Крупнейшая космическая неудача СССР: мы так и не смогли научить летать супер-ракету

Почему советская сверхтяжелая ракета Н1 потерпела четыре неудачи

На Байконуре 21 февраля 1969 года состоялся первый старт нашей сверхтяжелой ракеты-носителя Н1, которая должна была обеспечить победу СССР в «лунной гонке». Однако, разработанная еще под руководством Сергея Павловича Королева, эта гигантская ракета во многом обогнала свое время. И уровень технологий конца 1960-х годов не позволил нам успешно завершить проект.

тестовый баннер под заглавное изображение

Изначально предполагалось, что Н1 будет выводить на околоземную орбиту большую орбитальную станцию массой 75 тонн. Она должна была стать основой для строительства тяжёлого межпланетного корабля для полётов к Венере и Марсу.

Однако, когда было принято решение включиться в «лунную гонку», выполнение программы Н1 ускорили и переориентировали на другую цель. Ракета Н1 становилась носителем для космического пилотируемого лунного корабля Л3 в комплексе Н1-Л3.

В ходе проектирования Н1 между Сергеем Королёвым и главным конструктором двигательного Опытно-конструкторского бюро №456 Валентином Глушко возникли принципиальные разногласия. Королёв считал пригодным только нетоксичное кислородно-керосиновое топливо для жидкостных ракетных двигателей, использующихся на пилотируемых комплексах. А  Глушко настаивал на применении хорошо отработанных двигателей, работающих на ядовитых азотном тетраоксиде и несимметричном диметилгидразине.

В ноябре 1961 года Глушко даже направил письмо Королёву, указав, что если предпочесть кислородно-керосиновое топливо, то невозможно будет уложиться в поставленный руководством срок.  

Как известно, Королёв выбрал нетоксичное топливо. А Глушко отказался делать мощные двигатели на таких компонентах. В результате Сергей Павлович вынужден был обратиться к генеральному конструктору авиационных двигателей Николаю Дмитриевичу Кузнецову. Тот согласился приступить к созданию маршевых двигателей для Н1 в своём конструкторском бюро, где разрабатывались авиационные двигатели. В этом КБ добились высочайших энергетических характеристик у спроектированных ракетных двигателей.

Однако изделия КБ Кузнецова были недостаточно мощными для такой огромной ракеты. Тяга каждого была около150 тонн. Из-за этого пришлось установить на первую ступень 30 двигателей, что, как впоследствии оказалось, было слишком много. А вот двигатель F-1 аналога нашего носителя — американской «луной ракеты» «Сатурн-5» развивал на старте тягу 690 тонн.

Конструкторы предвидели трудности в управлении согласованной работой такого числа двигателей. И для резервирования их установили в большем количестве. А для автоматического отключения неисправных изделий в ОКБ-1 разработали специальную систему контроля работы двигателя в полёте – КОРД.

Ракета Н1 при выведении груза на низкую околоземную орбиту фактически была трёхступенчатой. При этом 43-метровый, 95-тонный отлётный лунный ракетный комплекс и был её полезной нагрузкой.

Н1 был высотой 105,3 метра, с переменным по высоте диаметром ступеней. Его стартовая масса — 2735 тонн, а модификации Н1Ф — 2950 тонн.  

Лунный ракетный комплекс размещался под головным обтекателем диаметром 5,9 метра. Он имел систему аварийного спасения и состоял из двух верхних ракетных блоков носителя Н1 и собственно корабля Л3, который должен был лететь на Луну. В свою очередь, Л3 состоял из 9,85-тонного лунного орбитального корабля (ЛОК) и 5,56-тонного лунного корабля (ЛК).

На Луну должны были лететь всего только два космонавта. Конечно, такой вариант был очень ненадёжен. При этом, один человек оставался на окололунной орбите в лунном орбитальном корабле, а второй прилунялся на корабле ЛК. Пребывание на Луне было возможно длительностью от 6 до 24 часов.

Затем следовал взлёт ЛК с помощью ракетного блока И, а потом и стыковка его с ЛОК. Далее тот же блок И должен был доставить космонавтов к Земле через 3,5 суток.

На первой ступени Н1 (блоке А), имевшей диаметр от 16,9 до 10,3 метра и длину 30,1 метра было установлено 30 двигателей НК-15 с тягой каждого154 тонн и суммарной тягой 4615 тонн.

Эти изделия имели исключительные параметры. Энергетическую эффективность ракетного двигателя характеризует показатель, который называется удельный импульс тяги, и измеряется он в секундах. Так вот, у НК-15 он был 297 секунд на уровне моря и 331 секунд в вакууме. Впоследствии, на Н1Ф стояли НК-33 тягой по 171 тонн и общей тягой 5130 тонн. Во время взлёта блок А должен был отработать 115-125 секунд.

На второй ступени (блоке Б) диаметром от 10,3 до 7,3 метра и длиной 20,5 метра стояли  8 двигателей НК-15 (впоследствии — НК-43 с тягой по 179 тонн и суммарной тягой 1432 тонн). Блок Б должен был работать 120 секунд.

На третьей ступени (блоке В) диаметром от 7,6 до 5,5 метра и длиной 11,1 метра было установлено 4 двигателя НК-31 (в модификации ракеты Н1Ф) с тягой по 41 тонне и суммарной — 164 тонны. Продолжительность его работы — 370 секунд.

Сборка огромных ступеней ракеты осуществлялась непосредственно на космодроме Байконур, в специально построенном филиале куйбышевского (теперь — Самара) завода «Прогресс» и громадном монтажно-испытательном корпусе.

Для сравнения, американская ракета-носитель «Сатурн-5» была высотой 110,6 метра, диаметром – 10,1 метра, имела стартовую массу при запуске «Аполлона-16» — 2965 тонн. У двигателей первой ступени F-1 тяга на уровне моря была 690 тонн при удельном импульсе 263 секунд, а в вакууме — 790 тонн и 304 секунд, соответственно. Как видим, американский двигатель выгодно отличался величиной тяги, но имел существенно меньшее энергетическое совершенство.

Поначалу советское руководство поставило задачу — осуществить первую лунную экспедицию к 50-летию Великой октябрьской социалистической революции, то есть, в 1967 году. Однако из-за многочисленных сложностей технического и организационного характера, начало летных испытаний Н1 пришлось отложить на более поздний срок.

Первый её испытательный пуск был произведён 21 февраля 1969 года с космическим аппаратом «Зонд-М». Через несколько секунд после старта произошёл скачок напряжения, из-за которого система КОРД ошибочно выключила двигатель №12, посчитав его неисправным. Затем она выключила такой же исправный двигатель №24, для того чтобы уравновесить тягу.

Затем на 25-й секунде оборвалась трубка измерения давления горючего на одном из двигателей, и керосин полился во внутренние отсеки. Через 55 секунд после старта горючее от разогретых частей ракеты воспламенилось. Возникший пожар разрушил электроизоляцию силовых кабелей, проходящих рядом с проводкой КОРД, и она выдала сигнал аварии.

На 69-й секунде полёта КОРД отключила оставшиеся 28 двигателей, и ракета начала падать. Система аварийного спасения сработала отлично и успела спасти комический корабль. Ракета упала в 52 км от места старта…

Всего с 1969 по 1972 год было проведено четыре испытательных пуска Н1. Все они окончились авариями на этапе работы первой ступени. При этом, на огневых стендовых испытаниях все двигатели показали себя очень надёжными.

Причина аварий была в том, что при одновременной работе 30 таких сложнейших изделий возникали колебания параметров, и система КОРД не успевала адекватно на них реагировать. Дело было в датчиковой аппаратуре и несовершенной электронике.

Даже в нынешнее время на ракете «Супер Хэви» Илона Маска, где двигателей, правда, побольше — 33, его система управления двигателями поначалу тоже не справлялась. А разве можно сравнить современную электронику и прежнюю? Время реакции на возникновение отклонения от заданных параметров сейчас радикально меньше, чем в конце 1960-х годов. Вот почему первая ступень ракетной системы «Супер Хэви» — «Старшип» уже не отказывает.

Итак, пока мы старались научить летать Н1, американцы выполнили свою пилотируемую программу «Аполлон». С 16 июля 1969 по 7 декабря 1972 года они осуществили шесть успешных экспедиций, а на поверхности Луны побывали 12 астронавтов…

Я до сих пор отлично помню день 16 июля 1969-го, когда американцы прилунились первый раз. Мы проходили практику в Центральном конструкторском бюро экспериментального машиностроения – ЦКБЭМ (прежде — ОКБ-1), которым после Сергея Павловича Королёва руководил Василий Павлович Мишин. В сборочном цехе я клепал часть корпуса наземного испытательного образца лунного корабля. И вдруг по громкой связи прозвучало сообщение о прилунении американцев.

Радость по этому поводу была великая. Ведь полёт у них оказался успешным. Но все чувствовали не только радость. Было понятно, что мы их не догоним в лунной программе. Но у нас было много планов, связанных с ракетой Н1, и это рождало надежду на то, что у нас будет успех в других полётах.

Однако эти надежды умерли. Дело в том, что программа Н1-Л3 в 1974 году была закрыта с рекомендацией максимального использования всего созданного для грядущей разработки многоразовой транспортной космической системы «Энергия» -«Буран».

Так, на первый взгляд безрезультатно, закончилась эпопея ракеты-носителя Н1. На самом деле, благодаря работе по этой программе наши специалисты получили колоссальный опыт. Были созданы новые конструктивные решения, появились новые технологии, устройства и материалы.

А ракету Н1, по моему представлению, мы не смогли бы довести в то время до нужной работоспособности ни за какие деньги. И не надо было её доводить.

В.П.Глушко в 1974 году стал командовать Научно-производственным объединением «Энергия» (до 1974-го — ЦКБЭМ) и руководить созданием системы «Энергия» — «Буран», он сделал свои уникальные мощные двигатели на кислороде и керосине, как будто забыв, каким их противником он был в 1960-х.

Вот ракета «Энергия» получилась очень хорошей и была способна выводить большие нагрузки разнообразной компоновки. И, как апогей – космический самолёт «Буран». Но и она нам реально была тогда не нужна: для нее тогда не создали подходящей полезной нагрузки. Закрыли и её. Однако многое из созданного в то время используется до сих пор.

Источник: www.mk.ru