23 сентября и 12 октября 1958 года были проведены первые пуски ракет Р-7 в лунном варианте. Оба пуска закончились однотипными авариями - разрушением пакета на конечном участке полета первой ступени.
Подобного вида аварии наблюдались впервые. Никаких производственных дефектов, конструкторских ошибок или "разгильдяйства" испытателей при подготовке ракет первый анализ не обнаружил. Возникли подозрения о непознанном принципиальном недостатке пакетной схемы. История поисков первопричины этих аварий очень поучительна.
Качество телеметрических записей было вполне достаточным для пристрастного поиска признаков возникновения отказов в системе управления или агрегатах двигательных установок. Однако многочисленные специализированные группы исследователей аварии 23 сентября явного криминала не обнаружили. Принимать решение о следующем пуске без объяснения причин аварии и проведения каких-либо мероприятий было недопустимо. Но Хрущеву было обещано попадание в Луну, поэтому долго размышлять и рассматривать телеметрические пленки и записи, не принимая решения, времени у нас не было.
Кто-то из потерявших надежду быстро раскрыть тайну разрушения ракеты мечтательно высказался, что если списать это на диверсию - типа незаметно приклеенной магнитной мины, то никаких мероприятий, кроме повышения бдительности, не потребуется и можно будет продолжать пуски.
Сама по себе мысль о возможной диверсии была для нас неприемлема, ибо влекла за собой поиски врага в среде испытателей. Очень многие аварии за время нашей работы при горячем желании закрыть глаза на истинные причины можно было бы объяснить злым умыслом, тогда следствие должны вести "органы", а инженеры - с чистой совестью переходить к следующему пуску.
| 242 |
Наш опыт за первые двенадцать лет ракетной деятельности, а забегая вперед, могу сказать, что и в последующие годы, показал: если инженеры берут на себя роль частных детективов, то всегда добиваются успеха.
Ни разу ни одна авария не была списана на диверсию.
В конечном счете раскрывались самые загадочные происшествия. Но для этого требовалось время. Наше собственное нетерпение, давление сверху и желание раскрыть тайну с помощью следующего пуска методом натурного "следственного эксперимента" обходилисъ очень дорого, но зато избавляли от обвинений в бездеятельности.
Следующее астрономическое окно для попадания в Луну приходилосъ на первую половину октября. Если пропустить эти "лунные" дни, то упустим случай сделать подарок к 41-й годовщине Октябрьской революции. Но это еще полбеды.
Самой большой неприятностью была угроза со стороны военных. Мрыкин заявлял, что Луна - это в конце концов дело престижа, науки и политики, а вот продолжения летных испытаний боевых Р-7 не будет, пока мы не получим исчерпывающих объяснений причин разрушения ракеты и не дадим достаточных гарантий. "Вы только представьте себе, что такое необъяснимое разрушение всего пакета на 90-й секунде происходит с ракетой, несущей не песок, а настоящий боевой заряд!"
Представить себе такое никто не мог, ибо непонятно было, как себя поведет автоматика головной части и сам боевой заряд. В горячих спорах приводились и такие доводы: ракеты; мол, испытываются десятками пусков и каждый обязательно дает нам новую информацию, которую мы используем для изменения схем или конструкций, в конечном счете - для повышения надежности. Что же касается самой главной задачи - надежности взрыва термоядерного заряда у цели и гарантированной безопасности при любых авариях ракеты "по дороге", то таких реальных испытаний, тем более на полную дальность, мы сделать не можем. Отсюда простой вывод - мы обязаны донести заряд с безусловной гарантией, что по всей дороге до цели по нашей вине аварии не будет. А уж если боевая головка ракеты дошла до цели, то за все, что там произойдет, отвечают атомщики. Они испытывают нашу головную часть вместе с зарядом автономно, на своем полигоне, дают гарантии, и "да поможет им Бог!".
По этому поводу Воскресенский любил повторять, что самой надежной гарантией является страховой полис, но страховых компаний после 1917 года уже не существует, поэтому страховой полис должен быть заменен клятвой, скрепленной подписями всех главных. Подобные высказывания в до предела напряженной обстановке мог
| 243 |
В состав отдела управления нашего ОКБ-1 входила лаборатория динамики, инженеры которой анализировали динамику процессов управления после каждого полета, независимо от его результатов. Возглавлявший эту лабораторию Георгий Дегтяренко и заместитель Пилюгина Михаил Хитрик, анализируя поведение системы РКС -регулирования кажущейся скорости, обратили внимание на непонятное поведение датчиков давления, которые играли в этой системе роль приборов обратной связи. Эти датчики следили за давлением в камерах сгорания боковых блоков. Датчик системы РКС, обладавший высокой разрешающей способностью, показал, что давление в камерах пульсировало с частотой от 9 до 13 герц. Эта частота совпадала с частотами собственных продольных упругих колебаний ракеты. Амплитуда этих колебаний к моменту прекращения записи достигла ± 4,5 атмосфер.
Если это не электрические наводки в системе измерений, то такие пульсации давления в камере должны вызвать соответствующие по частоте колебания в системе подачи кислорода и керосина. Действительно, повторный микроанализ подтвердил, что давление окислителя на входе в насосы всех блоков пульсирует в этом диапазоне частот. Датчик осевой перегрузки подтвердил наличие расходящихся колебаний продольной перегрузки, совпадающих по частоте с пульсациями тяги двигателей.
Круг поисков замыкался в контуре: конструкция ракеты - пульсации давления кислорода на входе в насосы - пульсации тяги двигателей боковых блоков. В этом замкнутом контуре могут возникать расходящиеся по амплитуде колебания, если собственная частота, определяемая свойствами конструкции ракеты, совпадает с частотой пульсаций давления в камере сгорания. При этом деформации конструкции и, прежде всего, топливных трубопроводов на входе в насосы двигателей приводят к разрушению, за которым следует пожар, и взрыв.
"Следопыты" вернулись к записям этих параметров на предыдущих пусках и убедились, что пульсации, правда, значительно меньшей амплитуды, были почти на всех ракетах, но этому явлению никто не придавал особого значения. Обычно давление в камерах сгорания двигателей контролировалось по датчикам телеметрической
| 244 |
Здесь следовало бы остановить летные испытания, перейти к тщательному изучению обнаруженных явлений. Но мы были подобны азартным игрокам. Ставки большие, но выигрыш тоже велик - прямое попадание земного предмета в Луну. Впервые в мире! Никому, и больше всего Королеву и Келдышу, не хотелось останавливаться для глубоких длительных исследований и экспериментов.
После первых докладов предложенной версии в узком кругу были придуманы профилактические мероприятия, не приводящие к отмене следующего пуска по Луне. На двигателях первой ступени, начиная с 85-й секунды, снижалась тяга. Это уменьшало нагрузки на все элементы конструкции. Заподозрили, что система синхронизации опорожнения баков может вносить возмущения в процесс подачи кислорода в насосы. Для страховки решили на этом же участке ее выключать, а заодно выключать и систему РКС. Для труб кислородных магистралей боковых блоков придумали и быстро изготовили дополнительные крепления в надежде увеличить жесткость и тем самым повысить собственную частоту. Была надежда, что эта доработка выведет трубопроводы из возможной зоны резонанса.
Эти мероприятия были доложены на Госкомиссии, которая, скрепя сердце, дала добро на следующий пуск.
Второй пуск по Луне 12 октября по картине катастрофического разрушения был подобен предыдущему. Анализ телеметрических записей показал неэффективность мероприятий. Теперь уже никто из специалистов, разбиравшихся в процессах возникновения разрушительных колебаний, не сомневался в достоверности первоначальной версии разрушения.
На бурном заседании Государственной комиссии Руднев потребовал от Королева, чтобы он лично возглавил аварийную комиссию и попросил Келдыша подключить к исследованиям ученых.
Комиссия была образована в следующем составе: Королев (председатель), Келдыш, Глушко, Пилюгин, Ишлинский, Петров, Мишин, Аккерман, Нариманов, Боков.
Пилюгин в частной беседе, которую мы с участием Виктора Кузнецова после всех заседаний вели на полигоне в его домике, ворчал, что "управленцам" в этой проблеме делать нечего. Королев, по его словам, со своим "Шершавым" (так Пилюгин демонстративно называл Виктора Гладкого) не разобрались в свойствах двигателя, а Глушко не может толком объяснить, что у него может твориться на входе в насосы кислорода. Кузнецов заступился за Королева и Глушко. Он считал, что их строго судить было нельзя, потому что они - инженеры, не очень искушенные в теоретической механике и
| 245 |
Теперь уже исследования развернулись широким фронтом.
Келдыш мобилизовал теоретиков НИИ-1 -Аккермана, Натанзона и Гликмана. Они доказали аналитически, что процесс разрушения не случаен, а, скорее, закономерен. По их мнению, следовало не только увеличивать жесткость конструкции, но и найти способы, исключающие саму возможность появления пульсаций давления подачи окислителя на входе в насос. Именно это - причина появления пульсаций давления в камере. Отсюда идет возбуждение колебательного процесса во всем контуре, включая конструкцию ракеты. Исключить возможность возникновения разрушительных процессов только за счет увеличения жесткости нельзя, потому что частота пульсаций давлений может тоже возрасти и тогда снова надо повышать жесткость конструкции.
Параллельно с учеными НИИ-1 молодые и еще не отмеченные ни наградами, ни учеными степенями инженеры Дегтяренко, Копоть, Разыграев возглавили исследование этих же процессов в ОКБ-1 с целью получить практические рекомендации, что делать. В нашей лаборатории была введена в эксплуатацию одна из первых аналоговых электронных моделей. Использование новейших по тем временам методов моделирования сложных динамических процессов давало возможность решать системы дифференциальных уравнений высоких порядков, не затрачивая недельных трудов многочисленных расчетчиков, которые работали на механических арифмометрах.
Дегтяренко получал исходные данные по нагрузкам и упругим свойствам конструкции от Гладкого, математическую модель двигательной системы из НИИ-1 от Натанзона, уточнения из Химок от специалистов Глушко - все это шло в аналоговую электронную модель, которая давала возможность очень наглядно отображать процесс на экранах электронно-лучевых трубок и записывать в виде осциллограммы.
| 246 |
Результатом многодневных исследований без выходных, при неограниченном рабочем дне, явилось предложение о введении специального гидравлического демпфера в магистралях окислителя на входе в насосы. Конструкцией такого демпфера Королев поручил заняться Анатолию Вольциферу, руководившему разработкой всех видов двигательной арматуры. Предлагавшиеся демпферы представляли собой довольно сложное и тяжелое сооружение, которое надлежало врубить в магистраль окислителя. Предстояло еще провести цикл испытаний на огневых стендах у Глушко с имитацией процесса. Следовало проверить эффективность предложений не только на модели, но и на реальном двигателе.
На очередном заседании Госкомиссии Королев подтвердил старое правило, что "нет пророков в своем отечестве". Ему казалось политически более выгодным, чтобы столь радикальная идея - принципиальное изменение пневмогидравлической схемы - исходила не от его подчиненных, а со стороны - от ученых другой весьма авторитетной организации. Келдыш поручил доклад с этими предложениями сделать Натанзону. Нашим товарищам осталось только скромно доложить о результатах моделирования. Королев сказал, что конструкция демпфера уже разработана и, на всякий случай, на заводе идет его изготовление. На самом деле директор завода Турков уже организовал на заводе круглосуточные работы по изготовлению демпферов
Дальше все пошло в соответствии с той схемой отработки новых систем, которая теперь является общепризнанной и классической.
Наши инженеры вместе с демпферами отправлялись в Химки. Там проводились огневые испытания. На входе в магистраль окислителя учиняли специальным устройством различной интенсивности возмущения и убеждались, что демпфер является прекрасным амортизатором.
Конечно, конструкцию демпфера, его характеристики несколько раз поправляли. Но главное было достигнуто. Огневые стендовые испытания показали, что при наличии демпфера колебания давления в магистралях кислорода на входе в насосы не приводят к пульсациям давления в камерах сгорания. Стало быть, надо срочно устанавливать демпферы на все предназначенные к пускам ракеты.
Опасность разрушения ракет по причине резонансных явлений в контуре конструкция - двигатель была ликвидирована радикально. Это решение распространялось на все создаваемые после Р-7 ракеты.
Я остановился на этой истории столь подробно потому, что она явилась следствием действительно принципиального недостатка в сопряжении конструкции ракеты с двигателем, который был до конца познан только более чем год спустя после начала ЛКИ и
| 247 |
На одном из последующих совещаний технического руководства кто-то из невиновных в этой истории задал вопрос, почему не обратили внимание на появление пульсаций давления в камере на многих предыдущих пусках. Удовлетворительного ответа ни Королев, ни Глушко тогда не дали. Руднев счел нужным ответить по-своему: "Если полностью сосчитать все затраты на каждый пуск, то окажется, что мы стреляем городами. Предыдущие успехи вскружили нам головы, и мы стремимся к новым, не считаясь с затратами. Мы все, и я не снимаю с себя ответственности, в погоне за успехом потеряли бдительность. Поистине героическая работа, которую проделали после аварий в лабораториях, на стендах и заводе, могла быть выполнена еще после первого спутника. Для всех нас это жестокий, но очень полезный урок".