Подстраховка
Ажиотаж вокруг запусков первых искусственных спутников Земли не прошел мимо молодого ракетного ОКБ-586 М.К.Янгеля (г. Днепропетровск, Украина), и первым этапом «дороги в космос» этого коллектива явилась «подстраховка» носителя Р-7 ракетой Р-12.
Не секрет, что начало летных испытаний МБР Р-7 было трудным. Только с четвертой попытки — в августе 1957 г. — королёвская ракета «пошла». А янгелевская Р-12 с первого пуска в июне того же года продемонстрировала свою успешность.
К тому времени проявились подробности американского плана Vanguard, предусматривающего создание и запуск сверхлёгкого (1-10 кг) спутника в период проведения Международного геофизического года (МГГ). Невольно оглядываясь на американцев, руководители советской промышленности, и в первую очередь Д.Ф.Устинов, пришли к выводу, что, используя имеющийся научно-технический задел, можно в сжатые сроки сделать легкий носитель, более массовый и дешевый, чем Р-7.
Очевидным казался следующий подход: создать РН, комбинируя уже имеющиеся или разрабатываемые ракеты. По такому пути пошли сотрудники ОКБ-1 С.П.Королёва, которые предложили в конце 1956 г., также в качестве «подстраховки» для Р-7, легкий носитель ИСЗ на базе ракеты Р-5. Поскольку номенклатура готовых «изделий» в ту пору была весьма ограничена, в качестве второй ступени они рассматривали свою же ракету Р-11. Однако обе эти машины были далеки от совершенства как ступени РН, и их соотношение в носителе было неоптимальным. Система Р-5/Р-11 явно не могла сообщить ПГ скорость, близкую к первой космической. Максимум, что могло получиться из этого предложения — высотная геофизическая ракета.
Р5/Р11
Следующий шаг — использовать на данной легкой РН еще одну, новую третью ступень. Однако к тому времени разработчики ОКБ-1 физически не могли реализовать данный вариант — все их силы и время были отданы работам по «семёрке».
В то же время создаваемая в ОКБ-586 новая ракета Р-12 вполне могла претендовать на роль ступени космической РН. В 1956 г., возвратившись из очередной командировки в Москву, М.К.Янгель собрал совещание с ведущими специалистами ОКБ, где, кроме информации о текущих событиях, объявил: «В будущем году Королёв будет запускать искусственный спутник [Земли] на «семёрке». Мне предложено [Д.Ф.Устиновым] подстраховать эту работу. Думаю, задачу можно решить, если на нашу Р-12 поставить вторую ступень».
Как известно, имея готовую «базовую» ракету, можно «надстраивать» ее вниз, подводя под нее «стартовые» ступени, или вверх, устанавливая «высотные» (вторые, третьи, четвертые…) ступени. Именно это имел ввиду М.К.Янгель, когда говорил о «подстраховке».
Учитывая утвержденные «наверху» жесткие сроки запуска первого ИСЗ, ОКБ-586 решило опираться на имеющееся производство, аппаратуру, стартовый комплекс… А самое главное, на «родную» ракету как первую ступень РН.
В январе 1957 г. были начаты проектно-поисковые работы. Проработки показали, что на ракете Р-12 (с энергетикой в два раза больше, чем у Р-5) «не смотрится» вторая ступень из номенклатуры готовых «изделий»: ни одна из существующих небольших ракет (зенитных и баллистических) в совокупности с янгелевской машиной не могла развить первую космическую скорость. Не прошел и укороченный вариант Р-12: не оказалось подходящего высотного двигателя.
Следовательно, вторую ступень надо было проектировать «с нуля».
Между тем, при создании небольшой ракеты существует одно принципиальное ограничение — т. н. масштабный фактор. Реальные комплектующие изделия — двигатель, система управления, силовые приводы и т. п. — имеют вполне определенные габаритно-массовые параметры, которые не всегда можно уменьшить «пропорционально» размерности ракеты. Это равно относится как к жидкостным, так и к твердотопливным машинам.
В любом случае, работа по «подстраховке» Р-7, не являясь приоритетной для ОКБ-586, объективно не могла дать быстрых положительных результатов. Даже когда состоялись пуски легких американских носителей, создание легкой советской РН — в свете достижения новых космических рекордов того времени — не казалось актуальным. В самом же ОКБ-586 существовало весьма «спокойное» отношение к собственному космическому «коню» — достаточно сказать, что Главный конструктор М.К.Янгель лишь в 1959 г. выступил с предложением разработки ракеты-носителя 63С1 на базе боевой БРСД Р-12.
Первая ступень двухступенчатого носителя 63С1 была сделана на базе боевой ракеты Р-12 (Фото И.Афанасьева)
Имя собственное: Первый, Второй, Третий
Исторически сложилось так, что образцы принципиально новой техники если и не рождались, то обретали жизнь в развитых странах Запада — достаточно вспомнить пароход, паровоз, автомобиль, телефон, самолет, телевизор, атомную бомбу и т. д. Спутник же не имел прототипов, он был совершенно новым и УНИКАЛЬНЫМ творением; его — как и космическую РН — неоткуда было скопировать.
Поэтому когда Первый ИСЗ прочертил небо Земли, на всех языках зазвучали — как самые главные — два ключевых слова: «РОССИЯ, СПУТНИК!»
Вот вехи на этом пути.
16 марта 1954 г. в Отделении прикладной математики АН СССР (у М.В.Келдыша) состоялось первое специализированное совещание по определению круга научных задач, решаемых с помощью ИСЗ. Президент АН СССР А.Н.Несмеянов данное новое направление одобрил и поддержал.
Два месяца спустя С.П.Королёв представил министру оборонной промышленности Д.Ф.Устинову докладную записку «Об искусственном спутнике Земли», подготовленную М.К.Тихонравовым[19].
Не меньшую роль, чем научно-технические возможности, играли политические мотивы. В контексте глобального противостояния с Западом и реакции СССР на заявление президента Соединенных Штатов Д.Эйзенхауэра (Dwate Aisenhower) от 29 июля 1955 г. о запуске в период Международного геофизического года (1957–1958 гг.) американского спутника — 3 августа академик Л.И.Седов на VI конгрессе Международной астронавтической федерации в Копенгагене объявил о намерении Советского Союза также запустить ИСЗ в течение МГГ.
Через месяц, 3 сентября 1955 г., С.П.Королёв направил Гл. конструкторам и в правительство предварительные характеристики научного спутника массой 1100 кг и план работ по его созданию.
30 января 1956 г. было принято Постановление ЦК КПСС и СМ СССР № 149-88сс, которым предусматривалось создать под ракету Р-7 неориентированный ИСЗ (объект Д) весом 1000–1400 кг с аппаратурой для научных исследований весом 200–300 кг. Срок первого пробного пуска объекта Д — 1957 год.
К концу 1956 г. выяснилось, что намеченные планы запуска ИСЗ находятся под угрозой срыва из-за трудностей в создании научной аппаратуры и более низкой (304 сек вместо расчетных 309–310) удельной тяги двигателей РН. Правительство установило новый срок запуска объекта Д — апрель 1958 г.
И здесь надо отдать должное мудрости, исторической прозорливости, энергии и изобретательности команды С.П.Королёва: в ноябре 1956 г. ОКБ-1 внесло предложение о срочной разработке и запуске т. н. «простейшего спутника» (объект ПС) массой порядка 100 кг в апреле-мае 1957 г. во время летных испытаний Р-7. Предложение было принято, и 15 февраля 1957 г. вышло Постановление, предусматривающее запуск простейшего неориентированного ИСЗ на орбиту, проверку возможности наблюдения за спутником и приема радиосигналов с его борта. Запуск ИСЗ разрешался только после одного-двух стартов ракеты Р-7 с положительным результатом.
Ведущим конструктором по аппарату ПС был назначен М.С.Хомяков. В разработке проектной и конструкторской документации принимали участие К.Д.Бушуев, С.О.Охапкин, С.С.Крюков, М.К.Тихонравов, Н.А.Кутыркин и др.
Проектная схема отделения спутника «объект Д» от ракеты-носителя: 1 — носовые створки обтекателя; 2 — спутник; 3 — хвостовые щитки обтекателя; 4 — последняя ступень РН
Что касается концепции ПС, то она выкристаллизовалась как ИСЗ-радиомаяк, сферическая форма которого идеально подходила (как исследовательская модель) для определения параметров плотности верхней атмосферы. При этом оригинальная «полусферическая» схема теплообмена аппарата с окружающей средой («лоб» — теплоизолирован, «тыл» — радиационный теплоизлучатель; требуемая ориентация ИСЗ при наличии атмосферы заметной плотности обеспечивается устойчивой статической балансировкой за счет «откинутых назад» антенн) позволяла увеличить время активного существования спутника в случае, если бы его торможение оказалось достаточно интенсивным.
Одна из первых конструктивных схем «простейшего спутника»
Формирование конструктивно-компоновочной схемы «простейшего» ИСЗ на базе стандартных приборов и блоков давало массу спутника около 300 кг, что представлялось чрезмерным. Поэтому в процессе проектирования ПС были предложены (и затем реализованы) следующие технические решения:
