Я.К. Голованов «Королев: Факты и мифы»
 
О.В. Гурко «О теплозащите ГЧ первых МБР»
Избранные места из книги Я.К.Голованова «Королев: Факты и мифы»
 
21 августа 1957 года в 15 часов 25 минут Носов (Александр Иванович Носов - начальник службы измерений на Байконуре, впоследствии - Герой Социалистического Труда, погиб 24.10.1960 г. при испытаниях ракеты Р-16), прильнувший к перископу, на весь бункер закричал: "Подъем!!" Контуры распахнувшихся ферм пошли легкими волнами, искажаясь в огненном вихре ракетного хвоста, жаркое солнце пустыни словно пригасло и перестало давать тень, а тень рождалась теперь новым, все быстрее и быстрее восходящим в зенит рукотворным светилом, сияние которого было сильнее блеска солнца. И на "площадке № 10", и на станции Тюратам, и далеко окрест люди услышали какой-то странный громоподобный треск, будто купол неба был сделан из крепкой голубой парусины и кто-то, невероятно сильный, раздирал эту парусину над твоей головой. И люди увидели ее - летящую ракету, а через несколько секунд стал заметен в небе огненный крест - знамение победы! - это отошли в стороны отработавшие "боковушки"...
 
Настал первый большой праздник на новом полигоне. Целый день изучалась, со всех сторон анализировалась информация, идущая с НИПов и доклады камчатских наблюдателей.
 
Павел Артемьевич Агаджанов, один из ветеранов командно-измерительного комплекса, в будущем - член-корреспондент АН СССР, лауреат Ленинской премии, вспоминал этот день:  Сергея Павловича очень интересовали результаты и качество измерений, полученные при полете ракеты. Было уже близко к полуночи, когда все необходимые материалы были представлены Королеву. Не тратя лишнего времени, он приступил к их просмотру и примерно в течение двух часов обсуждал полученные результаты измерений, оценивая "поведение" последней ступени на нисходящем участке траектории, выявлял особенности работы бортовых агрегатов и систем. Время пролетело незаметно. Был уже третий час ночи, но спать не хотелось - уж очень велик был душевный подъем. Сергей Павлович начал мечтать вслух, строить планы на будущее. Он говорил, что полет ракеты подтвердил правильность принятых технических решений и что ракета, после ее модификации, сможет вывести на орбиту искусственный спутник Земли...
 
Официального сообщения ТАСС не было долго: все мудровали, как и сказать и не говорить. Только 27 августа родился в муках этот безликий плод бюрократической тайнописи:
 
"На днях (когда? - Я.Г.) осуществлен запуск сверхдальней, межконтинентальной многоступенчатой ракеты (строго говоря, было полторы ступени, ну, можно сказать, две. Но "две" это не "много" - это "две"); Испытания ракеты прошли успешно (полуправда, об этом  ниже). Они полностью подтвердили правильность расчетов и выбранной конструкции. Полет ракеты происходил на очень большой (какой?), еще до сих пор недостигнутой высоте. Пройдя в короткое время (какое?) огромное расстояние (какое?), ракета попала в заданный район (куда?)".
 
Ну, разве это не талант - весь мир испугать и ничего не сказать?
 
Успех был действительно большой. Что ни говори, а ракета уникальная.
 
Шутка ли - стрельнуть из казахских пустынь по Камчатке! Ракета доказала, что летать она умеет, но она не была еще боевой ракетой. И Королев это понимал. Понимал, что немалый труд предстоит еще, чтобы превратить ее в боевую.
 
Агаджанов не случайно подчеркивает в своих воспоминаниях, что Королева особенно интересовало "поведение" последней ступени на нисходящем участке траектории. Можно больше сказать: ничто в этом полете не интересовало его так сильно. А если быть точным, интересовала его не последняя ступень (она же - вторая), а БЧ  боевая часть  так именовалась "голова" ракеты. Дело в том, что БЧ до Камчатки хоть и долетела, но можно считать, что и не долетела, поскольку разрушилась, когда стала входить в плотные слои атмосферы. И Королев знал, что не долетит, не может долететь.
 
Когда за несколько лет до этого пуска Иван Савельевич Прудников, который возглавлял в ОКБ исследования по входу "головы" в атмосферу, показал ему расчеты своих ребят, Королев сразу увидел главное: чтобы сохранить "голову" нужна теплозащита толщиной чуть ли не в метр и весом в семнадцать тонн. Ясно, что это глухой тупик. 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 его намертво, так, что он и шагу вперед не сделает. Первые работы ОКБ по входу БЧ в атмосферу датируются 1952/53 годом - ни о какой "семерке" и разговора не было. И с той поры отдел Прудникова находился под постоянным личным контролем Главного конструктора.
 
Мало кто знал тогда, что Королев заботится не только о БЧ, но и о будущих аппаратах, которые потребуется спускать на Землю из космоса, о Возвращении Человека.
 
Та теплозащита, которая спасала первые баллистические ракеты Королева, "семерку" уже не спасет: температура за ударной волной достигала 8000 градусов. Не существовало в природе материала, который мог бы выдержать такой жар.
Американцы тоже знали, что рано или поздно они столкнутся с проблемой теплозащиты. Пионер американской ракетной техники Теодор фон Карман, тот самый, которого осенью 1945 года мельком видел Королев в Куксхафене, когда англичане в своей зоне устроили показательный пуск Фау-2, писал по этому поводу: "Вход в атмосферу..., вероятно, одна из наиболее трудных задач, которую можно себе представить... Решением этой задачи заняты лучшие умы из тех, кто работает в данной области современной аэрофизики".
 
Американцы всегда были отличными экспериментаторами, но тут даже "лучшие умы" зашли в тупик. Они упорно старались сконструировать теплозащиту из толстой красной меди, все надеялись, что удастся подобрать такой материал, который сумеет впитать в себя эти колоссальные потоки тепла и спасти конструкцию от разрушения. Мы, по счастью, сразу нашли свой путь и, надо сказать, в решении этой проблемы ушли далеко вперед. Наши специалисты поняли, что поиски материала с невероятной теплоемкостью  это ловля сказочной жар-птицы. Надо, чтобы материал "головы" нагревался, испарялся и уносил это тепло вместе с собой. Совершенно другой принцип: не поглощать, а отбрасывать! Не защищать, а спасать, жертвуя собой!
Королев наладил теснейшую связь с лабораторией Георгия Ивановича Петрова, которая была организована в том самом, уже столько раз помянутом в этой книге РНИИ, научным руководителем которого стал теперь Мстислав Всеволодович Келдыш. Лаборатория Петрова, отдел Прудникова, несколько других групп аэродинамиков, материаловедов и прочнистов упорно бились над решением этой сложнейшей научно-технической задачи. И все-таки к моменту запусков первых "семерок" работы эти еще не были завершены.
 
Королев понимал, что "голова" разрушится, но об этом все должны знать заранее, чтобы это не стало неожиданностью, не породило ненужных кривотолков. Прилетев на несколько дней в Москву после второй неудачи с "семеркой", Королев на президиуме ученого совета НИИ-88 делает доклад о прочности БЧ, популярно объясняет, что, если головная часть ракеты долетит целехонькой до Земли - это очень плохо, поскольку будет противоречить всем нашим знаниям по аэродинамике и теории теплопередач.
- Мы испытываем пока ракетоноситель, а не оружие, - подчеркивал Сергей Павлович.
 
Только в будущем 1958 году Королев научится "спасать голову". Но чтобы научиться этому, он хотел знать уже сегодня, как все происходит там, в стратосфере, насколько похожа горящая, как метеор, "голова" на те оплавленные болванки, которые показывали ему после опытов в сверхзвуковых аэродинамических трубах? Впрочем, и труб-то таких, которые точно могли бы смоделировать невероятную скорость потока, тогда еще не было.
 
Камчатское ракетное стрельбище  полигон-финиш под командованием энергичного полковника Павленко - размещался в безлюдном районе полуострова, населенного маленькими злыми медведями, не боящимися человека, поскольку редкие охотники забредали сюда. Позднее, уже в начале 1960 года, для испытаний межконтинентальных ракет был определен, наверное, еще более безлюдный район в самом центре Тихого океана, расположенный в 12 500 километрах от Тюратама. Ближайший кусочек земной тверди - атолл Пальмира - находился лишь в 270 милях к востоку от этого места. Время пусков и точные координаты сообщались заранее, чтобы оттуда успели уйти (если они там были) случайные рыбаки или владельцы частных яхт, на смену которым спешили снаряженные всевозможной техникой американские наблюдатели в надежде что-нибудь разглядеть, а даст бог - и что-нибудь выловить. Но это было уже через два с половиной года после первого пуска. А пока стреляли по Камчатке.
 
Когда с места падения ракеты пришла шифровка, удостоверяющая, что ракету, а точнее, некий метеор в небе действительно наблюдали, но никаких осколков на Земле не нашли, Королев пришел в неописуемую ярость.
- Что, значит "не нашли"?! Это что: иголка в стоге сена?! Я требую снять Павленко как несправившегося! - кричал он на Госкомиссии, и глаза его горели от гнева.
 
Тут не выдержал начальник полигона генерал Нестеренко:
- Да что же это такое?! - взорвался Алексей Иванович.  Я тридцать лет в армии и не слышал, чтобы так разговаривали! Кто дал вам право командовать военными?! Павленко носит погоны...
- Мы снимем с вас погоны! - как мальчишка, по-петушиному выкрикнул вдруг Рябиков (Василий Михайлович Рябиков - председатель спецкомитета при Совете Министров СССР, был председателем Госкомиссии по испытаниям Р-7) ...
 
Толку от этой перепалки не было никакого. Засечь точный момент и координаты разрушения "головы" при уровне тогдашней техники было невозможно. Что же касается каких-то долетевших до земли обломков, то быстро нашлись любители занимательной математики, которые подсчитали, что относительные размеры головной части в сравнении с площадью полигона на несколько порядков меньше, чем размеры иголки, в сравнении со стогом сена. А если учесть, что местность была воистину богом перепаханная: вулканы, горы, распадки, речки, ручейки, болота и все это заросло непроходимой тайгой, причем не просто тайгой, а тайгой камчатской, более похожей на тропический, чем на северный лес, то станет ясно, что поиски были обречены на неудачу.
 
Но Королев ничего не хотел слушать: ему были нужны осколки и они должны быть доставлены, даже если упали на Луну. Он настоял на создании специальной комиссии по поискам останков "головы", в которую вошли и военные, и штатские, в том числе - два молодых сотрудника его ОКБ.
- Учти, - сказал он одному из них - Андрею Решетину, - если не найдешь - не возвращайся. Так и живи там на вулканах...
 
Когда комиссия прибыла на место, не разжалованный, но крепко битый Павленко, объяснил, что во время финиша ракеты здесь была гроза, стояла плотная низкая облачность и разобраться в тех "небесных огнях", которые они засекли, практически невозможно. Снова начали прочесывать тайгу. Решетин каждый день звонил Королеву и докладывал о результатах. Точнее, об отсутствии таковых. Королев только сопел в ответ. Он уже понял, что ничего не найдут и людей он зря мучает. Поэтому был очень рад, когда однажды Андрей доложил, что нашли кусок шпангоута, сантиметров тридцать, который никакого отношения, по его мнению, к головной части не имел и уж, во всяком случае, ничего о разрушении ее рассказать не сможет.
- Молодцы! - бодро прокомментировал Королев. - Но смотрите, вторую не прозевайте...
 
Следующий пуск "семерки" 7 сентября 1957 года прошел, как и предыдущий, без замечаний: огромная машина научилась летать. Время старта выбиралось теперь так, чтобы на Камчатке удобно было разглядеть финиш. Оседлав безлесную вершину горы Лызык, наблюдатели со своими теодолитами заметили в полночь яркую, быстро летящую звездочку  это был корпус ракеты, горевший в лучах уже невидимого с земли солнца. Потом возник всполох и красной трассой прошел метеор  это была "голова". Засекли, что разрушение произошло на высоте около 11 километров, рассчитали траекторию падения, но целая неделя потребовалась, чтобы отыскать на берегу маленькой болотистой речушки воронку, на дне которой в жидкой грязи покоились обломки БЧ...
 
О.В.Гурко О теплозащите ГЧ первых МБР
 
Проблема аэродинамического нагрева, поставленная передо мной, носила принципиальный характер, определяющий перспективность ракет дальнего действия, так как считалось, что ее головная часть может сгореть в атмосфере. В критической точке развивалась температура до 10 000° С, т.е. практически тело испарялось. Мои коллеги даже посмеивались надо мной.
 
Логика выбора способа предохранения от сгорания тел, летящих с высокими скоростями в атмосфере, была следующая. Решение проблемы аэродинамического нагрева я начал с изучения падения метеоритов. Их встреча с Землей происходит в диапазоне скоростей от 15 км/с (догоняющие) до 75 км/с (встречные). Для космических аппаратов этот диапазон колеблется от 8 км/с до 16 км/с, головные части имеют скорость примерно 6 км/с. Для метеоритов тепловые потоки в тело так велики, что тепловой процесс (нагрев, плавление, испарение) происходит в пленке толщиной менее 1 мм. При падении на Землю метеорит уже холодный. Для головных частей МБР тепловые потоки выше, чем в ЖРД.
 
В критической точке температура достигает десятка тысяч градусов. Это была первая информация о воздействии набегающего потока. Затем я стал усиленно знакомиться с охлаждением новых ЖРД и в том числе с ЖРД Фау-2. Там критическое сечение дополнительно охлаждалось через отверстия, в которые поступал охладитель. Но это была уже другая физическая картина охлаждения, т.е. именно охладитель снимал тепло, а в метеоритах кинетическая энергия набегающего потока преобразовывалась в тепловую, хотя некоторая доля этого процесса в ЖРД присутствует. В-третьих, у меня давно была информация о том, как охлаждают воду на Востоке. Воду помещают в пористый кувшин и ставят на солнце. вода просачивается через поры, испаряется и за счет теплоты испарения вода в кувшине на солнце охлаждается. Используя всю эту информацию, я пришел к идее испарительного охлаждения. которая состоит в организации вертикального потока газа от стенки (например, испарения или подачи его через поры тела), изменяющего эпюру скоростей у стенки и нарушающего преобразование кинетической энергии набегающего потока в тепло. Эту идею я сформулировал примерно в 1952 г. после получения задания от М.К. Тихонравова. В период с 1952 по 1953 гг. мы сИ.М. Яцунским разработали основы теории такого способа и метод расчета.
 
Проведенные расчеты показали, что при ничтожно малых расходах «смазывающего» газа резко падает нагрев. Требовалось экспериментальное подтверждение этих результатов.
 
Мной была разработана методология этих сложных экспериментов, проводимых впервые. Весной 1953 г. была изготовлена конусная пористая модель (державка) с теплоизоляцией, что принципиально для составления теплового баланса модели, установка питания охладителем (водой) модели с регулированием и измерением его расхода. Пористые модели мне помог получить В.Н. Галковский, используя свои производственные связи. Он работал в КБ на заводе НИИ-4. После этого я попросил М.К. Тихонравова перевести его в нашу группу.
 
Особенно трудно было создать метод измерения мизерных расходов воды. Я объездил все соответствующие организации, был в Палате мер и весов. Мне сказали, что такие расходы измерить нельзя. Тогда я сам придумал такой способ и сам сделал измерительную аппаратуру. Упорно не верил в этот способ измерения расхода И.М. Яцунский и поверил только тогда, когда прошла тарировка аппаратуры, показавшей высокую точность измерений. Эксперименты проводились в НИИ-1 МАП в лаборатории члена- корреспондента АН СССР Г.И. Петрова при участии механика аэродинамической трубы Али Калимулина при температуре торможения +800° С, расходе воды 0,02 г/см^/мин (т.е. модель была едва сырая), при температуре подаваемой воды в пористую модель +14° С; термопары, установленные на поверхности конусной модели, показали температуру -5° С. Эффект был настолько ошеломляющим, что мне не поверили, и по заданию Г.И. Петрова эксперименты были проведены повторно. Результаты их подтвердились.
 
В НИИ-1 меня вызвали в сектор аспирантуры и предложили подать документы для поступления в аспирантуру по рекомендации Г.И. Петрова. Но этого ему показалось мало, и он добился письма от замминистра МАП к замминистру МО о моей срочной демобилизации и переводе для постоянной работы в НИИ-1 или о длительном прикомандировании к этому институту. Хочу подчеркнуть, что Георгий Иванович Петров на всю жизнь остался для меня идеалом ученого и замечательного человека. В это же время в нашем НИИ-4 МО на меня была составлена отрицательная служебная характеристика о совершенной непригодности к научной работе и о переводе меня в строевую часть. В это время в НИИ-4 МО пришло письмо от замминистра обороны маршала СССР И.С. Конева с блестящей оценкой моих научных способностей. Конфуз получился порядочный. Ответ был такой: демобилизовать не можем, он нужен НИИ-4, а прикомандировать можно всего на три дня, ввиду его чрезвычайной занятости.
 
Проблема спасения головных частей МБР и КА, спускающихся с орбит, была решена. Теперь на их поверхность наносится испаряющаяся (сублимирующая) обмазка, работающая по той же схеме, которая была исследована нами в НИИ-1 МАП. Выбор пористой модели был удобен для этих экспериментов, а кроме этого, для космических многоразовых аппаратов, особенно с высоким аэродинамическим качеством, где обгорание недопустимо, могут использоваться пористые поверхности, и форма аппарата меняться не будет. Кромки могут охлаждаться струей охладителя высокого давления через щелевые отверстия в кромках аппарата.
 
Для уточнения методики определения последствий вдува охладителя в пограничный слой в НИИ-4 в рамках отдела и нашей группы была создана группа под моим руководством для реализации предложенного мной нового метода исследования пограничного слоя со вдувом охладителя в трубах без подогрева до М-4 на пористых моделях с использованием метода Теплера (метода изофоты) в 1954-1955 гг.
 
В группу входили следующие научные сотрудники: инженер- капитан А.А. Чинарев (будущий генерал и начальник управления 50-го ЦНИИ МО), Г.А. Колегов, 3.С. Гречкина, а также механик аэродинамической трубы А.М. Тюленев и техники В.Я. Якимычева, 3. Андросова, Л. Чуклуева.
 
Целью экспериментов было непосредственное получение эпюр скоростей и выявление влияния на них расхода вдуваемого охладителя. Обработка результатов велась на стационарном измерительном микроскопе УИМ-21. Зоя Сергеевна Гречкина впервые в НИИ-4 разработала программу обработки результатов на ЭВМ. Расчеты велись в ВЦ на Хорошевском шоссе. Эти эксперименты полностью подтверждали предыдущие. Достаточно длительные эксперименты на моделях разной формы показали хорошее совпадение с расчетными результатами. Исследования велись очень напряженно и круглосуточно, в две смены.
 
Особое внимание было уделено непосредственному измерению эпюр скоростей в пограничном слое при вдуве в него воздуха через пористую оболочку модели и их измерения в зависимости от расходов вдуваемого воздуха......
 
на основе доклада "От школьного кружка к участию в создании первых искусственных спутников Земли " Политехнические чтения. Начало космической эры. Выпуск 3.-М.:Знание, 2003.стр 35
 
Первоисточник:
О теплозащите ГЧ первых МБР