Уроки и наследие
| Вид материала | Урок |
СодержаниеНа круги своя Когда приходит озарение Минометный старт |
- Родины, 3990.87kb.
- Методическая разработка урока семинара по литературе на тему: «Образ Родины в поэзии, 97.22kb.
- М. А. Карпушкин Уроки Мастерства Конспект, 9487.82kb.
- Ценности отечественной культуры, 255.07kb.
- Уроки вдохновения Система К. С. Станиславского в действии, 5884.36kb.
- Бібліотечні уроки для учнів початкових класів екскурсія «Перші кроки до бібліотеки», 102.2kb.
- Уроки жизни». (анализ рассказа В. Распутина «Уроки французского»), 48.01kb.
- Духовно-нравственное, 57.31kb.
- Урок литературы в 7 классе. Тема «Уроки достоинства и человечности в рассказе В. Распутина, 26.64kb.
- Зюзькова Т. В. Литературное наследие Сибири, 251.36kb.
Одной из сложнейших проблем, с которой пришлось столкнуться при создании головных частей (а в дальнейшем и любых возвращаемых аппаратов), стала защита силового корпуса от разогрева мощными тепловыми потоками при движении в плотных слоях атмосферы на нисходящем участке свободного полета. Еще на заре развития ракетной техники в пятидесятых годах об этом писал известный американский ученый венгерского происхождения, специалист в области аэродинамики и прочности Теодор Карман:
"Вход в атмосферу..., вероятно, одна из наиболее трудных задач, которую можно себе представить. Ее решением заняты лучшие умы из тех, кто работает в данной области современной аэрофизики".
Показательно, что, пытаясь решить проблему защиты корпуса головной части от разогрева, приводящего к неминуемому разрушению последней, американцы на первых порах пошли по ложному пути - поиску материала, который сумел бы "впитывать" в себя, спасая конструкцию, огромные тепловые потоки. В качестве такого "поглотителя" тепловой энергии для создания конструкции теплозащиты ставка была сделана на красную медь в силу ее большой теплоемкости. Но сразу стало ясно, что для реального процесса полета головной части этот путь не приведет к "свету в конце туннеля". Сложность проблемы находилась в прямой зависимости от увеличения дальности полета ракет.
В этом вопросе все пришлось пройти заново. Предстояло прежде всего разработать научную теорию расчета необходимой толщины ТЗП, как отныне стали называть теплозащитное покрытие, а затем и создать на основе этих расчетов необходимые новые материалы, способные надежно защитить корпус головной части от воздействия высоких температур.
По свидетельству Я.К. Голованова, согласно первым расчетам, проведенным применительно к межконтинентальной дальности, для защиты головной части требовалось покрытие толщиной чуть ли не в метр и весом около семнадцати тонн. "Ясно, что это глухой тупик, - пишет он. - Едва приступив к проектированию больших баллистических ракет, Королев, вновь используя свою многократно проверенную и почти всегда безотказную техническую интуицию, сразу почувствовал, что проблема теплозащиты "головы" - это тщательно замаскированный капкан на его пути, который может схватить намертво, так, что он и шагу вперед не сделает".
С проблемой ТЗП в янгелевском конструкторском бюро впервые вплотную столкнулись в 1955-56 годах, и связано это было с освоением на Южном машиностроительной заводе серийного производства ракеты Р-5 конструкции С.П. Королева. На этой ракете впервые была установлена головная часть
с ядерным боевым оснащением. В проектировавшихся до этого головных частях С.П. Королева и М.К. Янгеля с обычным зарядом взрывчатого вещества роль теплоизолятора между металлом корпуса и взрывчатым веществом выполнял обычный картон.
На боковую поверхность головной части ракеты Р-5 наносилась обмазка ТМП-2, формировавшаяся на основе жидкого стекла. Существенным недостатком ее, как сразу выяснилось, была склонность к растрескиванию и отслоению от металлического корпуса.
Освоение технологии нанесения покрытия, - по словам непосредственного участника тех событий инженера А.Ф. Барашонкова, - проходило в нервной обстановке. Работали круглосуточно, без выходных. Созданные бригады из технологов и конструкторов контролировали правильность действий рабочих и операторов на соответствие нормативно-технической, технологической и конструкторской документации. Любое отступление заносилось в технологические паспорта, и по ним принимались оперативные решения...
Технология была освоена, и первую партию корпусов отправили на снаряжение атомными зарядами на предприятия Министерства среднего машиностроения. Однако недостатки покрытия проявились вскоре, дав о себе знать уже по прибытии головных частей на снаряжательные заводы. При внешнем осмотре состояния поверхности корпусов были обнаружены трещины и отслоения обмазки, что и вынуждены были констатировать прибывшие представители конструкторских бюро С.П. Королева, М.К. Янгеля и Южного машиностроительного завода, а поэтому и подтвердить непригодность головных частей к дальнейшей эксплуатации.
Обстановка сложилась с непредсказуемыми последствиями. Создана и успешно прошла летно-конструкторские испытания новая ракета с дальностью, превышающей в два раза находившуюся на вооружении ракету Р-2, а надежная головная часть фактически отсутствовала. Выход нашли в замене материала теплозащитного покрытия и использовании для этих целей асбестовой ткани.
Разработана была и технология формирования ТЗП. Предварительно из листов асбестовой ткани шили конусообразные мешки определенных размеров по форме головной части. Затем их пропитывали бакелитовым лаком, подсушивали и последовательно надевали на изготовленный штатный корпус головной части. На мешки укладывались металлические обкладные листы, на которые затем натягивались резиновые вакуумные мешки и другая технологическая оснастка. Собранный таким образом своеобразный автоклав вместе с головной частью помещался в термическую печь. В ней при определенных давлении и температуре осуществлялся процесс полимеризации бакелитового лака и формирования теплозащитного покрытия. Это покрытие фигурировало под маркой АТ-1.
Поскольку в процессе полимеризации при высокой температуре одновременно происходило и приклеивание покрытия к корпусу, то сам процесс вошел в технологическую практику как горячий приклей. Однако именно горячий приклей и явился тем подводным камнем, который принес вскоре много неприятностей. Через некоторое время при дальнейшей работе с корпусом головной части из цеха завода, а также из смежной организации, куда отправлялись корпуса головных частей, стали поступать тревожные сигналы: головные части начали "стрелять". Как выяснилось, при температурных перепадах окружающего воздуха из-за разницы коэффициентов линейного расширения на границе асботекстолита и металлического корпуса возникали усилия, разрывавшие предварительно напряженный в процессе полимеризации клеевой слой. В результате теплозащитное покрытие "сползало" с металлического корпуса в сторону малого торца, а само явление сопровождалось звуковым эффектом-хлопком, что и дало возможность говорить о том, что корпуса головных частей начали "стрелять".
Потребовалось внесение изменений в технологический процесс изготовления покрытия. Собственно технология формирования теплозащитного покрытия была по существу сохранена. Однако перед укладкой асботекстолитовых мешков, пропитанных бакелитовым лаком, корпус головной части покрывался целлофановой пленкой, которая предотвращала горячий приклей ТЗП к металлической конструкции корпуса. Сформировавшийся асботекстолитовый кожух хорошо снимался с корпуса головной части. Произведя очистку поверхностей кожуха теплозащитного покрытия и металла корпуса от остатков целлофана и последующее обезжиривание поверхностей, на них наносился слой клея. А затем, после необходимой выдержки, кожух ТЗП "надевался" на корпус и происходило их склеивание. "Стрельба" теплозащиты прекратилась, началось серийное изготовление корпусов головных частей ракеты Р-5. Поскольку на первой ракете Р-12 в качестве ТЗП был принят также асботекстолит, то отработанная технология полностью использовалась для янгелевского первенца и также полностью себя оправдала.
Между тем, с ростом дальности полета головных частей, проблемы теплозащиты нарастали, как снежный ком. Достаточно сказать, что для межконтинентальных дальностей температура пограничного слоя воздуха в районе головной части достигает 8-10 тысяч градусов по Цельсию, а на поверхности теплозащитного покрытия до 2 тысяч градусов.
Эту трудную задачу пришлось на первых порах решать теоретикам: предстояло создать научно обоснованную методику расчета необходимой толщины теплозащиты. Когда были разработаны модели происходящих тепловых процессов и уноса ТЗП, оказалось, что все сводится к сложным математическим уравнениям. И эти трудности также были преодолены. В основе методики расчета необходимой толщины теплозащиты лежала теория ее разрушения, основной смысл которой заключался в том, что энергия, затрачиваемая на разрушение ТЗП, складывается из нескольких составляющих: теплоты нагрева, плавления и испарения материалов покрытия, теплоты физико-химических превращений, происходящих в теплозащите при ее нагреве и энергии ее механического разрушения. Разделив задачу на несколько частных, в целом затем ее можно было решать намного проще.
На основании принятой теории формулировались и основные требования к ТЗП. В его состав должны были входить тугоплавкие элементы и вещества с высокой теплоемкостью, высокой теплотой плавления и испарения, низкой теплопроводностью. Рецептурный состав теплозащиты должен был содержать элементы, взаимодействие между которыми при нагреве сопровождалось поглощением тепла, то есть должна происходить экзотермическая реакция.
Достоверность разработанных методов расчета необходимых толщин теплозащиты при дальнейшей отработке была доказана не только результатами телеметрических измерений уноса ТЗП, полученных в процессе летных испытаний. Впервые в практике летно-конструкторской отработки были применены головные части, оснащенные парашютной системой. Спасаемые головные части давали исчерпывающую информацию о состоянии покрытия после выполнения возложенных на него функций.
Забегая вперед, отметим, что на основании теоретических расчетов, а это подтвердили и летные испытания, толщина покрытия должна быть переменной по длине головной части. В дальнейшем это будет реализовано за счет формирования толщины ТЗП намоткой ленты.
В решении проблемы защиты силовой конструкции головных частей вновь проектируемых ракет от высоких температур последнее слово было за технологами. В этой связи следует вспомнить о семантике слова технология, происходящем от греческих слов "технос", что означает искусство, ремесло, и "логос" - наука. Поэтому дословно технология - это наука о ремеслах, а в современном понимании - наука о промышленном производстве конечного продукта.
Именно поэтому в сферу создания высокоэффективных ТЗП были вовлечены ведущие материаловедческие институты страны. Поиск наиболее эффективных рецептур материалов проводился в ЦНИИ машиностроения и выделившемся из него ЦНИИ материаловедения, Всесоюзном институте авиационных материалов и украинском Институте металлокерамики и спецсплавов (будущий Институт проблем материаловедения).
ЦНИИмашем было предложено в качестве теплозащиты использовать созданное в институте покрытие ТП-12 КТ на основе кремнеземной ткани КТ-11, фенолформальдегидной смолы ЛБС-4 и тугоплавких наполнителей из кварцевого песка и маршалита. Для облегчения теплозащиты был введен теплоизоляционный подслой на основе разреженной асботкани.
В Институте металлокерамики и спецсплавов было разработано теплозащитное покрытие, получившее название АТП-1. Основой покрытия являлась фенолформальдегидная смола ЛБС-4 и тугоплавкие наполнители из нитридов бора, кремния и карбида кремния.
Покрытия АТП-1 и ТП-12 КТ предполагалось использовать для защиты боковой поверхности головных частей ракеты Р-14 и Р-16. По сравнению с асботекстолитом АТ-1 предлагаемые покрытия отличались более высокой эффективной энтальпией, то есть энергией, идущей на разогрев и разрушение материала. Была разработана технология нанесения новых покрытий на первые головные части. При этом возникли определенные трудности по реализации технологического процесса формирования покрытия. Вместо традиционно использовавшегося вакуумного метода по рекомендации Института металлокерамики и спецсплавов был разработан гидроавтоклавный способ. В промышленности в то время подобные автоклавы еще не выпускались. Для реализации же предложенного способа нанесения покрытия необходимо было спроектировать и изготовить оснастку, в которой весь процесс должен был проходить при температуре порядка 150 оС и давлении 5-12 атмосфер в среде глицерина. Кроме того сложным оказался вопрос обеспечения герметичности стыков приспособления с помощью резиновых прокладок.
Возникшие трудности были преодолены, технология нанесения покрытия освоена. Однако предложенные покрытия постигла судьба их предшественника - первого теплозащитного покрытия ТМП-2, как впрочем и других ТЗП на минеральной основе.
В процессе отработки выяснилось, что наличие порошкообразных наполнителей (окислов, карбидов, нитридов и других) приводило к охрупчиванию материала и, как следствие, склонности к образованию трещин. Причина была на поверхности. Трещины инициировались слишком разными коэффициентами линейного расширения, приводившими при изменении атмосферных условий к образованию температурных напряжений и нарушению прочности покрытия.
При решении судьбы покрытия АТП-1 возникла курьезная ситуация.
Для обсуждения создавшегося положения созвали специальное совещание, на котором присутствовал директор Института металлокерамики и спецсплавов И.Н. Францевич. Будучи весьма эрудированным человеком и большим специалистом, он в своем сообщении дал научное обоснование возможных причин возникновения дефектов и высказал ряд предложений по возможности их устранения.
Когда же в качестве одной из причин появления трещин в обмазке он назвал влияние колебаний температуры в цехе (события развивались летом), М.К. Янгель со свойственным ему тактом и доброжелательностью, приветливо улыбнувшись докладчику, предложил:
Иван Никитович! Если для устранения причин трещинообразования нужно будет поставить кондиционер, то мы это сделаем. Но Вы должны быть уверены.
Такой простой репликой Главного, по свидетельству инженера В.В. Еремеевой, курировавшей от конструкторского бюро работы института по этому покрытию, вопрос был исчерпан при полном взаимопонимании обеих заинтересованных сторон. Фактически это был приговор, как уже было сказано выше, направлению разработки теплозащитных материалов для боковой поверхности головных частей на кремнеземно-силикатной основе. Впрочем, к кремнеземам все же еще вернутся, но уже на другой - на тканевой основе.
Так произошло восстановление "репутации" асботекстолитового покрытия, механические свойства ткани которого показали полную "совместимость" с металлом несущего корпуса. Отныне он станет основным материалом, обеспечивающим надежную защиту конструкции не только головной части боевой ракеты, но и любого спускаемого аппарата от действия температуры плазмы, в которой происходит движение при прохождении плотных слоев атмосферы.
В дальнейшем требования к теплозащитному материалу боковой поверхности головной части непрерывно повышались, что приводило к его постоянному совершенствованию. Связано это было с разработкой средств преодоления противоракетной обороны противника, диктуемых защитой головных частей от радиолокационного и оптического обнаружения и повышением стойкости их к воздействию поражающих факторов ядерного взрыва. Так, например, на начальном этапе создания многофункциональных покрытий при проектировании головных частей для ракеты Р-36, на которых впервые были установлены средства преодоления противоракетной обороны противника, ВИАмом совместно с КБ "Южное" было также впервые в отечественной практике разработано ТЗП, обеспечивающее защиту от радиолокационного обнаружения. В покрытии в качестве основного материала использовался асботекстолит АТ-1 на основе теплостойкого связующего ФН. Для придания требуемых свойств был введен подслой разреженного лавсанотекстолита РЛТ, ацетиленовая сажа, интерферирующие прокладки из стеклоткани Э-0,06, газифицированная ткань с определенным омическим сопротивлением.
Покрытие обеспечивало воспроизведение необходимых радиотехнических свойств и тем самым выполнение требований по радиозащите. При проекти-ровании ракет следующих поколений на основании многолетних исследований для защиты боковой поверхности головной части были созданы сложные многофункциональные покрытия, включающие теплоизоляционный подслой, основную теплозащиту, с минимальной динамической жесткостью, сохраняемый и разрушаемый демпфирующие слои, структуры радиопоглощения интерферационного типа, слои оптической защиты и поглощения сверхжесткой части рентгеновского излучения.
Одно только перечисление выполняемых теплозащитным покрытием функций говорит о том, насколько сложна была его структура. Но именно это и обеспечило создание совершенных корпусов головных частей и боевых блоков разделяющихся головных частей и выполнение основной задачи - доставку заряда в заданную точку цели.
Одновременно с совершенствованием ТЗП для боковой поверхности корпуса происходила и отработка материала теплозащиты для наиболее нагруженного узла головной части - наконечника. Во время движения на атмосферном участке свободного полета он воспринимает не только основные тепловые потоки, но и аэродинамическое давление, в десятки раз превышающее давление, действующее на боковую поверхность.
На ракете Р-12 в качестве материала наконечника был использован графит как один из наиболее термостойких из существующих в природе тугоплавких материалов. Он обладает достаточно высокой механической прочностью, возрастающей с повышением температуры. Ранее графит с успехом применялся на королевских ракетах.
Однако графит обладает высокой теплопроводностью, что делает невозможным использование его для наконечников межконтинентальных баллистических ракет. Для притупленных наконечников головных частей ракет Р-14 и
Р-16, обеспечивающих снижение теплового потока, на боковую поверхность ЦНИИмашем и ленинградским Всесоюзным институтом огнеупоров были разработаны новые материалы в виде высоконаполненных пластмасс - ТН-38 и ТН-38М. Однако эти материалы имели ряд существенных недостатков - неоднородность по плотности, склонность к отслоению от несущей металлической арматуры, подверженность механическим повреждениям. Вдобавок требовали очень сложную технологию изготовления.
О том, какие трудности приходилось преодолевать при нанесении теплозащиты и изготовлении наконечников из новых материалов, свидетельствует бывший в то время начальником лаборатории теплозащитных покрытий конструкторского бюро А.А. Мурзин:
"Началось изготовление наконечников из ТН-38. Ручным способом, пневмо-
трамбованием уплотнялась масса... Дело дошло до поставки узлов на летные испытания конструкторских машин. Они должны были передаваться из нашей лаборатории на сборку в цеха завода. Теперь уже мы работали под неусыпным контролем диспетчеров завода. Сроки сдачи узлов определялись на оперативках директора, и лаборатория стала "именинницей" на каждом рапорте, так как нашим составом мы не могли обеспечить потребности сборочного цеха.
Если в наконечнике в процессе изготовления возникали дефекты, то для проведения дальнейших работ с ним требовались высокие подписи - Главного конструктора или его заместителей. И надо отдать должное - они с пониманием дела шли на это, не раз выручая нас.
Однажды, для допуска на сборку наконечника, отступления подписал
М.К. Янгель, но Заказчик не согласился. Пришел я к Михаилу Кузьмичу доложить:
Какое, - говорит, - ему дело? Это не его машины.
Ниже Заказчика вновь написал: "Допустить на сборку" и поставил вторую подпись. Затем поинтересовался, какие же меры мы принимаем.
Много хлопот доставил неприклей массы ТН-38 к металлической арматуре. В лаборатории собралось достаточное их количество, но отправлять в цех было нельзя, так как простукивание обычным ключом свидетельствовало о неприклее к арматуре.
Пришел с журналом отклонений к Василию Сергеевичу Буднику. Он вызвал Павла Ивановича Никитина, отвечавшего за прочность ракеты и до этого отказавшего нам в допуске наконечников на сборку.
Будник обратился к Никитину:
Павел Иванович, неужели Вы рассчитываете на этот приклей? Ведь здесь же штыри запрессованы в массу наконечника.
Не знаю, Василий Сергеевич, надо проверить, - отвечает Никитин.
Так проверьте, а я убежден и подписываю.
Написал: "Допустить", а затем уговорил подписать и Никитина.
А позже, действительно, этот приклей был снял с контроля. Но это уже произошло, когда наконечники стали изготавливать в цехе.
В тот сложный период, когда дело дошло до летных испытаний, а вся теплозащита оказалась сосредоточенной в нашей единственной лаборатории, руководство завода вынуждено было обратить на нас внимание и даже оказать помощь... Как то уже в полночь в лабораторию заходит директор завода Леонид Васильевич Смирнов, один, без предупреждения и без сопровождения. У нас шла горячая работа по подготовке к сдаче наконечников и других узлов. Подклеивали или заливали образовавшиеся отслоения. У каждого узла не только рабочие, но и наши инженеры. Смирнов внимательно все осмотрел, задал ряд вопросов и ушел, ничего не сказав.
А на другой день, на очередной оперативке, которую проводил директор завода, как только диспетчер дошел до состояния дел по нашим работам, Леонид Васильевич поднялся, прервал его доклад и, обращаясь к главному инженеру и начальнику производства, спросил:
Вы что хотите от этой лаборатории? Вы видели в каких условиях они работают? Почему этим не занимаются соответствующие цеха, а вдобавок еще занимают площади отдела, куда входит лаборатория?
Выслушав все объяснения и возражения заинтересованных, директор в приказном порядке предложил:
Начальнику цеха... - расширить ворота и забрать изготовление крупных узлов к себе, срок... Главному металлургу... - наконечники закрепить за цехом №...Срок...Начальнику цеха... перебраться на свои площади. Срок...
Но там же строители не закончили свои работы! Холодно" - соскочил с места начальник цеха.
Переберетесь, быстрее закончат строители, быстрее будет тепло. А лаборатория должна заниматься наукой, а не подменять производство, ее коллектив к этому призван. И чтобы я больше не слышал, что лаборатория срывает вам работу.
Сел и - диспетчеру:
Давай дальше.
В течение короткого срока все указания директора были выполнены. Цеховым технологам совместно с сотрудниками лаборатории пришлось днем и ночью осваивать новые технологии. И теперь уже цех отвечал за подачу узлов на сборку. А отдел занял большой пролет территории, где было организовано экспериментальное производство по освоению новых технологий".
И все же вскоре от использования массы ТН-38 в качестве материала для наконечника, в силу названных причин, пришлось отказаться. В качестве основного материала для наконечников, как и для боковой поверхности, стал применяться асботекстолит, структура которого совершенствовалась в соответствии с новыми требованиями по преодолению противоракетной обороны противника.
КОГДА ПРИХОДИТ ОЗАРЕНИЕ
Как уже неоднократно отмечалось, деление узлов конструкции на главные и второстепенные чисто условное, хотя бы по той простой причине, что "лишних" элементов в системе летящей ракеты не бывает. Впрочем это утверждение верно с одной оговоркой: при определенных условиях отдельные системы могут оказаться ненужными. Так, например, если при пусках ракет не возникает нерасчетных режимов полета, то система аварийного подрыва ракеты может оказаться невостребованной. Но такие ситуации надо только приветствовать, ибо они лучшее свидетельство совершенству созданной конструкции.
Если даже головная часть боевой ракеты будет выведена и продолжит полет, не побоимся этого слова, с идеальной точностью, то она может быть легко уничтожена противоракетой противника. И задача пуска будет успешно решена только при наличии на борту ракеты системы ложных целей, которые не только никакого отношения к совершенству конструкции корпуса не имеют, но вдобавок усложняют и утяжеляют ее. А сам их отстрел даже может вносить некоторые возмущения при движении по траектории.
Излагаемая ниже история узла, с помощью которого осуществляется соединение разделяющихся в полете частей ракеты, явное свидетельство того, что важен любой "винтик" во всей сложной системе конструкции ракеты и как его становление происходило в неразрывной связи с повышением требований к ракете по точности стрельбы.
В пятидесятых годах для осуществления разъемного соединения различных узлов ракеты стали применять шариковые замки, в которых связь двух стыкуемых элементов осуществляется через обычные стальные шарики.
При нажатии на центральный шток шарики проваливаются в кольцевой паз последнего и происходит разделение узлов или отсеков.
Именно с помощью таких замков впервые присоединялась головная часть к корпусу ракеты Р-5 конструкции С.П. Королева и для этих же целей они были заимствованы при проектировании ракеты Р-12. Однако в процессе летных испытаний отмечались неоднократно факты несрабатывания одного или двух из трех устанавливавшихся в стыке шариковых замков. В результате головная часть зависала на корпусе ракеты, а затем под действием поперечных возмущений шариковый замок разрушался. Если при этом даже не происходило нарушения конструкции корпуса головной части, то, все равно, возникавшие в этом случае в процессе разрыва замка возмущения приводили к отклонению последующего свободного движения головной части от расчетной траектории. Отмеченные случаи отказа шариковых замков были обнаружены при первых же пусках ракеты Р-12 в 1957 году.
В лабораторных условиях шариковые замки подвергли всесторонним испытаниям на функционирование. Было выявлено, что если предварительно замок подвергается нагружению растягивающей силой (на сжатие замки в таких соединениях, как и обычные болты, не работают), то происходит вдавливание твердых шариков в относительно мягкий металл самого замка, что и приводит к его заклиниванию. Разъемное соединение, испытав предварительное нагружение растягивающей силой определенной величины, становилось неразъемным.
Делая ставку на шариковый замок, исходили из того, что в момент разделения, как и в процессе всего полета, головная часть давит на корпус ракеты, поэтому стык всегда сжат на активном участке траектории и шариковый замок не нагружен.
Проведенный параллельно тщательный теоретический анализ условий
нагружения стыка головной части и корпуса показал, что в процессе транспортировки и подъема ракеты в вертикальное положение при установке на стартовый стол на шариковый замок действует растягивающее усилие.
Более того, этот случай нагружения был предусмотрен и производился даже расчет на прочность, подтверждающий, что замок выдерживает и большие усилия. Не учли только одного, что возникающие под шариками контактные напряжения могут приводить к смятию материала деталей замка и, соответственно, к его заклиниванию. По-прежнему надежно соединяя стыкуемые детали после транспортировочных операций и подъема в вертикальное положение, он становился неработоспособным. Для избежания в последующем обнаруженного явления необходимо было принять определенные меры. Можно, конечно, было разгрузить стык, поставив дополнительную опору на лафете для транспортировки ракеты. Однако Главный принимает кардинальные меры - заменить малонадежное механическое соединение на пиротехническое. Для реализации решения потребовалась разработка конструкции специальных разрывных пироболтов. С этого момента они стали широко использоваться для соединения стыкуемых отсеков ракет, разделяющихся в процессе полета.
Введенные вместо шариковых замков разрывные болты хорошо зарекомендовали себя и оказались очень надежными в эксплуатации. Казалось, судьба шарикового замка как способа соединения отделяющегося объекта и корпуса ракеты решена окончательно и бесповоротно. Однако по прошествии определенного времени, как говорится, все вернулось на круги своя, только, естественно, в новом качестве.
В начале семидесятых годов, как уже было подробно описано выше, дальнейшее совершенствование бортовых цифровых вычислительных машин позволило сделать качественный скачок в развитии систем управления. В результате резко возросла точность параметров движения ракеты в конце активного участка полета. В этой ситуации одним из основных стал вопрос о снижении уровня возмущений, действующих на отделяющийся объект в процессе расстыковки. Как ни хороши были нашедшие широкое применение разрывные болты, но возникавшие в результате взрыва их газы создавали значительный нестабильный импульс, который и увеличивал разброс точек падения боевых блоков.
По просьбе проектантов за дело взялись конструкторы. Проработать вопрос о возможности решения проблемы разделительного устройства, в котором импульс при расстыковке будет минимальным, поручили начальнику группы Ю.А. Панову. Задача оказалась не из легких.
О последнем этапе в истории становления узла соединения рассказывает сам Юрий Антонович. Эти воспоминания любопытны еще и потому, что они проливают свет на секреты творческой деятельности инженера, в результате которой рождается принципиально новая конструкция. Это то, что принято называть (факт многократно описанный в литературе) интуицией, а еще проще - божьей искрой. Вот эта история:
Началось конструкторское таинство. За рабочим столом, в транспорте при поездке на работу и обратно, в выходные дни и на рыбалке, дома и гостях шла невидимая для постороннего глаза, ни на минуту не прекращавшаяся умственная работа. Сон пропал, перед мысленным взором рождались десятки конструктивных идей, которые тут же безжалостно отбрасывались неумолимой логикой. Прежде чем провести хотя бы одну линию для реализации очередного эскиза, уже становилось ясно - на этом можно сломать шею. Конструкция устройства стыковки, отвечавшая поставленным требованиям, родилась
совершенно неожиданно в полудреме, ночью. Как все оказалось просто и
логично! Сон как рукой сняло. Быстро включил свет, нашел клочек миллиметровки и мгновенно набросал пришедшее решение. Разбуженная светом жена резюмировала:
Сумасшедший!
С трудом дождался утра. Эскиз перед начальником лаборатории Клебанским, который внимательно рассматривает, долго думает. Объяснений не требуется, ведь он конструктор от бога. Затем берет чертеж и буквально бежит к проектантам. Те -за. Не теряя времени, пишем заявку на приоритетное решение и удивительно быстро из Комитета по делам изобретений и открытий получаем "красный уголок". Изобретение признано.
Начинается завершающий этап конструкторской деятельности - выпуск чертежей. Однако совершенно неожиданно у новой конструкции нашлись решительные противники в лице баллистиков. И тут началось!
Куда вы лезете в святая святых - разделение?! - заявляли они авторам новой конструкции.
Но позиция конструкторов по-прежнему жесткая:
Без нового соединения мы не достигнем заданной кучности стрельбы.
Как заявил один из очевидцев этого противостояния:
Пошли стенка на стенку - за и против.
Собирается по этому вопросу у Генерального конструктора Владимира Федоровича Уткина специальный научно-технический совет.
Главный внимательно выслушивает обе стороны, некоторое время изучает наскоро сделанный плакат. Но положение критическое. Поэтому выкладываю последний козырь, а это был решающий дальновидный аргумент.
Владимир Федорович! Конструкция стыкуемых поверхностей в точности повторяет старую. Поэтому устройство полностью взаимозаменяемое по посадочным местам разрывного болта и его крепежной втулки. В любое время на полигоне в случае неудачи, при автономной отработке узла соединения, можно будет вернуться к старому решению с разрывным болтом, произведя замену уже на готовых собранных ракетах.
Этот убедительный довод произвел должное впечатление.
Уткин обращается к разгоряченным спорщикам:
Это так?
Да, так! - следует дружный ответ.
Ну тогда на первую летную машину будем ставить предлагаемый узел соединения.
И, после небольшой паузы, подкрепил принятое решение убедительной аргументацией:
Если не будем пробовать новое, то хороших ракет не будет.
Однако оппоненты не сдаются и после совещания пишут Главному докладную, в которой перечисляют возможные отказы конструкции, грозящие неотделением блоков. На докладной появляется короткая резолюция:
"Учесть при разработке".
Начались тяжелые будни рождения нового узла в металле: чертежи, извещения на изменения и, наконец, проверка работоспособности на стендах в лаборатории. После конструкторских и завершающих доводочных испытаний выпускается заключение, в котором дается добро на сборку на полигоне первой летной машины Р-36М с разделяющейся головной частью 15Ф143.
РГЧ собрана, загружена в транспортировочно-установочный агрегат, через день назначен вывоз на стыковку с ракетой. И вдруг ЧП! На завершающем этапе автономной отработки при испытаниях на прочность один узел разрушился при нагрузке, заданной по техническому заданию! Причина выяснена быстро - нестабильность механических характеристик материала новой стали корпуса замка после термообработки.
Совещание за совещанием, а вопрос всего один: можно ли вывозить первую летную машину или нельзя? В конце концов принимается решение: ракету вывозить, но движение должно происходить на скорости не более двадцати километров в час.
На полигон срочно прилетает Олег Николаевич Клебанский, садится в кабину установщика рядом с солдатом-водителем и отправляются на старт.
А впереди движется специальная машина с песком и выравнивает все выбоины в бетоне.
И вот финал. Пуск!
Первая ступень отработала нормально, вторая - нормально, отделилась разделяющаяся головная часть. Секунды кажутся вечностью: при разведении блоков должно сработать тридцать узлов соединения!"
И наконец долгожданный доклад:
Последний блок сошел нормально!
Результаты летных испытаний отличные. "Болезнь" вылечена. Бывшие противники узлов соединения стали сразу рьяными сторонниками новой конструкции.
А на меня навалилась огромная усталость. В первый, но как станет ясно в дальнейшем не последний, раз попадаю в кардиологию!...
Так закончилась официальная сторона истории создания одного из маленьких в масштабах корпуса ракеты, но весьма важных узлов, от надежной безымпульсной работы которого существенно повышалась точность попадания головной части в цель.
Однако был и второй не менее интересный и совершенно не запрограммированный акт этой истории, достойно венчавший столь длительную многолетнюю эпопею становления конструкции, которой суждено было стать стандартной в отрасли.
Пользуясь ставшей популярной модой на иностранные слова для обозначения общепринятых понятий, отметим, что презентация новой конструкции произошла совершенно неожиданно, да к тому же на очень высоком уровне.
В один из дней, когда испытания по автономной отработке узла соединения были успешно завершены, в зале, где происходила функциональная отработка различных систем вновь проектируемых ракет, в том числе и для будущей "Сатаны", неожиданно открылись двери и вошла группа людей во главе с министром С.А. Афанасьевым и В.Ф. Уткиным. И первое, с чего начал свои пояснения Владимир Федорович, рассказывая о проведении функциональных испытаний по разведению боевых блоков разделяющейся головной части, было заявление:
На этих испытательных стендах производилась отработка принципиально нового безымпульсного устройства для разделения узлов конструкции корпуса, которое впервые в отрасли было применено на проектируемых ракетах.
Это заявление вызвало у министра интерес, и он попросил более подробно рассказать о существе заложенной в устройство идеи и функционировании устройства непосредственно по чертежам на узел. Скорость, с которой была доставлена техническая документация в зал, отвечала уровню пожелавшего познакомиться с ней. Чертежи появились буквально мгновенно. Все было настолько неожиданно, что когда В.Ф. Уткин предложил дать пояснения руководителю направления, в подразделении которого был создан УС, последний почувствовал себя несколько некомфортно, и, увидев случайно подвернувшегося автора, решил не рисковать, указав на Ю.А. Панова:
Вот он является автором этого устройства.
Взяв узел в руки и развернув чертеж, Юрий Антонович подробно пояснил принцип его действия и особенности конструкции.
А куда девается импульс? - уточнил министр, довольно быстро разобравшийся в чертежах.
Ю.А. Панов подробно объяснил, что импульс в основном воспринимается платформой разделяющейся головной части и не передается на отделяемый блок.
И вот тут-то произошло неожиданное. Внимательно выслушав хорошо
аргументированное объяснение и удовлетворенно кивнув, А.С. Афанасьев обратился к сопровождавшему его начальнику Главного управления министерства, в ведении которого находилось конструкторское бюро:
За это надо давать деньги!
И делегация проследовала дальше, знакомясь с другими испытаниями по отработке узлов конструкций.
События дальше развивались, как и состоявшийся визит, в быстром темпе. В тот же день за подписью Главного конструктора в министерство было направлено письмо с просьбой выделить для поощрения разработчиков узла соединения пять тысяч рублей. И удивительно быстро - буквально через несколько дней из Москвы пришли деньги.
По расчетам создателей узла соединения, с учетом всех участвовавших в его отработке в конструкторском бюро и на полигоне число премируемых должно было составлять пятнадцать человек. Естественно, изобретатели, имевшие авторские свидетельства на узел, предвкушали получить, по их словам, "хорошие бабки". В окончательной ведомости, утвержденной Главным конструктором, было семьдесят пять человек. Авторы были в самом конце списка. Хотя справедливости ради следует отметить, что сумма их премий была самой высокой. Они получили по 500 рублей.
При распределении премии очень принципиально повел себя начальник отдела, где создавалось устройство - В.С. Мельник. Дело в том, что когда подразделение, входившее в отдел, по просьбе проектантов взялось за разработку конструкции, он был категорически против этой инициативы. Считая данный вопрос прерогативой конструкторов корпуса ракеты, а также понимая его важность и возможные последствия в результате неудачи, он наотрез отказался от личного руководства проектированием нового узла.
Куда вы лезете в святая святых проектантов, - заявил В.С. Мельник в ответ на предложение взять на себя эту работу.
Но когда хотели включить его в список премируемых, он отказался наотрез:
Я был против этого устройства и оказался неправ. Поэтому от премии отказываюсь, - резюмировал принципиальный и честный руководитель.
Итак, в чем же заключалась изюминка новой конструкции?
После нескольких месяцев размышлений и настойчивых поисков нужного решения инженер пришел к совершенно неожиданному выводу: новое может быть создано только на базе хорошо забытого старого. Он понял, что основой искомого разделительного устройства должен стать отвергнутый шариковый замок. Однако использование механизма расстыковки за счет выпадения шариков в паз должно осуществляться на основе ряда нововведений.
Каковы же основные идеи, которые были положены в предлагавшуюся конструкцию?
Реализацию основной задачи - создание соединения, не передающего импульс силы от разрывных газов на отделившийся блок, удалось осуществить за счет оригинального конструктивного решения. Прежде всего необходимо было для улучшения надежности и быстродействия срабатывания увеличить энергетику механизма, то есть силу, которая действует на подвижной шток для расстыковки замка. Для этого пришлось отказаться от пневматического способа разделения с использованием газов высокого давления, требовавшего наличия на борту ракеты баллонов с давлением в сотни атмосфер. Так, в конструкции были сохранены пиропатроны, являвшиеся основой разрывных болтов. Однако детали соединения головной части и корпуса ракеты изобретатель-ным инженером были выполнены так, что возникавшие при взрыве газы практически не действовали на корпус отделяющегося блока, расходуясь только на расфиксирование шарикового замка, а возникавшие усилия передавались на корпус ракеты.
Ну и, наконец, что не менее важно, конструктивно поверхности соединения
узлов были выполнены коническими и становились таким образом направляющими, обеспечивая надежность центровки узлов при сборке.
В довершении был устранен один из основных недостатков старого замка. Для изготовления цилиндрической втулки применяли сталь с такими высокими механическими свойствами, которые полностью исключали явление вдавливания шариков по контактной поверхности, приводившее к заклиниванию замка.
В этой связи может возникнуть недоуменный вопрос: а почему, отвергая замок более двадцати лет назад, не додумались до этого решения? Ведь это так просто! Но факт - вещь упрямая. Поэтому-то часто неожиданное решение и бывает эффективным, что оно самое простое. Однако в любом случае до него надо додуматься.
Проведенные всесторонние испытания при отработке узла на стендах показали, что новое соединение, сочетавшее преимущества двух предшествующих, оказалось очень надежным в работе. А самое главное, была решена задача практически безымпульсного (импульс удалось уменьшить на порядок) замка. Если в применявшихся разрывных болтах импульс достигал 4 кгс с, то в новой конструкции он не превышал 0,35 кгс с.
Так состоялся "ренессанс" конструкции шарикового замка. Жизнь подтвердила правильность принятого решения. Новый шариковый замок был внедрен, показал стопроцентную надежность (!) и безотказно работал на всех ракетах, как боевых, так и космических, проектировавшихся впоследствии.
| Мало сказать, что Михаил Кузьмич Янгель был выдающимся Главным конструктором. Будет правильнее сказать, что каждый крупный Главный конструктор по стилю работы во многом должен походить на М.К. Янгеля. Доктор технических наук К.Г. Осадчиев | | Всякая большая идея нуждается в Пророке, который стоит перед неблагодарной задачей стать первопроходцем. Всякое новое знание нуждается в Учителе, который точными словами сформулирует его основы, значение и практическое применение. Вернер фон Браун |
МИНОМЕТНЫЙ СТАРТ,
СТАВШИЙ ЭВЕРЕСТОМ