Днепропетровские проектанты прикинули возможности носителя с новым ЖРД, рассмотрели кривые роста ПГ в зависимости от увеличения стартовой массы второй ступени и согласились: «Да, можно попробовать…» Если РН с азотнокислотной второй ступенью могла выводить на низкую околоземную орбиту 120–130 кг, то носитель с кислородной ступенью — в два с лишним раза больше. Правда, еще раз менялась вся концепция построения комплекса. Из–за гораздо большей грузоподъемности ОКБ–586 начало разработку второй ступени под двигатель РД–119, создавая ракету–носитель, получившую впоследствии наименование «Космос». Так открывалась новая глава в истории советской космонавтики.
8 августа 1960 г. вышло Постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР «О создании ракеты–носителя 63С1 на базе боевой ракеты Р–12, разработке и запуске 10 малых ИСЗ», которое утверждало программу космических исследований, предложенную днепропетровцами.
Систему проектировали с максимальным использованием основных частей, агрегатов, элементов и узлов техники, «доведенных до ума». Кроме Р–12, применяемой в качестве первой ступени, для запуска РН предполагали использовать наземное «хозяйство» полигона Капустин Яр — экспериментальную ШПУ «Маяк» со штатным оборудованием, а также системами и агрегатами для проверки второй ступени и заправки ее компонентами топлива. КБ общего машиностроения (КБОМ) В.П.Бармина (бывшее ГСКБ «Спецмаш») стало модернизировать шахту и комплектовать ее нужным оборудованием.
Наезд второй ступени носителя на ШПУ
Схема размещения РН серии «Космос» в ШПУ и наземных пусковых установках
Носитель должен был состоять из двух ступеней и космической головной части (КГЧ) — блока ПГ со спутником, размещенным на шасси внутри головного обтекателя (ГО). В качестве первой ступени выбрали экспериментальную 8К63Ш (модификация наземной Р–12, предназначенная для проверки возможности пусков баллистических ракет из шахты), имеющая повышенные запасы прочности, высокую надежность, и к этому времени уже успешно испытанная в пусках из экспериментального шахтного комплекса «Маяк–2» ГЦП №4 Капустин Яр.
Вторая ступень создавалась как автономная ракета, имеющая все необходимые системы. Главным лозунгом проектантов стала борьба за её облегчение, для чего пришлось идти на определенные компромиссы. Так, например, поступили с СУ: в большей степени контролирующие функции передали «земле» — упрощенная система наведения с инерциальными датчиками пересылала по радиоканалу информацию о параметрах полета на наземный вычислительный, комплекс, который выдавал командные сигналы органам управления ступени и определял моменты выключения двигателя.
К этому времени на полигоне Тюратам, более известном теперь как космодром Байконур, начинались работы по ЛКИ межконтинентальной ракеты Р–16. Огневые статические испытания обеих ступеней этой ракеты прошли на стенде в г.Загорск. Днепропетровцы спешили начать летные испытания и сдать ракету на вооружение.
В самый разгар работ как гром среди ясного неба ударила беда: 24 октября 1960 г., при подготовке к первому пуску Р–16, во время проведения предстартовых операций из–за схемной ошибки неожиданно запустился ЖРД второй ступени. Ракета взорвалась. В пламени пожара погибли 59 человек, в том числе командующий РВСН, Главный маршал артиллерии М.Неделин, заместитель министра общего машиностроения Л.Гришин, главный конструктор систем управления Б.Коноплев, два первых заместителя М.Янгеля — Л.Берлин и В.Концевой, заместитель главного конструктора по двигателям Г.Фирсов и многие другие. 32 ракетчика скончались от ожогов в госпиталях. По счастливой случайности сам Михаил Кузьмич, очень волнующийся перед пуском и отошедший в сторону покурить, уцелел.
Сотрудники ОКБ–586 и завода остро переживали катастрофу. Последствия ее могли быть очень серьезны. Складывалось впечатление, что работы коллектива могут быть прекращены или надолго остановлены по команде «сверху». Однако Л.И.Брежнев, курировавший в ЦК КПСС ракетно–космическую технику, принял мудрое решение. Выступая на Байконуре перед янгелевцами, он сказал: «Мы доверяем коллективу Янгеля продолжать эти работы...» Это вселило в разработчиков надежду. Конечно, как ни велико было горе днепропетровцев, у них не возникло ощущение безнадежности — с технической точки зрения причина катастрофы вскоре стала ясна. Быстро разобравшись с проблемами, они в последующих пусках получили положительные результаты. Разработка и испытания ракет продолжались.
Через год после катастрофы в Капустином Яру начались ЛКИ носителя 63С1. Решение Совета Министров предписывало провести испытания на двух ракетах. Первый пуск (изделие с бортовым номером 1ЛК) состоялся 27 октября 1961 г. Под обтекателем находился ДС–2 — «Днепропетровский спутник, тип 2». На активном участке траектории система управления функционировала неустойчиво: из–за сбоев в работе датчика регулятора скорости в интеграторе периодически нарушался контакт в цепи межразгонной коррекции. ИСЗ на орбиту не вышел…
Через два месяца, 21 декабря 1961 г., стартовала вторая ракета (изделие с бортовым номером 2ЛК), на этот раз со спутником ДС–1. На командном пункте напряженно ждали результатов. Первая ступень отработала хорошо; ЖРД второй включился успешно и проработал нормально почти четыре минуты. Однако, когда до программного времени отсечки оставалось менее половины минуты, произошло его преждевременное отключение. Телеметрические датчики показали, что горючее израсходовано полностью. Как оказалось, перед полетом из–за неучета степени прогрева жидкого кислорода неправильно настроили регуляторы расхода в магистрали подачи НДМГ в двигатель. Вторая ступень со спутником, совершив получасовой полет по баллистической траектории, упала в районе Курильских островов.
Как до начала ЛКИ нового носителя, так и после столь неудачного дебюта, некоторые специалисты отрасли (в основном, естественно, представители «конкурирующей фирмы») ставили под сомнение необходимость новой РН. По их мнению, носители на основе различных модификаций «семёрки» вполне могли справиться со всеми насущными задачами. Однако НИР по перспективному планированию, проведенные в НИИ–88, а также анализ зарубежных пусков показывали, что значительная часть научных спутников имеет небольшую массу и для их запусков целесообразно использовать РН малой размерности. К тому же разработка подобных компактных космических аппаратов стимулировала прогресс в области радиоэлектроники, а он был необходим нашей радиопромышленности.
В мощности, надежности и перспективности королёвской «семёрки» никто не сомневался. Но уж слишком сложна и дорогостояща она в обслуживании. Кроме того, стало ясно, что Тюратам не может обеспечить нужную частоту запусков.
Советский премьер Н.С.Хрущёв придавал большое значение престижу СССР как космической державы. Запустив на орбиту первый в мире спутник, закрепив успех пуском ракеты к Луне и, наконец, удивив весь мир ослепительным полетом Ю.А.Гагарина, к концу первого пятилетия (с 1957 по 1961 гг.) Советский Союз смог осуществить 15 более–менее успешных космических запусков, в то время как Соединенные Штаты резко вырвались вперед, выполнив 61 успешный пуск! Налицо была недооценка противника по «космической гонке». Поначалу американцы не имели мощного носителя и «забивали» нас скорее числом мелких спутников. Однако, освоив ракеты среднего класса, они обогнали нас и в запусках тяжелых аппаратов типа космических кораблей, межпланетных станций и спутников–фоторазведчиков. Этот факт был немедленно отмечен «соответствующими органами», приказавшими «принять необходимые меры к исправлению создавшегося положения».
Увеличить темп запусков носителей на базе «семёрки» можно было построив новые стартовые комплексы в Тюратаме. С лёгкой РН положение было серьезнее. Требовалось ускоренно вводить его в строй. Этому способствовало то, что при всех запусках наших РН был велик процент аварий космических аппаратов и последних ступеней ракет из–за неучета влияния условий невесомости и космического пространства. Приходилось проводить большое число экспериментов на ИСЗ, которые могли и не быть столь массивными.
Экспертной комиссии предстояло определить судьбу 63С1. Как часто бывало в нашей истории, решение принималось отдельными личностями. В этом случае министр оборонной промышленности Д.Ф.Устинов распорядился продолжить ЛКИ на третьем носителе. После выполнения мероприятий по повышению надежности второй ступени, почти через пять месяцев после начала летных испытаний, 16 марта 1962 г. ракета с бортовым номером 6ЛК доставила спутник на орбиту, близкую к расчетной. Это был очевидный успех.
Первым космическим аппаратом, созданным в Днепропетровске и выведенным на орбиту, стал ДС–2 — сферический контейнер со стержневыми антеннами, внешне напоминающий «ПС–1» или «Луну–1» и снабженный передатчиком системы «Маяк» с питанием от аккумуляторных батарей, излучающим когерентные радиосигналы. ИСЗ предназначался для исследований ионосферы Земли. Спутник просуществовал в космосе 70 суток — до 25 мая. Интересно, что, несмотря на гораздо большую аэродинамическую «парусность» (отношение площади минимального сечения к массе) последней ступени, она находилась на орбите значительно дольше, чем ИСЗ — до 18 июня 1962 г.
Накатка головного обтекателя
На следующий день в «Правде» появилось следующее сообщение (приводится с некоторыми сокращениями):
«16 марта 1962 г. в Советском Союзе произведен очередной запуск искусственного спутника Земли «Космос–1».
Произведенный запуск ИСЗ является продолжением программы исследования верхних слоев атмосферы и космического пространства, для выполнения которой в течение 1962 г. с различных космодромов Советского Союза будет произведена серия запусков искусственных спутников Земли.
Научная программа этих исследований предусматривает:
— изучение концентрации заряженных частиц в ионосфере с целью исследования распространения радиоволн;
— изучение корпускулярных потоков и частиц малых энергий;
— изучение энергетического состава радиационных поясов Земли с целью оценки радиационной опасности при длительных космических полетов;
— изучение магнитного поля Земли;
— изучение коротковолнового излучения Солнца и других космических тел;
— изучение верхних слоев атмосферы;
— изучение воздействия метеорного вещества на элементы конструкции космических объектов;
— изучение распределения и образования облачных систем в атмосфере Земли.
Кроме того, будут отрабатываться многие элементы конструкции космических аппаратов.
О пусках спутников этой серии будут опубликованы отдельные сообщения.
В результате осуществления намеченной программы советские учёные получат новые возможности исследования физики верхних слоев атмосферы и космического пространства».
Можно попытаться оценить это сообщение с высоты последующих достижений, через призму времен и событий. Гибкость мысли тех, кто его составлял, очевидна: с одной стороны — здесь нет ни слова вымысла, с другой — любая из формулировок может трактоваться по крайней мере двояко. Спектр представленных научных исследований столь широк, что в него можно включить любой орбитальный запуск. За счёт «модификации» этого сообщения, долгие годы в печати и официальных документах под «спутниками серии «Космос» стали маскироваться практически все пуски аппаратов, назначение и результаты полетов которых руководство страны не желало широко освещать…
Первый «космический» успех южмашевцев был повторен через три недели, когда 6 апреля 1962 г. такая же ракета вывела на орбиту «Космос–2», аналогичный первому днепропетровскому спутнику. После благополучного завершения лётных испытаний носитель 63С1, получивший впоследствии официальное наименование «Космос», был принят в эксплуатацию. После модифицированной «семёрки» Р–12 стала второй боевой ракетой, давшей начало новому семейству носителей. С этого момента темп запусков ИСЗ в СССР значительно вырос.
РН «Космос» со спутником в монтажно-испытательном корпусе
В соответствии с принятой на Западе алфавитной классификацией советских РН по так называемой «таблице Шелдона», «Космос» получил индекс В–1 вслед за несколькими модификациями «семёрки», именуемой носителем серии А.
Перекладка второй ступени на установщик
За первые четыре года эксплуатации «Космос» вывел на орбиту с Капустина Яра 22 ИСЗ научного и народно–хозяйственного назначения. 6 июня 1964 г. был запущен первый «малый военный» спутник «Космос–31», с которого началась серия ИСЗ для калибровки наземных радиолокаторов и исследования верхних слоев атмосферы в интересах МО. Вот что пишет о назначении спутников в своих мемуарах создатель отечественной системы ПРО Г.В.Кисунько:
«…Янгель начал запускать с Капъяра первые ИСЗ серии «Космос», служившие, согласно нашему заданию, «мишенями» для проверки функционирования радиолокационных средств ПРО…».
Военные, принимавшие непосредственное участие в проведении космической программы Днепропетровска, для своих целей предпочитали иметь более совершенную и грузоподъёмную РН. Поэтому, параллельно с созданием 63С1 к апрелю 1961 г. в КБЮ разработали эскизный проект более мощной РН 65СЗ на базе ракеты Р–14. В новом проекте предполагалось избавиться от всех «минусов» 63С1. Однако, чтобы не оставаться без лёгкого носителя до первого полета новой РН, по требованию заказчика срочно модернизировали ракету «Космос» для запуска военных спутников. Требовалось, насколько возможно, повысить грузоподъемность, улучшить показатели надежности и точности выведения груза на орбиту. Это было правильное решение. Дело в том, что уже на начальной стадии эксплуатации были выявлены следующие недостатки ракеты 63С1 «Космос»:
— малая грузоподъемность;
— недостаточная точность выведения спутника на орбиту;
— ограничения по максимальной высоте орбиты;
— невозможность запуска ИСЗ на орбиты с большой высотой перигея;
— сложность эксплуатации вследствие наличия ступени, работающей на других компонентах топлива;
— невысокая надежность.
Эти недостатки очень серьезны, и никто не мог поручиться, что они в один «прекрасный» момент не перечеркнут достоинства лёгкой РН.
Грузоподъемность повысили за счет заправки в баки второй ступени переохлажденных компонентов топлива, имеющих большую плотность, применения в качестве первой ступени новой, более мощной и совершенной Р–12У, отличавшейся новой СУ, ЖРД с измененной циклограммой работы и баками облегченной конструкции.
Основной недостаток модернизированной РН — малая жесткость первой ступени и, как следствие, небольшая ветровая устойчивость носителя. Для РН шахтного базирования это не имело значения, однако новую ракету предполагалось эксплуатировать и с наземных стартов.
Перевозка ступеней РН «Космос» на грунтовых и железнодорожных тележках
В апреле 1964 г. Совет Министров принял решение, в соответствии с которым Конструкторского бюро транспортного машиностроения (КБТМ) под руководством главного конструктора Всеволода Николаевича Соловьева было назначено головной организацией по созданию комплексов наземного технического обслуживания для подготовки и запуска РН и космических аппаратов. С этого момента КБТМ занималось модернизацией и эксплуатацией стартовых комплексов «Маяк–2» и «Двина» разработки КБОМ В.П.Бармина на ГЦП N4 Капустин Яр.
Для увеличения пропускной способности космодромов военные предлагали использовать Северный полигон РВСН в 200 км южнее Архангельска, известный более как Плесецк. В 1963 г. было принято Постановление СМ о создании третьего советского космодрома. К середине 1960–х гг. полигон имел развитую инфраструктуру, а также налаженное железнодорожное и автомобильное сообщение с центральными районами. Со стартовых комплексов, построенных для ракет Р–7А, с 1966 г. предполагали начать пуски РН типа «Союз» и «Молния» с беспилотными ИСЗ преимущественно военного назначения.
РН «Космос-3М» на космодроме Плесецк
Здесь же начали строить новые старты для носителей лёгкого класса на базе Р–12 и Р–14, что позволяло расширить полосу охвата поверхности Земли космическими средствами. С Плесецка можно было запускать спутники на орбиты с большим наклонением: от 64 до 82°, с Капъяра же — только от 48,4 до 50,7°.
Для ввода в эксплуатацию новых носителей в Плесецке на 133–й и 132–й площадках полигона предполагалось создать специальные наземные стартовые комплексы «Радуга» (для РН на базе Р–12) и «Восход» (для РН на базе Р–14) соответственно. Первый комплекс имел две пусковые установки, второй — одну. Проект «Радуги» разрабатывали в КБТМ и в Центральном проектном институте МО. Этот комплекс имел в своем составе мобильную башню обслуживания, служащую также для защиты ракеты от ветра, и большое количество разнообразных систем и агрегатов — не надо забывать, что для заправки ступеней РН «Космос» использовались шесть видов компонентов ракетного топлива (азотнокислотный окислитель, углеводородное горючее, перекись водорода и пусковое горючее для ЖРД первой ступени, и жидкий кислород и НДМГ для ЖРД второй ступени) и три вида сжатых газов (азот, воздух и гелий). Для увеличения количества НДМГ, заправляемого в бак второй ступени, в специальном мощном холодильном агрегате производилось его захолаживание до –45°С.
Жидким кислородом и перекисью водорода заправлялись из передвижных агрегатов–заправщиков на автомобильном шасси. Пока в Плесецке шло строительство нового стартового комплекса, модернизированный носитель 63СМ (индекс 11К63), названный впоследствии «Космос–2» («Космосом–1» уже в наше время «задним числом» назвали РН 65СЗ, созданную на базе Р–14), по программе ЛКИ запускали с доработанного шахтного стартового комплекса Капустин Яр. 19 октября 1965 г. эта ракета вывела на орбиту военный спутник «Космос–93».
Первый пуск с комплекса «Радуга» произвели 16 марта 1967 г. — через пять лет после запуска спутника «Космос–1». Сильный приземный ветер задержал старт на четыре часа, однако опасения конструкторов за прочность носителя оказались напрасными — малый военный спутник «Космос–148» вышел на орбиту, близкую к расчетной. Зачетные ЛКИ стартового комплекса и РН со спутниками военного назначения продолжались в течение года на семи ракетах.
Оба варианта РН использовались для вывода на орбиту унифицированных лёгких ИСЗ серии «Космос» и созданных на их основе первых спутников «Интеркосмос». Многие решения при проектировании днепропетровских ИСЗ были весьма и весьма нетривиальны. Так, для стабилизации «Космоса–149» использовалась уникальная аэрогироскопическая система, обеспечивающая постоянное направление научных приборов (в данном случае телекамер) на Землю с точностью 4–5° без расхода рабочего тела.
«Интеркосмос-1» перед стартом
Найти аналоги советской лёгкой РН на базе Р–12 среди зарубежных носителей трудно. Её обычно соотносят с ракетой «Скаут», но это неверно, так как отечественный носитель имел грузоподъемность в два раза больше американского. По стартовой массе наша ракета сопоставима с ранними РН на базе БРСД «Тор», однако, благодаря постоянной модернизации, последние быстро обошли её. Весьма близок по грузоподъёмности и американский «Тор–Эйбл–Стар», однако он эксплуатировался весьма короткий промежуток времени и быстро сошёл со «сцены». «Тор–Аджена–А» — практически полный аналог «Космоса», но перевёрнутый «вверх ногами»: её первая ступень работает на жидком кислороде и керосине, а вторая — на азотной кислоте и НДМГ.
Семейство РН на базе «Тора»: от «Тор-Эйбл-Стар» до «Торад-Аджена-Д»
Новая модификация «Космоса» была значительно более надежна. В последующее десятилетие ракета 11К63 регулярно выводила на орбиты ИСЗ военного, научного, народно–хозяйственного назначения, в том числе спутники по программе «Интеркосмос». 12.10.1967 г. с помощью первого лёгкого «Космоса» осуществили уникальный эксперимент по вертикальному зондированию атмосферы и ионосферы Земли и ближнего космоса на высоту до 4400 км.
Наблюдая запуски советских ИСЗ, западные аналитики пытались найти в них какие–то закономерности. Так, в частности, первые 18 «Космосов», запущенных с Капустина Яра, имели наклонение орбиты 49° к экватору. Затем наклонение неожиданно изменилось: в начале 1965 г. три ИСЗ были выведены на орбиту с наклонением 48,8°. После этого — более чем полугодовое затишье, связанное с подготовкой «Космоса–2», и в конце года — фейерверк запусков: два спутника — на орбиту с наклонением 48,4° и два — снова на 49°. В последующие годы ИСЗ всё чаще выводились на орбиты с наклонением 48,4°. Зарубежные наблюдатели связывают это с увеличением прибыли скорости, придаваемой спутнику при выводе на орбиту с меньшим наклонением. Но, скорее всего, изменение происходило из–за постепенного сужения зоны падения первой ступени и смещения трассы выведения к югу, в сторону засушливых и неплодородных степей Приаралья.
Начальный темп эксплуатации с ГЦП №4 Капустин Яр был стабилен: семь орбитальных пусков ежегодно (исключение составляет 1963 г. — всего четыре удачных пуска). В 1968 г. — пик — восемь, затем интенсивность пусков пошла на убыль. Возрастала роль «Северного космодрома». Уже в 1967 г. с него стартовали шесть спутников: четыре — на орбиту с наклонением 71° и два — с наклонением 81,9°. После этого частота пусков с Плесецка непрерывно росла, достигнув 13 в 1970 г. Тогда был поставлен своеобразный рекорд — с двух космодромов запустили 18 спутников.
За всё время эксплуатации обеих модификаций РН на базе ракеты Р–12 они летали на орбиту 163 раза, 144 — удачно (общая надёжность 88,4%). Наибольшая доля аварий пришлась на первый вариант (63С1) в первые годы его эксплуатации. Всего эти ракеты вывели на орбиту 145 ИСЗ, причем 22 августа 1964 г. — сразу два. Последний раз РН стартовала с Капъяра 19 апреля 1973 г. с научно–исследовательским ИСЗ «Интеркосмос–8», называемым обычно «Интеркосмос–Коперник–500». В тот же год с этого космодрома стартовал лёгкий «Космос–3М». Начиная с 1974 г. интенсивность пусков «Космоса–2» с Плесецка неуклонно падала, а последний раз она взлетела 18 июня 1977 г. со спутником «Космос–919».
Установка ИСЗ «Интеркосмос-8» на вторую ступень РН
Несмотря на принятые меры, органические недостатки первого лёгкого носителя в конце концов привели к тому, что его сняли с эксплуатации. Грузоподъемность уже была недостаточна, а научную программу на базе маленьких простых ИСЗ, задуманную в Днепропетровске, тоже постепенно выполнили. Настал черед запуска достаточно тяжелых (порядка 1 т) спутников–лабораторий для проведения комплексных исследований. И для военных, и для гражданских целей стала использоваться новая РН лёгкого класса на базе ракеты Р–14. Первая ее модификация 65С4 («Космос–1») в 1964–1968 гг. запускалась, причем не всегда успешно, с космодрома Байконур. Затем, после ряда модернизаций, её более совершенные варианты «Космос–3» и –3М» стали использоваться с полигонов Плесецк (с 1976 г.) и Капустин Яр (с 1973 г.). После того, как второй лёгкий носитель был «доведен до ума», надобность в первом отпала.
Возможно ли было дальнейшее совершенствование носителя на базе Р–12? Наверное, да, например, за счет установки новой второй ступени, работающей на высококипящем топливе. Это упростило бы обслуживание ракеты, использующей компоненты топлива, «работающие» в самых разных интервалах температур. Но достичь столь высокого удельного импульса, как у РД–119, на долгохранимом топливе очень сложно. Для этого пришлось бы разрабатывать совершенно новый ЖРД с высочайшими параметрами, не достигнутыми, кстати, и сегодня. А поставив на ступени более «слабый» двигатель, проектанты теряли в массе ПГ. Конечно, этот показатель не самый главный, есть и другие. Однако тогда новый носитель с грузоподъемностью меньше, чем у старого, не был нужен.
Таким образом, обычный путь модернизации РН за счёт совершенствования второй ступени, был для первого «Космоса» закрыт. Снова парадоксальная ситуация — установив на второй его ступени в начале 1960–х гг. высокоэффективный ЖРД, днепропетровцы сами себе поставили столь высокую планку, которую (при прочих равных условиях) им не удалось преодолеть до окончания срока эксплуатации ракеты.
Да и сама идея «эволюционного» совершенствования носителя, первая ступень которого практически без всяких изменений использовалась с конца 1950–х гг., казалась для конца 1970–х гг. не слишком перспективной. Заказчик требовал более мощную и более «гибкую» ракету с широкими возможностями по орбитам выведения. Стараясь не топтаться на месте, украинские специалисты создавали новые РН на базе боевых ракет собственной разработки.
