Ракетные мастодонты: Ракеты ценой в город

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. Также 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!

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 Н1 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, «напоминала 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 только гидростатическое 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 модифицированная Н-1 при стартовой массе в 2820 т выводила 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 -2530С 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.

Надежность была основным требованием при реализации программы «Сатурн». Было принято решение о тщательной наземной отработке почти всех модулей, в полете предполагалось испытывать только то, что невозможно было опробовать на Земле. Это было обусловлено очень высокими затратами на летные испытания. Каждый серийный двигатель штатно проходил огневые предполетные испытания три раза: два раза — до поставки и третий — в составе соответствующей ракетной ступени. По сути, все двигатели «Сатурна» были многоразовыми. Советские же ракетные двигатели были рассчитаны только на один пуск, то есть были одноразовыми, и испытывались только выборочные экземпляры из партии. Заместитель генерального конструктора Леонид Воскресенский о советской методике высказался конкретно: «Если мы будем игнорировать американский опыт и продолжать строить ракеты в надежде "авось полетит не с первого, так со второго раза", то нам всем — труба». Интуиция будущего академика не подвела. К 1965 году американцы имели полностью отработанные на Земле многоразовые двигатели для всех ступеней и перешли к их серийному выпуску. Для надежности носителя это имело первостепенное значение. К осени 1967 года американцы объявили о начале полетов. По оценке заместителя Королева Бориса Чертока, отставание советской программы на тот момент уже составляло более двух лет. Было очевидно, что шансов выиграть лунную гонку у СССР нет. Однако ни у одного из руководителей советской ракетной программы не хватило мужества доложить об этом правительству: Н-1 продолжала сжирать гигантские финансовые и материальные ресурсы.

Программа «Сатурн» предусматривала создание последовательно трех разных носителей. Двухступенчатая ракета «Сатурн-1» (первая ступень на керосине, вторая — на водороде), летные испытания которой начались еще в 1961 году, предназначалась для отработки макетов корабля «Аполлон». «Сатурн-1B», в пять раз легче «Сатурна-5», стал базовым кораблем для пилотируемых полетов «Аполлонов». Оба этих корабля послужили прототипами для окончательной модификации — трехступенчатого лунного носителя «Сатурна-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 «Сатурна5» было установлено пять двигателей F-1, каждый тягой в 695 т, работавших на кислороде и керосине. Кислородно-водородные двигатели J-2, тягой по 92104 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 второй 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. 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.

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 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 высококипящих токсичных компонентах топлива (окислитель — тетраксид азота, горючее — несимметричный диметилгидразин). 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 РД170 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.

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 УР-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.

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» нереально: 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.