Приходилось применять и более странные и непривычные методы, вроде подрыва небольших зарядов взрывчатки внутри тангенциальных патрубков, приваренных снаружи к камере сгорания. Эти 'маленькие бомбы', как называли их инженеры, использовались, чтобы нарушить схему тяги выхлопа и измерить способность двигателя восстанавливаться после нарушения. Изменяя размер 'бомб', инженеры-испытатели могли создавать нестабильность различной интенсивности и оценивать способность двигателя восстанавливать стабильные условия.
(подробности по https://history.nasa.gov/SP-4206/ch4.htm)
Эта необычная процедура привела к огромной экономии времени и затрат, позволив отказаться от старых методов запуска сотен тестов двигателя для наработки требуемого количества полезной статистики. Вместо случайного поиска и ожидания момента возникновения нужных условий, стало возможно моделировать эти условия.
Способность искусственно подвергать инжектор F-1 сильным эксплуатационным нагрузкам в конечном итоге привела к созданию превосходной конструкции с отличными характеристиками демпфирования. Во время ранних тестов нестабильность, вызванная естественными причинами, продолжалась более 1600 миллисекунд, приводя двигатель в очень опасное состояние. По результатам отработки после намеренно вызванной нестабильности нормальный режим работы восстанавливался менее чем за 100 миллисекунд.
Конечный вариант включал в себя перепроектированные отверстия для впрыска окислителя и топлива для улучшения схемы распределения топлива, а также перестановки форсунок. Инжектор с перегородками, в отличие от типа с плоской поверхностью, был особенно эффективен при восстановлении режима горения во время преднамеренно инициированных испытаний на нестабильность. К разработке двигателя предъявлялись настолько строгие требования надёжности и безопасности, что для этих, казалось бы, незначительных изменений потребовалось около 18 месяцев. Лётная модель инжектора F-1 получила одобрение MSFC только в январе 1965 года. (см. там же)
— В этом году мы начнём строить монтажно-испытательный комплекс для ракет 'Сатурн' на острове Мерритт вблизи мыса Канаверал, — продолжил Джеймс Уэбб. — Это очень сложное сооружение высотой 165 метров, но оно позволит собирать гигантскую ракету в вертикальном положении. Русские, как вы знаете, собирают свои ракеты горизонтально, и ставят на стартовый стол при помощи специального установщика на железнодорожном ходу.
В пяти километрах от него, на берегу океана, в 1963-1966 гг. будут построены два стартовых комплекса для ракет 'Сатурн-5', в документах NASA они обозначаются как LC-39A и 39B. Еще два старта, LC-34 и LC-37B, планируется построить для ракет 'Сатурн-1' и 'Сатурн-1B'.
— Зачем мы всё это строим, если мы договорились запускать астронавтов на Луну вместе с русскими? — спросил Макджордж Банди. — Они предложили более дешёвый вариант, их ракета уже летает. Зачем мы будем тратить наши деньги, если их уже потратили красные?
— Нам нужен запасной вариант, Мак, — пояснил Линдон Джонсон. — Только на красных надеяться нельзя. Этот космический альянс с русскими слишком хрупок, он может развалиться в любой момент, по чисто политическим причинам. Никто не знает, что в следующую минуту придёт в лысую голову Хрущёву. Он может в любой момент объявить о разрыве сотрудничества, под любым политическим предлогом, например, из-за противопартизанских действий наших советников в Южном Вьетнаме. Это наиболее вероятная причина из сотен других. Если подобное случится на относительно позднем этапе программы, мы неминуемо проиграем, так как у противника всё будет готово, а нам придётся начинать с нуля.
— Есть и другая причина, — заметил JFK. — Если наши астронавты полетят на русской ракете и в русском корабле — для Америки это будет идеологическим поражением. С точки зрения идеологии идеальным вариантом были бы две отдельные, но постоянно и плотно координируемые программы, два отдельных полёта и встреча наших астронавтов с русскими космонавтами непосредственно на Луне, или, хотя бы, на орбите Луны.
— Тогда какой смысл вообще в этой совместной программе? — спросил Роберт Кеннеди. — Если мы не можем сэкономить, и нам всё равно приходится всё делать самим?
— Смысл очень большой, — ответил Джеймс Уэбб. — Принятая схема полёта к Луне с использованием носителя 'Сатурн-5' предполагает один пуск на полёт. Сама ракета 'Сатурн' — уникальная и очень дорогая, но схема, предложенная русскими, предполагает несколько подготовительных пусков. В сумме русская схема получается несколько дороже и сложнее, но она в итоге выгоднее, потому что предусматривает вывод долговременной орбитальной станции на орбиту Луны, при помощи стандартных ракет, выпускающихся серийно. Это позволит затем организовать планомерное исследование Луны, с созданием на её поверхности постоянно действующей научной базы, которую потом можно дополнить горнодобывающей техникой и производственными модулями.
И вот тут нам очень пригодится 'Сатурн-5', потому что он может выводить на отлётную траекторию к Луне намного больший груз, чем русская ракета 'Днепр'. Там, где русским придётся делать по несколько пусков, мы сможем обойтись одним.
— Вы несколько недооцениваете возможности красных, мистер Уэбб, — заметил фон Браун. — Они могут собрать в пакет до семи своих универсальных ракетных блоков. И если дополнят их водородной ступенью, грузоподъёмность такого носителя будет заметно больше, чем у 'Сатурна', возможно, даже около 200 тонн на низкую орбиту.
— Тогда у них будет работать одновременно 49 двигателей, — возразил Драйден. — У них будут проблемы с управлением, если несколько из них откажут. Тем более, в такой конфигурации русские ещё ни разу свою ракету не запускали.
— Так и 'Сатурн-5' ещё ни разу не летал, но мы же не сомневаемся, что он полетит, — усмехнулся немец. — У красных сейчас на редкость продвинутая электроника. Я полагаю, они сумеют сделать систему управления и постепенно довести грузоподъёмность своего носителя до двухсот тонн, пусть даже на это уйдёт лет десять. Собственно, до начала промышленного освоения Луны носители такой грузоподъемности вряд ли понадобятся.
— Хорошо, господа, а что у нас с лунным высадочным кораблём? — спросил президент.
(В реальной истории разработка лунного модуля сильно задержалась)
— У нас есть существенное продвижение по лунному модулю, — ответил Драйден. — Русские предложили интересное решение — универсальный посадочный модуль, который сможет доставлять на поверхность Луны и астронавтов, и грузы, и заодно служить разгонным модулем для перелётов между Луной и Землёй. (см. гл. 07-03). Специалисты Grumman Aircraft работают над ним вместе с русскими, с участием специалистов RocketDyne по двигателю. Этот ULM, как его назвали, (Universal Landing Module), разрабатывается в нескольких вариантах, с разными типами двигателей и размерами баков, под разные виды топлива, но все варианты имеют схожий общий дизайн.
Конечно, там ещё предстоит много работы, нужно сделать систему управления, систему жизнеобеспечения и прочие основные системы, но начало положено, и у нас есть достаточно универсальная рабочая концепция. Много времени приходится тратить на согласование технических параметров, используемых у нас, с параметрами, принятыми у русских. У них очень многое отличается, вплоть до метрической системы измерений, резьб, и всего прочего.
— С лунным модулем ещё предстоит немало повозиться, и проблемы придётся решать нетривиальные, — предупредил фон Браун. — Хотя бы уже потому, что его невозможно испытывать на Земле. Астронавтов нужно научить его пилотировать, при этом его управление непохоже на управление вертолётом или самолётом. Придётся строить специальный летающий стенд-тренажёр.
— Зачем? — заинтересовался Роберт Кеннеди. — Разве нельзя тренироваться на том же модуле, который потом полетит на Луну?
— В том-то и дело, что нельзя, — усмехнулся немец.
— Но почему?
— Гравитация. На Луне она в 6 раз меньше земной. Соответственно, тяга двигателей лунного модуля тоже в 6 раз меньше, чем необходима для взлёта с Земли с той же тяговооружённостью. Говоря проще, с таким двигателем на Земле LM даже взлететь не сможет, потому что он с самого начала рассчитан на лунную гравитацию.
Если поставить на тренажёр более мощный двигатель, он потребует намного больше топлива, масса конструкции увеличится, и её поведение будет слишком отличаться от модуля, который будет садиться на Луну. От таких тренировок толку не будет.
— Интересно... — тут уже заинтересовался и сам президент. — И как вы намерены решать эту проблему?
— Сам LM будем испытывать в космосе, на околоземной орбите. Отработаем всё, что можно, на стендах, проведём несколько пробных включений двигателя на Земле, но летать самостоятельно он сможет только в космосе, — пояснил фон Браун. — Но астронавтов ещё нужно научить на нём летать. Для этого, чтобы учить их в земных условиях, фирма 'Белл' строит специальный аппарат LLRV. Он будет оснащён турбореактивным двигателем, компенсирующим 5/6 его веса в условиях земного тяготения. (https://ru.wikipedia.org/wiki/Летательный_аппарат_для_отработки_лунных_посадок). На нём будут ещё два ракетных двигателя, работающих на перекиси водорода, и 6 малых двигателей, тоже на перекиси, для маневрирования по крену. Астронавтам предстоит научиться балансировать, по сути говоря, сидя на вершине реактивной струи. Это будет очень непросто, учитывая наличие ветра и турбулентности атмосферы. На Луне в этом плане тренироваться было бы даже легче.
— М-да, я даже не представлял, какие сложнейшие проблемы приходится решать учёным и инженерам, — задумчиво произнёс JFK. — Со стороны рядового обывателя всё выглядит довольно просто...
— А на самом деле в ракетной технике одна проблема подгоняет другую, — криво усмехнулся фон Браун.
Похожее обсуждение состоялось в начале 1963 года и в Кремле. Королёв и Келдыш доложили на НТС СССР о ходе совместной лунной программы:
— На текущий год мы ставим следующие основные задачи, — доложил Королёв. — Посадка на Луну автоматической межпланетной станции, получение фотографий микрорельефа Луны, подтверждение механических характеристик грунта, полученных ранее дистанционными методами. Измерение уровней температуры, освещённости и радиации на поверхности Луны.
Практическая отработка универсального посадочно-разгонного модуля УПМ (в АИ будет выполнять роль агрегатного отсека LM и разгонного блока 'Д' соответственно. https://ru.wikipedia.org/wiki/Семейство_разгонных_блоков_Д ). По её окончании мы получим разгонный блок, который сделает возможным следующий этап.
Беспилотный облёт Луны кораблём 7К-ЛОК, с выходом на её орбиту. Картографирование Луны с последующим возвращением спускаемого аппарата с плёнкой на Землю. Предварительное определение возможных мест посадки в будущих полётах. Уточнение радиационной обстановки на орбите Луны и на траектории перелёта к ней.
На околоземной орбите основными задачами остаются работа сменных экипажей на орбитальной станции 'Алмаз', вывод на орбиту военной ОПС 'Алмаз-2' и работа на ней сменных экипажей, выполнение задач фото— и радиоразведки. Параллельно в ОКБ-52 начата разработка дополнительных модулей к орбитальным станциям на базе космического корабля ТКС.
Отдельной задачей является выход человека в открытый космос, для проверки и отработки технических аспектов внекорабельной деятельности в космосе, проверки концепций, использованных при разработке вакуум-скафандров. Если выход пройдёт успешно, следующим этапом будет доставка на орбитальную станцию и установка дистанционно управляемого манипулятора. Он уже изготовлен и сейчас проходит наземные испытания в гидроневесомости на макете станции, — доложил Главный конструктор.
— Очень хорошо, — одобрил Хрущёв. — По ядерному двигателю и другим перспективным тематикам с использованием ядерной энергии поговорим в другой раз.
Под 'перспективными тематиками' в данном случае Первый секретарь имел в виду атомно-импульсный планетолёт, строившийся на заводе 23.
— Если можно, хотелось бы обсудить один вопрос, пересекающийся с перспективной работой товарища Челомея, — вставил академик Келдыш.
— Давайте обсудим.
— У нас имеются планы освоения Луны. Планы вполне конкретные, пусть и отдалённые. Планируется постройка космической верфи в точке Лагранжа. Плюс работы товарищей Бармина (лунная исследовательская база 'Звезда') и Челомея. Они потребуют вывода на орбиту очень тяжёлых грузов. У нас есть предложение, которое может упростить и удешевить выполнение данных задач, — теперь Королёв говорил коротко, рублеными фразами, стараясь как можно яснее донести суть предложения до всех собравшихся.
— Универсальный ракетный блок 'Днепр' выполнения этих задач не обеспечивает, — продолжал Главный конструктор. — На блоке установлены 7 двигателей РД-33. Чем больше используется блоков, тем больше двигателей будут работать одновременно. Управлять их работой становится всё сложнее. Максимально возможная компоновка 'Днепра' на данный момент — 'семиблок' с ещё разрабатываемой водородной ступенью. На его первой ступени получается 49 двигателей. Даже с имеющимся прогрессом в электронике добиться надёжной работы 49 двигателей одновременно — нереалистичная задача на ближайшие несколько лет.
За последние годы мы добились большого прогресса по твёрдым топливам. Разрешите пригласить для продолжения доклада товарища Надирадзе.
Александр Давидович Надирадзе поднялся с места, вышел к плакатной стойке и повесил на неё плакат, с изображённой на нём большой одноступенчатой твердопливной ракетой:
— Суть нашего предложения заключается в использовании в составе первой ступени разрабатываемых по заданию Главкосмоса и ГКНТ твердотопливных ускорителей большой мощности. Достоинство твердотопливного ракетного двигателя в простоте конструкции. У него нет сложных дорогостоящих агрегатов, вроде турбонасоса. После поджига он просто горит, развивая тягу, пока не выгорит до конца. После выгорания ускоритель может быть посажен на парашюте, лучше в воду, и затем использован повторно, если это предусмотрено его конструкцией.
По заданию ГКНТ мы провели предварительную конструкторскую проработку и подготовили эскизный проект твердотопливного ускорителя массой порядка 580 тонн, из которых 80 тонн приходится на конструкцию и чуть более 500 — на заряд твёрдого топлива, состоящий из смеси полибутадиена, порошкообразного алюминия и перхлората аммония, с дополнительными присадками для пластификации, продления срока хранения и так далее.
Длина ускорителя составляет порядка 45 метров, при диаметре средней части около 3,7 метра. В нижней части расположена стабилизирующая коническая 'юбка', в верхнем конусе — посадочный парашют и электроника системы управления, — рассказывая, Надирадзе показывал упоминаемые части на схеме лазерной указкой. — Расчётная тяга ускорителя на старте порядка 1200 тонн, на двадцатой секунде полёта тяга достигает приблизительно 1400 тонн, и далее снижается, для уменьшения аэродинамических нагрузок на выводимый аппарат, достигающих максимума в районе 50-52 секунды полёта. Предполагаемое отделение от выводимой нагрузки будет происходить на 122 секунде полёта, на высоте порядка 43 километров.
