"Энергия" (II)

окончание (начало здесь)  

Определяющими крупными научно-техническими проблемами, которые возникли перед разработчиками ракеты-носителя в самом начале проектирования, явились проблемы выбора и обоснования размерности, грузоподъемности ракеты-носителя и ее компоновочной схемы, количества двигателей и их тяговых характеристик, построения эффективной системы управления.

В начале разработки главными были:

- проблемы выбора компоновочной схемы ракеты-носителя, на базе которой было бы возможно построение целого ряда ракет-носителей не только различной грузоподъемности, но и различных по типу выводимых на орбиту полезных нагрузок, в том числе многоразовых орбитальных кораблей, при условии использования существующих технического и стартового комплексов для Н-1 и возможности доставки составных частей (блоков) ракеты-носителя с заводов-изготовителей на техническую позицию;

- проблемы разработки ракеты-носителя, функционирующей при отказе одного из маршевых двигателей с обеспечением задач вывода полезной нагрузки на орбиту или выполнения маневра возврата с приведением в заданный район ракеты-носителя и посадкой орбитального корабля на аэродром.

Одной из наиболее сложных фундаментальных проблем было создание мощных маршевых двигателей для первой и второй ступеней ракеты. Унифицированные для первых ступеней ракет-носителей нового поколения, двигатели РД-170 имеют рекордные характеристики по тяге и удельному импульсу - сегодня им нет равных в мире. Значительным достижением отечественного ракетостроения стало создание многоресурсных водородно-кислородных маршевых двигателей большой тяги для второй ступени ракеты-носителя "Энергия".

Особое место занимала разработка системы автономного бортового управления ракетой с гироскопическим комплексом, системой бортовых вычислительных машин. Создано ее математическое обеспечение. Проанализированы все возможные варианты аварийных ситуаций и выработаны алгоритмы их парирования. В самой системе управления создана многоуровневая система резервирования, включая резервирование отдельных элементов и крупных узлов.

Для управления движением ракеты для маршевых двигателей разработаны прецизионные электрогидравлические системы рулевых приводов. Они развивают усилие до 50 т в каждой плоскости качания двигателей первой ступени и более 30 т - на второй ступени ракеты.

К числу сложных проблем, которые пришлось решать, бесспорно, нужно отнести те, что связаны с применением в ракете криогенных компонентов - жидкого кислорода и жидкого водорода. Использование этих компонентов сверхнизкой температуры (от -186 до -255 0С) позволило получить не только эффективную энергетику.

При изготовлении баков, трубопроводов, элементов гидроавтоматики были разработаны и использованы специальные конструкционные материалы, работающие при криогенных температурах и обладающие значительной удельной прочностью. Внедрены новые марки высокопрочной стали, алюминиевых и титановых сплавов, созданы новые теплозащитные покрытия. На долю новых материалов приходится свыше 70 % сухой массы "Энергии". Разработаны прогрессивные методы сварки - импульсно-дуговая и электронно-лучевая.

Проблемы внедрения повышенных требований по безопасности эксплуатации обусловлены использованием больших запасов топлива на борту ракеты-носителя, в том числе водорода, включающих в себя не только конструктивно-компоновочные мероприятия, но и создание специальных средств пожаро-взрывопредупреждения.

Если обобщить и описать те проблемы, которые вставали перед создателями ракеты-носителя "Энергия", крупными мазками, то наиболее значительными в картине рождения и триумфа будут: создание маршевых двигателей большой тяги, высокоэнергетические компоненты топлива и преодоление "водородного барьера", циклопическая масштабность конструкции, рожденная "инженерным потом", научные проблемы и "концентрация мозгов" вокруг них, автоматизация и компьютеризация борта и полета, надежность, безопасность и наземная экспериментальная отработка.

Проблема обеспечения надежности и живучести "Энергии" привела к необходимости резервирования основных элементов жизненно важных систем и агрегатов, включая маршевые двигатели, рулевые приводы, турбогенераторные источники электропитания, пиротехнические средства.

Стартовый комплекс "Энергии" строился на базе стартов ракеты Н-1. Были демонтированы отдельные системы, доработаны башни обслуживания ракеты и корабля, перестроены стартовые пусковые устройства. Стартовый комплекс Н-1 состоял из двух стартовых площадок - "левой" и "правой". Строился вновь универсальный комплекс "стенд-старт", который находится на расстоянии нескольких километров от стартов Н-1. Пусковое устройство, на котором стоит ракета, представляет собой железобетонную конструкцию, под которой находится заглубленный лоток для отвода горячего газового потока от работающих маршевых двигателей. О грандиозности стартового комплекса говорят, например, такие цифры: глубина лотка 23 м (высота семиэтажного дома), высота молниеотводов 175 м - это 55 этажей жилого дома. Лоток стенд-старта углублен на 40 м (тринадцатиэтажный дом). На стартовой площадке вплотную располагаются две технологические башни. Башня обслуживания, заимствованная (с доработкой) у комплекса Н-1, перемещается по радиусу, приближаясь и уходя от старта, по рельсовому пути длиной в четверть окружности с центром радиуса на расстоянии несколько десятков метров. На стенде-старте находится одна технологическая башня. Технологические башни по сути являются сооружениями связи между стартом и ракетой через специальные отводные площадки, которые расположены на нескольких уровнях по высоте. Башня обслуживания подвижная, она "накатывается" на ракету, а с ее площадок открывается доступ практически к любому узлу ракеты и корабля. Перед началом процесса заправки башня отводится на безопасное расстояние. Стенд-старт так же, как и старты, насыщен большим количеством специальных технических и технологических систем.

Решение об использовании ранее введенных стартовых комплексов для "царь-ракеты" Н-1 не было единогласным. Одни доказывали, что старт для суперносителя "Энергия" стоит строить заново. Другие не менее активно утверждали, что реконструкция существующих объектов - единственно правильный путь в создании стартов для ракеты примерно равного по энергетике уровня. Доводы сторонников нового старта были значимы: во-первых, драматические результаты пусков Н-1 с разрушением стартов и повреждением уникального монтажно-испытательного корпуса говорили о том, что старт должен располагаться подальше от производственной зоны, в целях безопасности; во-вторых, реконструкция с внедрением новых систем типа водородной заправки, систем азотного и воздушного обеспечения, управления стартовым комплексом, безопасности и других средств, необходимых для "Бурана", неизбежно повлекут к повышенным затратам и эффект использования старых стартов будет неуверенным. Сторонники реконструкции приводили не менее существенный довод: не делать же из наземных сооружений исторические экспонаты...

Председателем рекогносцировочной комиссии был В.П.Бармин. Долгие дебаты привели к "соломонову" решению: делать удаленный от основных сооружений промышленной зоны старт, но, в связи с одним из главных требований разработчиков "Энергии" о необходимости строительства стенда для проведения огневых испытаний пакета "Энергии", совместить функции нового старта и стенда и начать строительство на новом, подходящем месте. Старые старты, к сожалению, не позволяли приспособить их к проведению огневых стендовых испытаний - силовая схема старта не удерживала испытательный пакет на земле. Усиление же стартов привело бы к фактическому их разрушению до основания. Поскольку огневые стендовые испытания должны были проходить до начала летных испытаний и до полета, а ракета должна была проходить предполетную проверку с включением двигателей на этом стенде, было принято логичное решение: "стенд-старт" строить в первую очередь. Одновременно разработчикам этого комплекса были даны исходные данные по перспективе его использования с учетом рожденного ряда ракет-носителей, создаваемого на базе "Энергии", - стенд должен был позволять работы с "Вулканом". Что касается реконструкции стартов Н-1, то их тоже надо было готовить к восстановлению и переустройству.

Таким образом, работы по созданию стартовых комплексов для "Энергии" пошли в двух параллельных направлениях. Параллельно строящиеся стартовые сооружения разрабатывались на основе практически полной унификации систем. Это было важно и экономило ресурсы. К разработке и строительству были подключены многочисленные проектные, строительные, монтажно-строительные организации Министерства обороны и промышленных министерств.

Во главе межведомственной оперативной группы по руководству строительными работами по проекту "Энергия" - "Буран" стал генерал-полковник Константин Михайлович Вертелов. Удивительной энергии человек. Когда приезжал на полигон Вертелов, то за ним всегда двигалась кавалькада строителей. Эта непрерывно спорящая группа появлялась то на одном строящемся объекте, то на другом. Было организовано планирование работ всех предприятий и групп. Сам он непрерывно докладывал правительству, во все инстанции о состоянии дел. Его знали все.

К.М.Вертелов вспоминает на страницах "Красной Звезды": "Мы исходили тогда не только из чисто экономических соображений, хотя, конечно, и их брали в расчет. Важно было осознание того, что результаты огромного труда, затраченного в свое время, можно будет вновь использовать. Ведь многие из тех, кто готовил тогда, в конце 1960-х годов, этот старт, продолжали трудиться на космодроме, а кое-кто из них участвовал еще в запуске первого искусственного спутника Земли"

С 1978 г. началась героическая эпопея, продолжавшаяся около восьми лет. На космодроме были образованы два управления инженерных работ. К началу 1980-х годов стройка развернулась по всему огромному фронту. В 1980 г. строительство возглавил Александр Алексеевич Федоров, имевший огромный опыт организаторской и практической работы. В 1981 г. были введены в эксплуатацию первые очереди монтажно-испытательных корпусов, стенда. Построен специальный путь для перевозки ракеты. Сдано 968 квартир общей площадью 45 тыс. м2, обустроены 15 военно-строительных отрядов. В 1982 г. были введены в эксплуатацию основные сооружения технической позиции первой очереди ракеты-носителя "Зенит". В 1983-1985 гг. в центре космодрома поднялись конструкции старта, стенд-старта, здания монтажно-испытательного корпуса орбитального корабля, монтажно-заправочного корпуса, стенда динамических испытаний, посадочная полоса...

Подготовка к старту ракеты и корабля на космодроме проводилась раздельно -каждый на своем техническом комплексе, и параллельно с подготовкой "Энергии" шла подготовка "Бурана". Использовался монтажно-испытательный комплекс, оставшийся от ракеты Н-1, с соответствующим дооборудованием. Корпус, где производится сборка корабля, строился вновь. Из корпуса сборки корабль на специальной грунтовой тележке приводится в монтажно-испытательный корпус ракеты, где собирается пакет.

"Пожалуй, критический момент наступил, когда мы получили проектную документацию на монтажно-испытательный корпус для орбитального корабля, - говорит А.А.Федоров. - В ней было заложено традиционное решение - в сборном железобетоне. А это уводило нас за допустимые сроки строительства на многие месяцы. Только благодаря вмешательству и "пробивной силе" Вертелова было принято решение искать другие пути"

Тогда-то и родился проект совместной разработки специалистов Минмонтажспецстроя и Министерства обороны. Производственный корпус орбитального корабля (МИК) решили строить, используя легкие панели с утеплителем. Здание представляет собой ангар длиной 254 м и шириной 112 м - четыре футбольных поля. Корпус был возведен за три с половиной года.

В тех же конструкциях был выполнен монтажно-заправочный корпус, ультрасовременное сооружение высотой 70 м - двадцатитрехэтажный дом.

Собранный пакет укладывался на агрегат-установщик, который транспортировал пакет в монтажно-заправочный комплекс для снаряжения корабля компонентами рабочих топлив и газов и установки пиротехнических средств ракеты. Корпус строился вновь. Впервые были применены облегченные крупномасштабные панели для ограждающих конструкций, разработан стыковочный узел несущих колонн с фундаментом. При проектировании крупногабаритных откатных ворот был разработан новый метод их фиксации при воздействии внешней динамической нагрузки.

На пути к этому корпусу возвышался уникальный, вновь построенный стенд динамических испытаний, который позволял снимать частотные характеристики полноразмерных ракеты-носителя и орбитального корабля, раздельно и в пакете. Корпус оснащался уникальным динамическим оборудованием.

На старт или на стенд-старт ракета с грузом прибывает на транспортном агрегате. Агрегат переводит ракету в вертикальное положение.

Процесс заправки "Энергии" имеет ряд особенностей, присущих ракетам, связанным с использованием водорода и кислорода при криогенных температурах. Все начинается с активной вентиляции отсеков ракеты и топливных баков, затем постепенно атмосфера из баков замещается газообразным азотом и бак горючего наполняется газообразным водородом. Создается водородная среда. Наконец, баки заправляются жидкими компонентами. По штатной программе заправка баков ракеты всеми компонентами топлива ведется одновременно. Естественно, перед заправкой ракеты все наземные магистрали от шаровых емкостей проходят аналогичную процедуру последовательного замещения атмосферной среды на жидкие компоненты с предварительным захолаживанием.

Криогенные компоненты потребовали сооружения и монтажа специальных хранилищ с обеспечением хранения с минимальными потерями на испарение. С целью повышения безопасности, хранилища кислорода и водорода располагаются на значительном расстоянии. Жидкие криогенные компоненты - водород, кислород и азот - находятся в специальных шарообразные емкостях с вакуумной изоляцией. Емкости соединены с пусковой установкой трубопроводами, которые имеют экранно-вакуумную изоляцию.

Завершались работы на этих и других объектах военными строителями уже под руководством А.А.Макарычева, принявшего командование в 1986 г.

После экзотического решения американцев о строительстве посадочной полосы на дне высохшего соляного озера наше может разочаровать: посадочная полоса для "Бурана" - это обычная "бетонка". Однако инженерное обеспечение стройки оказалось сложным делом. Сотни тысяч кубометров бетона, особой, высокопрочной марки, были уложены в полосу. Разработчиками "Бурана" были предъявлены очень высокие требования к качеству поверхности посадочной полосы. На каждой трехметровой отметке отклонение от горизонтальности поверхности не должно было превышать трех миллиметров. На взлетно-посадочной полосе в Шереметьево, к примеру, допускается 7-8, даже 10 мм. Было ясно, что традиционные дорожные строительные машины таких точностей не дадут. "Бетонку пришлось шлифовать с помощью алмазных дисков специальными машинами..." - вспоминает заместитель министра обороны СССР по строительству, а в то время один из организаторов строительных работ по программе "Энергия" -"Буран", Н.В.Чеков.

У разработчиков ракетно-космической техники были особо уважительные отношения к строителям. Их уважали, во-первых, за их нелегкий труд: и в дождь, и в ветер, и в пургу, и в зной - они на стройке. Их уважали за опыт, знания и стремление выполнить свои обязательства. Кстати, они ведь строили объекты комплекса "Энергия" - "Буран" не только на Байконуре, но и на Дальнем Востоке, в Украине, Заполярье, Средней Азии...

                                                          *****

Автор - Борис Иванович Губанов - главный конструктор самых мощных ракет в мире.

Он сумел обобщить свой уникальный опыт в историко-техническом труде "Триумф и трагедия "Энергии". Размышления главного конструктора", изданном его учениками и последователями в четырех книгах общим объемом более 1000 страниц. Книга, представляющая собой не просто мемуары, но и нечто гораздо большее, стала небольшим памятником большому Человеку.

                                                                     P.S.:   В спальне бога