Двигатель для полета на Луну

Ударную мощь Военно-воздушных сил США в 60-е годы составляли тяжелые бомбардировщики. В этой области мы тогда отставали — таких самолетов у нас не было в достаточном количестве. Руководство страны решило дать своеобразный ответ — перейти на изготовление ракет. Смелое и, по-видимому, слишком радикальное решение…

Тонко чувствуя политический климат, Архип Михайлович Люлька добился в правительстве задания на разработку перспективных двигателей для ракетной техники. Началась интенсивная работа в тесном контакте с выдающимися конструкторами — С.П. Королевым, В.П. Глушко, В.Н. Челомеем. Был создан оригинальный двигатель на основе новейшего топлива — жидких кислорода и водорода с высокими термодинамическими параметрами.

Последующие годы показали, что наши двигатели, предназначенные для ракет, исследующих глубокий космос и дальние планеты, были эффективнее.

_{Генеральные конструкторы А.М. Люлька, В.П. Глушко и начальник КБ М.А. Молчанов во время разработки двигателей для системы «Энергия» — «Буран» — 70—80-е годы.}

60-е годы XX века — время ракетного бума. Авиацию закрывали. Несколько выдающихся авиационных ОКБ перевели на ракетную тематику. В том числе ОКБ С.А. Лавочкина.

Ракетное деяние Н.С. Хрущева коснулось и ОКБ Люльки. Заказы на турбореактивные двигатели для самолетостроения сократились, их производство пришлось останавливать. Люльковцы вынуждены были перепрофилировать КБ на жидкостный реактивный двигатель, надеясь, что наступившее при Хрущеве охлаждение к авиации временное. Так оно потом и вышло. Самолетная тематика вернулась. А в то время главный конструктор Сергей Павлович Королев строил ракету Н-1 для полета космонавтов на Луну. Н-1 называли «Наука-1» и «Лунник». На третью ступень Н-1 он решил установить кислородно-водородный двигатель. В КБ его назвали изделием 11 Д-57. Создать этот двигатель поручили генеральному конструктору Люльке. Вел эту тему в КБ главный конструктор Михаил Афанасьевич Кузьмин. Ранее по этой тематике он работал в Куйбышеве в КБ Н.Д. Кузнецова. Газодинамические расчеты были у Михаила Михайловича Гойхенберга, в связи с их необычностью его направили в НИИ-1 поучиться расчетам ЖРД. Отдел горения возглавлял Борис Леонидович Бухаров. Турбонасосными агрегатами занимался Михаил Александрович Постников. Конструкторским отделом по проектированию камеры сгорания и газогенераторов руководил Анатолий Максимович Хартов.

_{В 60-е годы XX века в руководстве страны произошло охлаждение к авиации. Несколько авиационных КБ перевели на ракетную технику, в том числе и ОКБ Люльки. Пришлось создавать жидкостный реактивный двигатель (ЖРД) к ракете Н-1, которую строил С.П. Королев, для полета космонавтов на Луну. На третью ступень Н-1 в КБ Люльки проектировали кислородно-водородный двигатель с тягой 40 тонн, названный 11Д-57М. Он прошел госиспытания, но из-за неудач с запуском ракеты Н-1 на Луне первым побывал американец}

Тяга проектируемого ракетного двигателя составляла 40 тонн. Первые образцы камеры сгорания и реактивного сопла были сделаны в опытном производстве ОКБ «Сатурн», в дальнейшем их делали на заводе «Металлист» в Куйбышеве.

Люльковцы, приверженные самолетостроению, и ракетный двигатель проектировали на принципах авиации. До этого двигатели ЖРД были одноразовые. Употреблялись всего один раз, и поэтому многое в них было сварное. В КБ Люльки создавали двигатель многоразового использования, и потому в нем все разъемное, разборное, его можно собирать, разбирать, сколько нужно. Это было большим новшеством для ракетной техники. Так как двигатель такого типа создавался впервые, для него отрабатывалось очень много совершенно новых технологических процессов. Многие конструкторы, инженеры, технологи стали обладателями авторских свидетельств на оригинальные изобретения. На модификации двигателя 11Д-57М впервые было применено «сдвижное сопло». Задняя неохлаждаемая сверхзвуковая часть сопла была убрана, а в нужный момент она выдвигалась и автоматически стыковалась с основной охлаждаемой частью.

С приходом в КБ главного конструктора Михаила Афанасьевича Кузьмина Люлька разделил конструкторское бюро на два подразделения: одно занималось авиационными двигателями, другое — созданием ЖРД, его возглавил М.А.Кузьмин.

_{Михаил Афанасьевич Кузьмин, лауреат Ленинской премии, главный конструктор ЖРД для полетов на Луну.}

В отделе, которым руководил Борис Леонидович Бухаров, разрабатывалась камера сгорания двигателей ИД54 и 11Д57. Там работали в основном молодые инженеры одного выпуска: Ю. Канахин, А. Волков, В. Беркович и

В. Геллер. Атмосфера была творческая, ведь создавали абсолютно новый двигатель, аналогов которого в СССР не было. Из отдела Бухарова все молодые инженеры стали в КБ руководителями среднего звена, а Ю.П. Марчуков, М.М. Гойхенберг и А.И. Волков — главными конструкторами. Выходец из этого же отдела А.М. Хартов стал директором завода. Модели камеры сгорания и газогенератора испытывали на стендах Государственного института прикладной химии (ГИПХ) под Ленинградом в отделе будущего известного ученого, доктора технических наук Г.П. Потехина.

* * *

В 1960 году правительственное постановление предписывало через три года создать ракету-носитель «Наука» (Н-1) на 40–50 т полезной нагрузки для полета космонавтов на Луну. В дальнейшем проект многократно пересматривался, требуемая мощность ракеты росла, сроки переносились. И вот наконец экспертная комиссия под председательством академика Мстислава Всеволодовича Келдыша в ноябре 1966 года дала положительное заключение на эскизный проект лунной экспедиции. Для ее осуществления предполагалось использовать ракетоноситель Н-1, который должен доставлять на опорную околоземную орбиту комплекс массой 95 тонн. Это давало возможность высадить на Луну одного космонавта, оставив второго члена экипажа на орбите вокруг нее. Февральским постановлением 1967 года предусматривалось начать летные испытания в третьем квартале 1967 года. К тому времени уже было известно, что американцы стартуют к Луне в 1969 году, но нашим специалистам, совершенно в духе времени, было указано — советский космонавт должен побывать там первым.

В реализации отечественной лунной программы участвовали многие авиапредприятия. Ведь в начале 60-х по распоряжению Н.С. Хрущева происходило сокращение парка военных самолетов, и многие авиационные заводы лишились заказов.

Моторное КБ и завод по изготовлению двигателей для реактивной авиации, возглавлявшиеся генеральным конструктором академиком А.М. Люлькой, активно участвовали в лунной гонке. К ее началу под руководством этого выдающегося конструктора после первого отечественного турбореактивного двигателя ТF-1 были созданы ТF-2, ТF-3, АЛ-5 и АЛ-7Ф. Эти двигатели устанавливались на восьми типах реактивных самолетов.

Однако в 1960 году КБ и заводу поручили разработать проект кислородно-водородного ЖРД 11Д54 для третьей ступени Н-1. Впоследствии Сергей Павлович Королев решил, что этот двигатель должен применяться в качестве маршевого для полета корабля с космонавтами на Луну. Двигатель получил индекс 11Д57.

С самого начала проектирования нового двигателя для решения широкого комплекса проблем, связанных с внедрением нового топлива, велись совместные работы с рядом ведущих НИИ (НИИТП, ГИПХ, ЦИАМ, ВИАМ, НИАТ, НИИ-Химмаш, НИИКРИОГЕНМАШ, ВВИА им. Н.Е.Жуковского и др.).

К моменту выхода постановления Правительства СССР производственная база КБ и завода Люльки не соответствовала во многом специфическим условиям изготовления узлов и сборки ЖРД. Пришлось проделать большую работу по перестройке опытного производства и созданию специальных стендов для испытаний узлов и агрегатов ракетного двигателя. В 1964–1967 годах проводились поисковые работы с целью выбора оптимальной организации рабочего процесса в этом ЖРД, системы охлаждения и конструкции его узлов. Было спроектировано, изготовлено и испытано много вариантов основных узлов в модельном и натурном исполнении.

Вследствие применения различных проектных решений оказалось возможным использование одновального однотурбинного турбонасосного агрегата в сочетании со стоящими перед ним бустерными насосами окислителя и горючего. Эти агрегаты, несколько повышая давление компонентов, позволяют применить легкие баки с низким Давлением, обеспечивая бескавитационную работу основных насосов. Бустерные насосы можно устанавливать непосредственно в баках кислорода и водорода. Этот прием сокращает осевые линейные размеры двигателя и расход компонентов на захолаживание системы при запуске. Длина двигателя 3600 мм, диаметр сопла 1860 мм.

* * *

В бригаде компрессоров в январе 1961 года была создана группа по разработке элементов конструкции насосов для ЖРД 11Д54. В ней стал работать молодой специалист Олег Никутов. Он был подключен к Б.Н. Николаеву, с которым они проектировали и создавали установки для отработки подшипников и уплотнений на модельных компонентах. Установки получились очень громоздкими, металлоемкими и сложными в эксплуатации. Поэтому в дальнейшем от них отказались, так как было принято решение вести доводки подшипников и уплотнений непосредственно на модельных насосах, что себя впоследствии полностью оправдало.

Приказом А.М. Люльки была создана бригада конструкторов во главе с М.А. Постниковым, которой поручили разработку насосов, работающих на жидком водороде и жидком кислороде.

Опыта и практики в создании таких насосов в ОКБ еще не было, поэтому решили двигаться новым путем. Вместо центробежных насосов, как было принято на других фирмах, стали разрабатывать для жидкостных ракетных двигателей осевые насосы.

Олегу Никутову поручили проектировать конструкцию осевого 10-ступенчатого насоса. Он разработал вначале 3-ступенчатый насос, который на модельной жидкости (воде) прошел испытания в ЦИАМе и подтвердил расчетные характеристики.

Однако первые испытания натурного 10-ступенчатого осевого насоса на модельной жидкости выявили его уязвимость. Выбранные радиальные зазоры 0,2 мм оказались недостаточными, а их увеличения на 0,1 мм дало падение напора на 10 %. Предстояла тяжелая доводка параметров этого насоса. «Главный конструктор по ЖРД Михаил Афанасьевич Кузьмин, — вспоминает Олег Николаевич Никутов, — имел большой опыт в разработке подобных изделий. Под его непосредственным руководством бригада во главе с Р.Е. Беленьким разработала альтернативную конструкцию центробежного двухступенчатого насоса горючего и центробежного насоса окислителя, доводка которых впоследствии была передана в нашу бригаду. Мне была поручена доводка центробежного насоса горючего. Пришлось столкнуться со многими проблемами, искать простые и оригинальные решения. Были разработаны и опробованы различные варианты конструкций. Как показали потом испытания, замечаний к их работе почти не было».

С согласия Архипа Михайловича в порядке оказания технической помощи документы по изделию «57» были переданы на Воронежский КБХА, которое в то время приступило к проектированию двигателя РД-180.

Двигатель 11Д57 был предназначен для применения на высотных ступенях космических ракет, имел ресурс 800 с и номинальную тягу 40 тс.

Данный двигатель предполагалось использовать на последней ступени носителя Н-1, для полета на Луну.

Кроме того, он мог быть предназначен для универсального использования на космических летательных аппаратах. Его работоспособность проверена на соплах с различными характеристиками, с радиационными и регенеративными насадками. Схема двигателя и конструктивное выполнение агрегатов управления обеспечивает плавное изменение параметров при запуске и останове двигателя. Зажигание в газогенераторе и камере сгорания — пиротехническое.

Когда А.М. Люлька получил задание разработать жидкостный ракетный двигатель на кислороде и водороде для ракеты Н-1, он отобрал для своего КБ 22 выпускника МАИ с факультета авиационных двигателей, где сам читал лекции и консультировал дипломников. Среди них было много иногородних. А.М. Люлька выделил всем в новом заводском доме общежитие и добился для них московской прописки, что было в те времена непросто.

Альберт Волков, Владимир Беркович, Олег Орлов и Другие попали тогда по распределению в бригаду ведущего конструктора П.И. Шевченко. Бригада занималась Разработкой, проектированием и испытаниями камеры сгорания авиационных двигателей. Параллельно в ней была образована группа по созданию газогенераторов жидкостных ракетных двигателей, в которую вошли Волков и Беркович.

Группа, которой руководил начальник бригады А.Н. Щелоков, спроектировала и испытала газогенератор для КБ генерального конструктора Н.Д. Кузнецова, работавший на кислороде и керосине. Чертежи передали в Куйбышев, ныне Самара. Газогенератор установили на двигателях для 1-й и 2-й ступеней ракеты Н-1, где он прошел успешно наземные испытания. Этой группе поручили также создание газогенератора и пороховой пусковой камеры двигателя для зенитной управляемой ракеты (изделие «53») главного конструктора П.Д. Грушина; с заданием молодые люльковцы отлично справились. Чертежи были переданы на серийный завод в Ленинград. Модификацией этой ракеты 1 мая 1960 года был сбит высотный американский разведчик У-2. Летчик Пауэрс катапультировался. В Колонном зале был суд над ним.

Наземные испытания ракеты Н-1 проходили на стенде в Химках с жидкостным ракетным двигателем, там их впервые увидели конструкторы. Основной работой для них стало проектирование газогенератора для двигателей 11Д54 и 11Д57. Было разработано несколько вариантов. Они различались по смесеобразованию и охлаждению.

Главным в создании газогенератора ЖРД было получение равномерного поля температур на выходе из газогенератора. Архип Михайлович часто приходил в бригаду, смотрел новые компоновки и результаты испытаний по полям температур, подсказывал оригинальные решения.