Часть 2 От революции до второй мировой. СССР
Часть 3 От революции до второй мировой. Германия
Часть 4 От революции до второй мировой. США
Дисклеймер. Это самая сложная статья в цикле. Но надеюсь, Вы сможете пробиться в финал сквозь обилие аббревиатур и цифр. Я старался этим не злоупотреблять.
Часто можно встретить утверждение, что вся наша ракетно-космическая техника и реактивное двигателестроение выросли из копирования соответствующих разработок Германии. Например, Википедия утверждает «10Х — беспилотный самолёт-снаряд (крылатая ракета) класса воздух—поверхность, с пульсирующим воздушно-реактивным двигателем (ПуВРД). Создан методом обратной разработки немецкой ракеты Фау-1 в КБ завода № 51». Злонамеренная ложь! ФАУ-1 СССР не копировал. Взглянем на три большие части этих беспилотников.
Двигатель. Разработку пульсирующего воздушно-реактивного двигателя (ПуВРД) фирма Argus-Motoren GmbH закончила в1940 году. В СССР информации об этом ещё не было. Но конструктор В.Н. Челомей, в 1941 году начавший работать в Центральном институте авиационного моторостроения (ЦИАМ) в Москве, уже с начала 1942 года в инициативном (для ЦИАМ) порядке занимался разработкой ПуВРД и крылатой ракеты с ним. Сама по себе схема такого двигателя была известна давно, в1860-х годах его конструкция запатентована независимо Шарлем де Луврье (Франция) и Николаем Афанасьевичем Телешовым (Россия). Вот отличная жифка, поясняющая принцип его работы.
Автор рисунка Daniel BONNERUE at fr.wikipedia лицензия CC BY-SA 2.0 fr
Двигатель может начать работу, если ЛА с ним предварительно разогнан примерно до 100 м/с. Это 360 км/ч +- (Правда немцам удавалось запустить его и при нулевой скорости). Цикл работы следующий. 1. Порция топлива впрыскивается перед клапанной решёткой и смешивается с воздухом. 2. Скоростной напор открывает воздушные клапаны, и топливно-воздушная смесь подаётся в камеру сгорания. 3. Искра от свечи поджигает смесь, создаётся высокое давление, которое закрывает воздушные клапаны. 4. Продукты сгорания вылетают через резонансную трубу, а в камере сгорания образуется технический вакуум, благодаря чему клапаны вновь открываются. Частота повторения циклов в двигателе ФАУ-1 была 47 раз в секунду (2820 раз в минуту). Клапаны в автомобильном двигателе могут работать с гораздо более высокой частотой, так что это не проблема.
Такой двигатель практически не имеет движущихся деталей – только клапаны, даже топливный насос отсутствовал, топливо подавалось за счёт наддува баков. Эта простота и технологичность, позволяющие обходиться при производстве простым оборудованием и неквалифицированной рабочей силой, и были причинами выбора ПуВРД для крылатой ракеты.
В 1943 году В.Н Челомей перешёл на работу в КБ Поликарпова. Здесь ему было уже официально поручено разработать двигатель для самолёта-снаряда С-22. В разных источниках сплошь и рядом пишут, что разработка велась «по типу ФАУ-1». Это тоже ложь. Двигатель Челомей начал разрабатывать в 1942-м. Получив летом 1943-го правительственное задание, Поликарпов уже в декабре 1943-го проводил продувки С-22 (10Х). В августе 1944 года у Челомея уже был законченный проект самолёта-снаряда 10Х с двигателем полностью собственной разработки ПуВРД Д-3. На этот момент в его распоряжении были только словесные описания этого оружия и фотографии газетного качества его обломков из английской прессы. Когда удалось в ноябре 1944 года получить из Польши и Англии некомплектные Фау-1 и их фрагменты, в КБ Поликарпова уже была проработана и собственная система управления на основе узлов от выпускавшихся для авиации приборов: гироскопов, высотомеров и др. Автопилот АП-4 - главная часть системы наведения, на данном аппарате был полностью отечественный.
Ещё раз – хронология.
Так что говорить о копировании германской разработки не имеет смысла. Работы шли параллельно. Опережающей информации о германских разработках у наших конструкторов не было. Не было и прямого заимствования технологий, хотя в дальнейшем некоторые технические решения возможно и были использованы.
Самолет-снаряд 10X конструкции В.Н Челомея. ТТХ БПЛА (в скобках данные для ФАУ-1): дальность стрельбы 240 (286) км, скорость 600 (656) км/ч, высота полёта до 3000 (3000) м, масса боевой части 800 (700 на большую дальность или до 1000) кг
Аэродинамика и конструкция планера. Сходные параметры по забрасываемой массе, определяют сходные геометрические размеры. Сигарообразный фюзеляж - а что может быть проще? Киль почти прямоугольной формы – а какой ещё можно было сделать под резонансной трубой? Размещение двигателя именно сверху – если бы снизу, то пусковая установка сразу бы усложнялась и увеличивалась. А вот профиль крыла ни по фото, ни по словесным описаниям определить невозможно. То есть внешнее сходство 10Х и ФАУ-1, как и многих других образцов техники определялось сходством стоящих задач и технологических возможностей. Если для запуска ФАУ-1 использовалась наземная катапульта, то для 10Х применялся сброс с бомбардировщика Пе-8 или ЕР-2.
Бомбардировщик Пе-8 с крылатой ракетой 10Х
Скопирована система управления? Нет! Выше уже сказано – система управления и наведения разрабатывалась ОКБ-1 под руководством конструктора Соркина на основе СУЩЕСТВУЮЩИХ и широко применяющихся в советской авиации приборов, узлов и элементов. И это был, наверное, самый сложный момент в создании такого вида оружия. И на Фау-1, и на 10Х практически не было никакой электроники и даже электрики. Только несложный электромагнитный механизм на сельсинах передавал рассогласование от магнитного компаса на рамку главного гироскопа. И более ничего. Рулевые машинки, раскрутка гироскопов, даже логическая часть автопилота – всё работало на сжатом воздухе. Важнейшим элементом системы являлись гироскопы. Это простое по логике, но сложнейшее технологически устройство. Представляет собой просто «волчок», установленный в карданном подвесе, который стремится удерживать ориентацию своей оси в пространстве. Информация о том насколько его ось отклонена от строительной оси ЛА даёт понимание о положении ЛА в пространстве. Не буду описывать его теорию, статья не об этом. Нужно только понимать, что для изготовления точных гироскопов, датчиков угловых скоростей, датчиков линейных скоростей и ускорений требуется совершенные, прецизионные металлообрабатывающие станки. В 40-50х годах прошлого века таких не было ни у кого. Ни у немцев, ни у американцев, ни у нас, ни даже у швейцарцев. Существующие в авиации автопилоты обладали неплохой точностью для задач самолётовождения. Но «без пилота» значит и «без штурмана». Корректировать набегающую навигационную ошибку БПЛА невозможно. Таким образом, промахи и ФАУ-1, и 10Х измерялись километрами. Причем у 10Х точность была выше. Если для ракеты Челомея попадание на испытаниях в квадрат 5х5 км было не редкостью, то для ФАУ-1 производитель гарантировал ошибку по дальности +-6 км. Полученные разведданные и фрагменты немецких беспилотников подтвердили, что немцы шли сходным путём. А другого и быть не могло. Автоматических электронных систем управления в те времена ещё не существовало.
ВВС не приняли на вооружение 10Х. Несмотря на то, что начиналась эра ядерного оружия, его «точность» была признана недостаточной.
В дальнейшем КБ уже не Поликарпова, он умер в июле 1944-го, а Челомея продолжило работы по созданию беспилотных самолётов-снарядов. Были созданы крылатые ракеты 14Х и 16Х. Они также не были приняты на вооружение из-за низкой точности систем наведения.
В 1950-годы стали появляться управляемые ракеты «воздух-воздух» для истребителей и сами истребители быстро наращивали свои скорости. В этой обстановке развивать дозвуковые крылатые ракеты было признано нецелесообразным. В 1953- году КБ Челомея закрыли, конструктора признали «бесперспективным». Однако в 1954-году он «возродился из пепла» и занимался уже крылатыми ракетами морского базирования, противокорабельными и для ударов по наземным объектам. Но эту сюжетную линию я прерываю. Моя задача обозначить развитие беспилотников просто вехами, чтобы у вас, уважаемые читатели, было правильное понимание – беспилотники впервые появились не над долиной Бекаа, Югославией или Нагорным Карабахом. Они летали задолго до того, как турецкий мальчик Сельчук Байрактар построил свой первый беспилотник с радиоуправлением.
Сельчук Байрактар и его первые беспилотники. Это уже продвинутые модели. Более раннего фото найти не удалось.
Ракетное оружие авиации в 50-е годы получило в СССР бурное развитие, а в 1952-году начались испытания ЗРК С-25. И самолётам, и ЗРК понадобились мишени для испытательных и учебных пусков ракет. Зенитная артиллерия ещё не сдавала свои позиции и традиционная стрельба "по конусу" или с отворотом на 180 градусов для новых мощных зениток калибров 100 мм и 130мм была небезопасна.
Послевоенные поршневые самолёты стремительно вытеснялись реактивными. Было принято решение использовать их в качестве мишеней. В 1950-м году под радиоуправление были переоборудованы 5 истребителей Як-9В (Як-9ВБ). Их предназначали для забора проб из облака ядерного взрыва. Однако из-за новизны и, видимо, несовершенства системы радиоуправления все пять были разбиты в ходе собственных испытаний. Поэтому позже самолёты- мишени ПЕ-2 и ТУ-4, как когда-то ТБ-3, стали поднимать и выводить на боевой курс лётчики-испытатели. После этого включалась система радиоуправления и экипаж покидал самолёт с парашютами.
Бомбардировщик Ту-4
В 1952-м году на полигоне Капустин Яр ЗРК С-25 первой советской зенитной ракетой В-300 сбил самолёт-мишень Ту-4.
Поражение самолёта-мишени Ту-4 ракетой ЗРК С-25.
В дальнейшем практика переделки в самолёты-мишени отслуживших или устаревших самолётов продолжилась. В технических описаниях всех советских ЗРК и РЛС можно встретить цифры по дальности обнаружения и поражения неких «истребителя» и «бомбардировщика». Для профессионалов не было секретом, что в роли истребителя использовался радиоуправляемый МиГ-17, а в роли «бомбардировщика» Ил-28. Сотни из них погибли во славу нового ракетного оружия. Но катапультирование из реактивного самолёта сопряжено с риском для жизни и здоровья пилота, поэтому главком ВВС маршал Вершинин настоял на разработке специальной беспилотной мишени.
КБ Лавочкина в 1953 году по заказу ВВС разработало новую радиоуправляемую мишень Ла-17. Это была целевая разработка именно самолёта-мишени. И этот БПЛА стал первым советским принятым на вооружение и произведённым большой серией. На первой модификации мишени использовались дозвуковой ПВРД. Прямоточный воздушно-реактивный двигатель ещё проще чем ПуВРД. Но для начала его работы нужна была скорость. Естественным решением было применять пуск с самолёта-носителя. Для этого также переоборудовался Ту-4. Он мог нести два таких самолёта-мишени.
Самолёт ТУ-4 с двумя беспилотными самолётами-мишенями Ла-17. Через некоторое время дрон оснастили двумя стартовыми ускорителями, и он получил возможность стартовать с наземной пусковой установки. Её сделали на базе лафета от 100мм зенитки КС-19.
Ла-17ММ на пусковой установке на полигоне.
старт Ла-17
Этот беспилотник производился до 1992 года. Разные модификации его могли выполнять полёты от 8-ми до 60 мин на высотах от 100 до 18000 м. ПВРД вскоре заменили более традиционным турбореактивным двигателем, использовались восстановленные двигатели от МиГ-19 и МиГ-21, Як-28 и Су-15.
На базе Ла-17Б и Ла-17М были разработаны беспилотные разведчики Ла-17БР и ЛА-17ММ с радиокомандным управлением. Они оснащались аэрофотоаппаратами и телекамерами. Контроль полёта осуществлялся радиолокационной станцией «Кама», управление через командную радиолинию МРВ-2м.
Оба этих средства использовались и для работы с космическим аппаратами. По выполнению разведзадания БПЛА возвращался и по командам производил посадку «на живот». Двигатель после этого восстановлению не подлежал.
Ла-17Р после посадки.
Дрон мог выполнять разведку на дальности до 60-80км при полёте по маловысотному профилю на высоте 900м или до 200км при полёте на высоте 7000м. Скорости при этом были 700-900км/ч.
На смену ему пришли новые ракеты-мишени на базе ЗУР для ЗРК С-25, С-75, С-125, хотя и запас «Лашек» не исчерпан до сих пор. А в качестве разведчика его сменили беспилотники Туполева.
Рассказывая о советских беспилотниках послевоенного времени нельзя не упомянуть о разработках МКР – межконтинентальных крылатых ракет "Буран" ОКБ-23 В.М. Мясищева и «Буря» ОКБ-301 С.А. Лавочкина.
Два грандиозных проекта для пятидесятых годов прошлого века. Подумать только! Недавно отгремела война, в которой основным и самым быстрым летательным аппаратом был истребитель со скоростью 700 км/ч и вот уже разрабатываются самолёты-снаряды со скоростью 3500 км/ч (реально достигнутая Бурей в феврале 1959 года).
МКР Буря на стапеле. В «горбу» - гаргроте, на спине находится аппаратура астрокоррекции. Чуть более светлый прямоугольник жаропрочного кварцевого стекла выдаёт расположение телескопа.
МКР Буря, подготовка к пуску. Кольцевой сегмент рельса вместе с прочной осью в бетонном фундаменте служат для грубого прицеливания по азимуту.
МКР Буря. Старт.
МКР Буря уходит в небо.
Эти два проекта начались одновременно по постановлению Совмина от 20 мая 1954 года. Программа называлась «Крылатая ракета межконтинентальной дальности» (КРМД). Реально работа по КРМД была начата ещё раньше в ОКБ-1 С.П. Королёвым, но в связи с его большой загрузкой проектированием МБР Р-7 весь задел, все наработки передали этим двум авиационным КБ. В задел входила и огромная теоретическая работа по определению возможности построения такой системы, выбору схемы и основных параметров, проведённая под руководством академика Келдыша, он же оставался научным руководителем по этой тематике в обоих КБ. В исследованиях его и ОКБ-1 была определены схемы лёгкой и тяжёлой МКР – двухступенчатая ракетно-авиационная система. Первая ступень - жидкостные стартовые ускорители, 2 для Бури или 4 для Бурана. Вторая ступень – беспилотный самолёт с сверхзвуковым прямоточным воздушно-реактивным двигателем (СПВРД) и ядерной боевой частью.
Принцип работы ПВРД. Поступающий в двигатель воздух резко тормозится, за счёт чего возникает зона высокого давления, не пропускающая продукты горения «в обратку». Пройдя диффузор он снова расширяется и давление понижается. Дальше всё просто – форсунки впрыскивают топливо, оно сгорает и горячие газы, выходя из сопла, создают тягу.
Выбор СПВРД был единственно возможным в то время. Турбореактивный двигатель с нужной высотностью, способностью работать на скорости >3M, создать пока было невозможно. К тому же прямоточный ВРД был ещё проще, чем пульсирующий ВРД. В нём даже не было клапанной решётки. Правда физика и математика его работы очень сложны. Теорию ПВРД в основном разработал академик Стечкин ещё в 1929 году.
Два варианта МКР должны были различаться забрасываемой массой боеголовки. В соответствии с заданием дальность полёта должна была достигать 8000 км (хватило бы до США), а скорость 4000 км/ч. Американцы уже приступили к испытаниям такого, как они его называли, самолёта-снаряда «Навахо» XSM-64A. Вот некоторое сравнение трёх проектов.
Относительные размеры БПЛА на этом рисунке правильные. На всех остальных в сети на данный момент - неправильные! Дело в том, что цифра длины ракеты SM-64 Navaho в разных источниках от 20,7 м до 35,1 м. Наиболее достоверная, видимо, 29.02 м (Spacelaunchreport.com).
В этом соревновании американцы опередили поначалу СССР. В 1956 году их ракета уже летала. Правда небыстро и недалеко. В основном взрывалась через несколько десятков секунд после старта. Из 10 пусков 9 закончились взрывами. Наиболее продолжительный полёт составил 4 мин 39 с. В 1957 программу закрыли.
Ракета Навахо SM-64 на маршевом участке. Ускоритель сброшен. 1 января 1957 г.
Две самые сложные и критически важные проблемы, которые нужно было решить до начала работ по МКР – создание маршевого сверхзвукового прямоточного двигателя и системы наведения, которая могла бы обеспечить вероятный промах меньше радиуса поражения ядерного боевой части. В те времена военные ещё не стеснялись насчёт количества мегатонн, поэтому задали КВО – круговое вероятное отклонение, 10км.
СПВРД для обеих машин были разработаны КБ-670 М.М. Бондарюка. Центральное тело двигателей было использовано для размещения ядерного заряда.
Аппаратура наведения на марше и конечном участке была разработана под научным руководством академика Б. Чертока в филиале НИИ-88, которым руководил Р.Г. Чачикян. Впервые была создана инерциальная навигационная система с астрокоррекцией. Методы астронавигации используются и сейчас на всех российских МБР. После набора высоты производится захват «навигационной звезды». В двух последних испытательных полётах Бури была блестяще подтверждена правильность заложенных проектных решений, на прямом маршруте отклонение беспилотника составило 4-7км.
Из-за высокого аэродинамического нагрева > 500-600 обшивки аппарата пришлось применить титан. Он давал и выигрыш в весе на деталях силового набора. Обрабатывать этот металл на станках, делать из него большие листы, сваривать в то время практически не умели. Для того, чтобы его точить, фрезеровать, сверлить нужно было разрабатывать специальный режущий инструмент и технологии. Этим занимались несколько лабораторий МВТУ им Н. Баумана.
ОКБ-301 Лавочкина приступило к работам раньше, чем ОКБ-23 Мясищева. Первая «Буря» уже полетела- 31 октября 1957 года, а «Буран» ещё был в чертежах.
Всего было изготовлено 19 ракет
Испытания СПВРД РД-012А
Испытания МКР Буря
Ракета могла совершать маневры курсом. Первые испытательные полёты проводились по замкнутым маршрутам, только последние два по прямой и в них была достигнута скорость 3500 км/ч на дальность около 6500 км, при неполностью заправленных баках.
Но уже полетела и «семёрка» - Р-7 С.П. Королева. Готовилась к испытаниям Р-16 М.К. Янгеля. МБР сулили меньшее подлётное время, хотя и требовали больше времени на подготовку старта. Такие огромные программы страна потянуть не могла. Громом с ясного неба было решение правительства по Буре и Бурану – Работы прекратить. Материалы уничтожить. Коллектив ОКБ-23 Мясищева относительно безболезненно перенёс это. Но С. Лавочкин попытался бороться. Ещё в 1958 году он предложил использовать Бурю в качестве высотного скоростного фоторазведчика и мишени для ЗРК «Даль». Здесь МБР никакой конкуренции оказать не могли бы. КБ разрешили продолжить работы в этом направлении. Оставались 5 готовых ракет. Однако смерть С. Лавочкина нанесла последний удар, осиротевшее КБ не смогло завершить это и через три месяца в сентябре в 1960 году программа была окончательно закрыта.
Буря продвинулась дальше всех, но проекты стратегических самолётов- снарядов, беспилотных разведчиков делались многими конструкторскими бюро.
Эскиз самолёта снаряда С-30 ОКБ С.В. Цыбина. Маршевые двигатели - СПВРД. Расчётные: скорость 2.7 М (2 870 км/ч), потолок 24 000м, дальность 5000 км. Носитель – специально разрабатываемый самолёт Ту-95С.
Макет ракеты П-20 ОКБ Ильюшина во время бросковых испытаний. Расчётные: скорость 3 200 км/ч, потолок 20 000 м, дальность 3000 км. Предполагаемый носитель – специально разрабатываемая АПЛ проект П-627А, или наземная ПУ.
Межконтинентальные баллистические ракеты подвели черту под этими проектами. Все они были закрыты в разной степени готовности. Однако нельзя сказать, что народные денежки выброшены на ветер. Были получены новые научные и технологические знания, разработаны СПВРД и системы астронавигации. На Буре впервые был широко применён титан. В МВТУ им. Н. Баумана разработали непростые технологии механической обработки и сварки этого металла будущего. Всесоюзный институт авиационных материалов - ВИАМ - создал целый ряд сплавов титана и новых жаропрочных сталей.
************
Благодарю Вас, читатель, что прочли непростой по меркам Дзена текст. Но без этого моря цифр и аббревиатур это был бы текст НИАЧОМ, а это не мой стиль.
Продолжение