Пятьдесят лет в космической баллистике

Над решением проблемы «обучения летному искусству» составной ракеты типа «пакет» работали все члены нашей группы. Здесь уже, естественно, эта проблема рассматривалась применительно к межконтинентальной баллистической ракете «пакетной» схемы с дальностью стрельбы 8…10 тысяч километров. В первую очередь рассматривались новые для ракетостроения особенности «пакетной» схемы, которые ранее совершенно не исследовались.

Члены «группы Тихонравова»: (стоят, слева направо) Г. М. Москаленко, О. В. Гурко, И. К. Бажинов; (стоят) В. Н. Галковский, Г. Ю. Максимов, Л. Н. Солдатова, М. К. Тихонравов, И. М. Яцунский

При обсуждении докладов М. К. Тихонравова на НТС НИИ-4 в 1948 году и в марте 1950 года на конференции в НИИ-4 наиболее «яркие» критические замечания касались: старта «пакета» («пакет» не взлетит из?за интерференции газовых струй двигателей; «пакет» опрокинется из?за разности тяг двигателей составляющих ракет); участка разделения ступеней («пакет» сгорит при переливании топлива или разрушится при отделении вспомогательных ракет из?за столкновения с основой), управления полётом (такая мало аэродинамичная конструкция — доска «не пройдёт» через атмосферу, не удастся «погасить» возмущения при разделении и обеспечить требуемую точность стрельбы). На все эти вопросы (да мы знали и другие «слабые» места) требовалось найти ответы.

Во второй половине 1951 года наша группа пополнилась двумя новыми сотрудниками. Игорь Константинович Бажинов (самолетчик) и Олег Викторович Гурко (двигателист) только что окончили МАИ, были приверженцами идей Михаила Клавдиевича и целенаправленно пробили себе дорогу в группу Тихонравова. Они вместе с нами включились в решение всех вопросов.

С приходом И. К. Бажинова и О. В. Гурко у нас в НИИ-4 окончательно сформировался коллектив, известный в ракетно — космической науке как «группа Тихонравова». Отсутствие на фотографии автора этих строк объяснится какими?то неизвестными автору «объективными» причинами.

Особо следует отметить, что наши разработки, касающиеся обоснования возможности создания межконтинентальной баллистической ракеты, выполнялись с учетом перспективы использования этой ракеты для вывода космических аппаратов на орбиту искусственного спутника Земли. Поэтому многие из них следует рассматривать «вкладом» как в ракетную, так и в космическую баллистику.

В задаче обоснования возможности создания составной жидкостной межконтинентальной баллистической ракеты, предназначенной к использованию её как боевого оружия, должна быть решена еще и совершенно новая проблема для такого класса ракет — проблема изыскания способа уменьшения рассеивания точек падения боевой части, обусловленного погрешностями исполнения команды на окончание активного участка полета — которую предстояло решать мне.

Чтобы понять суть этой проблемы, необходимо рассмотреть задачи, возникающие при переходе от стрельбы «обычными» ракетами к стрельбе межконтинентальными ракетами.

В начале 1950–х годов наши отечественные баллистические ракеты имели наибольшую дальность полёта около 600 километров. Переход же на межконтинентальные ракеты с дальностью стрельбы порядка 10 тысяч километров, то есть увеличение дальности стрельбы более чем в 15 раз, ставил перед разработчиками ряд трудно — разрешимых задач, обусловленных столь резкими изменением дальности стрельбы. Так, начальный вес ракеты необходимо было увеличить (при переходе на двухступенчатую схему) более чем в 13 раз (здесь, конечно, играет роль, и вес боевой части). Кроме того, такой переход при тех же принципах управления приводит к увеличению рассеивания. Если увеличение веса ракеты есть естественное следствие достижения больших дальностей стрельбы и на настоящем уровне ракетостроения альтернативы не имело, то существенное увеличение рассеивания было принципиально недопустимо, ибо «допустимое» рассеивание определяется только размерами поражаемых целей и не зависит от дальности.

Таким образом, одной из проблем на пути создания межконтинентальной баллистической ракеты оказалась проблема уменьшения рассеивания. Задача довольно сложная. Если ошибка скорости в конце активного участка один метр в секунду на дальности 600 километров даёт отклонение от цели 0,4 километра, то для межконтинентальной ракеты это отклонение составит около 6 километров. Следовательно, для получения тех же точностей стрельбы, что и у существующих ракет, необходимо повысить точность реализации параметров конца активного участка (в пересчете на скорость) в 15 раз. Это ещё в предположении одинаковых ошибок в конце активного участка. В действительности при той же системе управления эти ошибки будут ещё больше.

Как же решить эту проблему? Имеется два фактора, используя которые можно добиться успеха. Очевидно, что наиболее просто эта задача решается, если систему управления строить так, чтобы в конце активного участка она вырабатывала команду, обеспечивающую поражение цели при условии мгновенного выключения двигателей. Тогда (при пренебрежимо малых погрешностях пассивного участка полёта) рассеивание будет определяться только погрешностями системы управления и, следовательно, выбрав соответствующим образом, параметры системы управления, можно будет обеспечить требуемую точность стрельбы. Но мгновенно двигатель выключить невозможно, процессы догорания топлива приведут к значительным погрешностям в конечной скорости и увеличению рассеивания.

Во избежание этого на практике переходят на ступенчатое выключение двигателя. Вначале вырабатывается команда на существенное уменьшение тяги, а затем, когда стабилизируется малый режим работы двигателя, вырабатывается команда на окончательное его выключение. И в этом случае, конечно, двигатель мгновенно не выключается и будет ещё некоторое время работать в неустановившемся режиме, пока не завершится догорание остатков топлива, и, как следствие, ракета получит какой?то дополнительный импульс — «импульс последействия». Однако в этом случае проблема уже разрешима, так как сам импульс последействия будет значительно меньше. Если при выборе команды на окончательное выключение двигателя учесть среднее значение импульса последействия и обеспечить, чтобы величина отклонения действительного импульса от принятого среднего значения для каждой ракеты не превосходила ошибок, обусловленных работой системы управления, то, очевидно, цель будет достигнута.

Использование ступенчатого выключения двигателей при окончании активного участка у межконтинентальной баллистической ракеты не обеспечивает возможности сделать ошибки, обусловленные разбросом импульса последействия, меньше, чем ошибки системы управления. Теперь оказалось, что разброс импульса последействия является основным, доминирующим фактором и требуемую точность поражения цели обеспечить не удаётся.

Таким образом, проблема достижения требуемой точности стрельбы имела два аспекта: необходимо было либо найти такие пути управления движением ракеты на активном участке, чтобы ошибки в выработке команды на выключение двигателя в конце активного участка находились в требуемых пределах, либо обеспечить условия, при которых отклонения точек падения боевой части за счет разброса импульса последействия были бы меньше, чем отклонения, обусловленные погрешностями системы управления. Естественно, что при этом требовалось учитывать существующие технические возможности реализации предлагаемых методов парирования возмущений.

Мне предстояло найти способ парирования влияния разброса «импульса последействия». Проанализировал все традиционные пути, но решения не было видно. Конечно, можно было эту проблему переадресовать двигателистам, поставив требование уменьшить разброс импульса последействия до требуемых пределов. Однако Михаил Клавдиевич, да и мы все, понимали, что это не выход. Уж очень сложной казалась задача добиться исключительно высокой (как это требовалось в данном случае) точности в величине импульса последействия при неустановившемся режиме догорания остатков топлива. Надо было искать другие подходы.