Также создавались новые неметаллические материалы для использования в уплотнениях, в остеклении, в качестве покрытий и т.д. В частности, ленинградский ГОИ разработал технологию изготовления крупноразмерных кварцевых панелей. Они предназначались для формирования фонаря над датчиками астрокоррекции.
Пусковая установка с ракетой на позиции. Фото Wikimedia Commons
С учетом требований, расчетных нагрузок и доступных технологий была разработана передовая конструкция планера. Фюзеляж ракеты выполнили цилиндрическим с изменяемым сечением. В носовой части имелся сверхзвуковой диффузор с коническим центральным телом, внутри которого имелся отсек для боевой части. Воздуховод двигателя проходил по центру планера, а вокруг него размещались охлаждаемый отсек приборов управления и топливные баки.
Блоки первой ступени должны были обеспечивать разгон до 3М и тоже сталкивались с проблемой нагрева. В связи с этим они строились из тех же материалов, что и маршевая ступень, но отличались более простой конструкцией. Их выполнили в виде цилиндрических агрегатов с коническими головными обтекателями. Почти весь объем отдавался под баки топлива и окислителя; в хвосте находились ЖРД.
Вопрос двигателей
Для получения требуемых летных характеристик первая ступень нуждалась в двух двигателях тягой по 68 т. Разработка таких изделий была поручена ОКБ-2 НИИ-88 под руководством А.М. Исаева. Бюро уже имело предварительный проект двигателя тягой 17 т, и его было решено использовать в контексте «Бури». Новое изделие получило обозначение С2.1100.
Новый двигатель выполнили по четырехкамерной схеме; камеры и часть обвязки заимствовалась в имеющемся проекте. Он должен был использовать топливо ТГ-02 и окислитель АИ-27И. Подача компонентов в камеры сгорания должна была осуществляться турбонасосным агрегатом. Также двигатель оснастили отдельным контуром под изопропилнитрат: он должен был поступать в газогенератор и разлагаться на парогаз, который приводил в движение ТНА. Каждая камера двигателя С2.1100, по расчетам, давала по 17 т тяги – суммарно требуемые 68 т.
Процесс подъема ракеты в стартовое положение. Фото Testpilot.ru
ПВРД второй ступени разрабатывался в ОКБ-670 М.М. Бондарюка. При кажущейся простоте конструкции, создание такого двигателя отличалось особой сложностью. Требовалось найти материалы, соответствующие тепловым нагрузкам от горения топлива, отработать аэродинамические процессы на входе и внутри двигателя, а также решить массу других задач. К 1957 г. все эти проблемы были успешно решены, результатом чего стал сверхзвуковой ПВРД, работающий на керосине и дающий на маршевом режиме тягу 7,55 т.
Средства управления
Над системой управления для «Бури», позже получившей название «Земля», работал филиал НИИ-1 МАП под руководством И.М. Лисовича и Т.Н. Толстоусова. В этом проекте использовались существующие наработки разных организаций. В частности, еще в сороковых годах исследования по этой теме проводились специалистами НИИ-88.
Целью проекта НИИ-1 МАП являлось создание системы, способной автоматически находить указанные звезды, отслеживать их положение и определять по нему собственные координаты. Для этого требовалось решить несколько вспомогательных задач, таких как создание т.н. искусственной вертикали или обеспечение помехоустойчивости во всех условиях. Также пришлось разрабатывать счетно-решающую машину, способную преобразовывать данные астрокоррекции в команды для автопилота.
Еще в 1952 г., до начала работ по МКР «350», был изготовлен опытный образец астронавигационной системы. Его испытания на самолете Ил-12 показали высокую точность удержания направления полета. В 1954-55 гг. эту систему усовершенствовали и вновь испытали. Летающая лаборатория на базе Ту-16 совершала полеты на высотах 10-11 км со скоростью 800 км/ч, и за 5-6 ч полета накапливалась ошибка в пределах 4-6 км.
Комплекс готов к старту. Фото Testpilot.ru
После определенных доработок электромеханическая система навигации с инерциальными приборами и астрокоррекции была готова для установки на опытные ракеты. В 1957 г. началось изготовление опытных партий такой аппаратуры для монтажа на ракеты-прототипы.
Подтверждено испытаниями
Первый старт «Бури» был запланирован на 1 августа 1957 г., но не состоялся. Неполадки в системе подачи изопропилнитрата не позволили провести штатный запуск двигателя первой ступени. К счастью, приборы двигателя отработали правильно, и ракета не пострадала. После необходимых доработок, 1 сентября ее вновь подготовили к полету. На этот раз ракета сошла с пусковой установки, но система управления преждевременно дала команду на сброс газовых рулей первой ступени. Ракета потеряла управление и упала.
Затем имели место еще три неудачных запуска, в которых полет продолжался не более 60-80 сек. В мае 1958 г. «Буря» впервые взлетела штатно, заняла заданную высоту, сбросила блоки первой ступени и включила ПВРД. Скорость маршевой ступени достигла М=3. Далее имели место еще пять запусков со сбоями на старте или на разных участках траектории. Следующие четыре полета были успешными и показали, что ракета может разгоняться до 3,2М, лететь на дальность 5500 км и выполнять маневры, в т.ч. разворот на 180°.
В марте 1960 г. имел место последний отказ в полете с потерей ракеты. Затем, в марте и декабре, провели два пуска по мишеням на полигонах Камчатки. В первом случае «Буря» за 121 мин. долетела до района цели, после чего не смогла перейти в пикирование. Следующий и последний полет был полностью успешным. На дальности 6425 км изделие отклонилось от цели на 4-7 км.
Ракета в первые секунды полета. Фото Militaryrussia.ru
В последних полетах использовались опытные ракеты с усовершенствованной двигательной установкой. На них использовались ЖРД С2.1150 с повышенной тягой и более компактный ПВРД РД-012У.
Задел на будущее
На ранних стадиях испытаний МКР «Буря» сталкивалась с различными техническими и конструктивными проблемами. С ними удалось справиться, и в дальнейшем ракета показывала высокий уровень характеристик – и способность решать реальные боевые задачи. По результатам дальнейшей доводки, совершенствования и внедрения новых компонентов ракета «350» вполне могла стать эффективным и успешным стратегическим оружием.
Однако в 1960 г. – по разным данным, в феврале или в декабре – Совмин распорядился прекратить работы по теме «Буря». Руководство страны решило, что межконтинентальные крылатые ракеты по своим возможностям и потенциалу уступают баллистическим комплексам. Одновременное развитие двух направлений посчитали невозможным и нецелесообразным.
«Буря» не прошла весь процесс доводки и не поступила на вооружение нашей армии. Однако и в этом случае проект дал самые заметные результаты. Для разработки новой МКР пришлось построить целый ряд научно-исследовательских объектов и провести массу исследований. Был собран большой объем информации об аэродинамике высоких сверхзвуковых скоростей, тепловых процессах и т.д.
Макет комплекса в музее. Фото FAS
Кроме того, создавались новые материалы и технологии. Большая часть подобных результатов проекта «Буря» в дальнейшем успешно использовалась при создании новых образцов авиационной и ракетной техники. Так, титан, жаропрочные стали и прочие материалы для «Бури» до сих пор активно применяются в конструкциях авиационной и иной техники. Современные технологии изготовления таких конструкций прямо восходят к наработкам ВИАМ и МВТУ середины пятидесятых годов.
Некоторые решения проекта С2.1100 позже использовались в новых проектах ракетных двигателей. Опыт создания прямоточных двигателей РД-012/012У тоже пригодился при разработке ряда новых изделий, таких как некоторые зенитные ракеты. Часть наработок прошлого может применяться и при создании современных гиперзвуковых вооружений.
Большое значение для нашей ракетной и авиационной техники имела разработка системы «Земля». Астронавигация наглядно показала свои возможности и благодаря этому в дальнейшем нашла применение в массе новых проектов. В частности, с ее помощью обеспечивается высокая точность стрельбы межконтинентальными баллистическими ракетами.
Таким образом, проект «Буря» / «350» / Ла-350 не смог решить свою главную задачу, и Советская армия не получила принципиально новое стратегическое вооружение с высочайшими характеристиками. В то же время, этот проект оставил массу научных данных и технического опыта, что поспособствовало дальнейшему развитию целого ряда направлений. Это означает, что «Буря» – несмотря на неудачное завершение проекта – создавалась не зря и принесла большую пользу, пусть даже и косвенно.
Информация