Космический корабль 'Север' оказался тяжелее несостоявшегося в этой реальности 'Востока', и его пришлось запускать сначала на трёхступенчатом варианте Р-7, а затем — на более мощном 'Союзе-2.3', собранном из трёх первых ступеней глобальной ракеты ГР-1, по сути удлинённых первых ступеней Р-9 с двигателем РД-33. 'Союз-2.3' имел неплохой запас по грузоподъёмности, что позволяло запускать более тяжёлые АМС, но вывести 'Север' на отлётную траекторию он не мог. Зато это мог сделать новый средний носитель 'Днепр', выводивший на низкую орбиту 28 тонн. Чтобы ещё больше увеличить его грузоподъёмность, КБ-1 Королёва и воронежского ОКБ-154 Семёна Ариевича Косберга совместно разрабатывали вторую ступень на кислород-водородном топливе. Параллельно двигателями на жидком водороде занимались в КБ-2 НИИ-88 под руководством Алексея Михайловича Исаева.
ОКБ-456 Глушко было по уши загружено множеством проектов, и Валентин Петрович наотрез отказался взваливать на себя ещё и водородную тематику. Специалисты КБ-2 под общим руководством Исаева отрабатывали на стендах конструкцию кислород-водородного двигателя, получившего обозначение РД-10, с тягой чуть менее 7 тонн (6800 кг, примерный аналог двигателя RL-10). В ОКБ-154 у Косберга делали более мощный двигатель, с тягой около 100 тонн. (104 т, аналог двигателя J-2. Едва ли удастся, не имея никакого опыта, сразу замахнуться на аналог 200-тонного РД-0120)
Разработка шла тяжело и сложно. Мешало общее технологическое отставание советской химической промышленности. Из всех типов горючего жидкий водород обеспечивал наибольший удельный импульс, то есть, эффективную скорость истечения, которая определяет эффективность ракетного двигателя в целом. Температура горения кислород-водородной смеси была даже ниже, чем при горении керосина в кислороде, что несколько снижало напряжённость теплового режима, в котором работали конструкционные материалы двигателя. Что было особенно важно для Королёва — водород не ядовит, в отличие от гидразина, НДМГ, тетраоксида азота и других особенно 'ядрёных' компонентов ракетных топлив. От аварии носителя не застрахован никто, на этапе отработки новых ракет взрывов было множество. Сергей Павлович категорически отказывался запускать космонавтов на носителях с ядовитыми компонентами топлива, хотя знал, что и американцы уже в ближайшем будущем, и китайцы в более дальней перспективе будут летать на ракетах, использующих аэрозин или несимметричный диметилгидразин. Свою позицию он объяснял на совещаниях НТС просто и убедительно:
— В ракете сотни тонн топлива, а то и тысячи. Случись что — потравятся и космонавты, и наземный персонал космодрома, и спасатели. Оно нам надо?
В более приватных беседах с Хрущёвым, Косыгиным, Келдышем, Бартини, Серовым и другими 'посвящёнными' вскоре после 'большого космического штурма' 1961 года Королёв высказывался ещё более резко:
— В октябре 1960 мы только чудом не угодили в адское пекло. По краю прошли. Только благодаря предупреждению Веденеева и грамотным действиям Ивана Александровича Серова. Иначе не было бы сейчас в живых ни Неделина, ни Гришина, ни десятков высококвалифицированных специалистов из ОКБ Янгеля и из персонала космодрома. У нас, к сожалению, технический уровень в целом, уровень производственной дисциплины, да и общий уровень дисциплины на космодроме пока что заметно отстаёт от тех же американцев. От аварий и катастроф не застрахован никто, но, по статистике, у нас в 'той' истории происшествий было больше — из-за раздолбайства на всех уровнях, от слесаря до главкома РВСН. Если не согласны со мной — можете меня отстранять нахрен, но, пока я жив, космонавты на 'вонючке' в космос не полетят.
Позиция Главного была понятна и обоснована, но для использования жидкого водорода предстояло решить множество проблем. Прежде всего, чтобы перевести водород в жидкое состояние, нужно было обеспечить очень низкую температуру и удерживать её в очень узком диапазоне. Температура кипения водорода — минус 252,87 С, а температура плавления — минус 259,14 С. Получение жидкого водорода в больших количествах, измеряемых десятками и сотнями тонн, было той ещё задачей. Топливные баки для жидкого водорода приходится делать в виде гигантских термосов, защищая металлические стенки многослойной теплоизоляцией из полимерных материалов (полуиретановый сотовый наполнитель + несколько слоёв защитных полимерных покрытий). Баки из-за этого получаются тяжёлыми. Что ещё хуже, из-за очень малой плотности жидкого водорода баки для него имеют очень большой объём. В среднем, вес конструкции ракетной ступени, приходящийся на 1 кг топлива, оказывается для кислородно-водородного топлива на 40% большим, чем для кислородно-керосинового. Этот недостаток с избытком компенсируется высоким удельным импульсом кислородно-водородных ЖРД. (см. http://wmpt.narod.ru/zz6.htm)
Из-за малого размера молекул и растворимости во многих металлах водород имеет свойство просачиваться сквозь стенки баков. Это не только ведёт к потерям горючего, но и создаёт пожароопасную атмосферу, при том, что смесь водорода с воздухом очень взрывопожароопасна и может воспламениться от малейшего разряда статического электричества. В теплоизоляции водородных баков 'Сатурна-5' содержится воздух. При заполнении бака жидким водородом воздух в порах теплоизоляции сжижается, из-за чего тепловое сопротивление изоляции падает. Поэтому в теплоизолирующем слое были предусмотрены каналы, через которые продували гелий, для удаления воздуха из изоляционного слоя (см. http://wmpt.narod.ru/zz6.htm). В общем, уже из этого краткого описания было ясно, что освоение жидкого водорода потребует несколько лет напряжённой работы. Решать проблемы предстояло не только с конструкцией самого двигателя, но и с конструкцией всей ступени или разгонного блока в целом.
Как только были приняты основополагающие решения по совместной лунной программе, включавшие в себя разработку универсального посадочного модуля и схожего с ним по конструкции разгонного блока, в начале 1962 года Сергей Павлович предложил план пилотируемого облёта Луны:
— Аргументы очень простые. Нам всё равно надо будет отрабатывать и УПМ, и водородные верхние ступени носителя. Первые пуски так или иначе будут беспилотными. Вот в них и будем проводить отработку.
Полезная нагрузка — лунный орбитальный корабль, у нас, фактически, уже есть. Он неоднократно летал на орбиту, в самых разных вариантах конфигурации — и без орбитального отсека, как 'Север', и с орбитальным отсеком и увеличенным запасом топлива, как 7К-ЛОК. Мы можем это сделать, значит, это нужно сделать.
(В реальной истории 7К-Л1 'Север' в беспилотном варианте 4 раза облетал Луну под обозначениями 'Зонд-5', 'Зонд-6', 'Зонд-7', 'Зонд-8', с использованием трёхступенчатой РН 'Протон-К' и блоком 'Д' для довыведения и разгона)
В беседе с Первым секретарём Королёв раскрыл свой замысел более подробно:
— В 'той' истории мы вышли на этап возможности облёта слишком поздно. Поздно появился 'Протон', потеряли много времени на подготовке полётов 'Восходов', вместо того, чтобы заниматься 'Союзом', поздно начали работать над стыковкой. Из-за постоянного запаздывания не было времени на отработку матчасти, пытались хоть как-то догнать американцев, из-за этого было слишком много аварий, в итоге программу облёта отменили из-за недостаточной надёжности корабля и носителя. Вполне допускаю, что в той обстановке решение об отмене было правильным, тем более, 21 декабря 1968 г 'Аполлон-8' не просто облетел Луну, а сделал 10 витков по лунной орбите.
Но если выйти на облёт Луны не к концу 1968, а в 1963 или 1964 году, даже облёт без выхода на орбиту Луны будет восприниматься как весомая политическая победа Советского Союза. И для подобного облёта у нас уже почти всё готово.
— Почти? — уточнил Хрущёв.
— Да. Не готовы водородная вторая ступень для 'Днепра', и водородный УПМ, который мы хотели использовать как разгонный блок. Но 'Днепр' выводит большую полезную нагрузку, чем в 'той' истории выводил 'Протон'. Сейчас мы доделываем разгонный блок 'Д', который позволит отправить по облётной траектории корабль 'Север'.
(В реальной истории блок 'Д' разрабатывался с 1962 г как пятая ступень РН Н-1, для обеспечения маневрирования вблизи Луны и возвращения на Землю, но был использован в качестве разгонного блока для РН 'Протон' в запусках 'Зонд-5...8' и АМС 'Луна-15...24'. В АИ работу над ним начали раньше, т. к. его предполагалось использовать как прототип УПМ)
— Так если 'Днепр' уже выводит больше, зачем ещё нужен этот блок? — поинтересовался Никита Сергеевич.
— 'Днепр' выводит на низкую орбиту на 8 тонн больше 'Протона'. Этого недостаточно, чтобы разогнать корабль 'Север' до 2-й космической скорости, — пояснил Королёв. — Но этого с запасом хватит, чтобы поднять 'Север' и ещё примерно 15 тонн топлива в баках блока 'Д'. Этого топлива уже хватает, чтобы разогнаться до 11,2 километров в секунду и выйти на отлётную траекторию к Луне, облететь её по вытянутому эллипсу и вернуться.
В ходе полёта мы сможем отработать вход в атмосферу со 2-й космической скоростью и сфотографировать Луну, чтобы найти место для посадки 'Лунохода', а уже он сможет подобрать подходящую для высадки и организации долговременной базы площадку. Следующим этапом, как только будет готова водородная ступень и УПМ на водороде, их можно будет отработать в беспилотных и пилотируемых выходах на орбиту Луны.
Заодно проведём ещё несколько серий замеров радиационной обстановки на трассе полёта и вблизи Луны. Те замеры, что делали предыдущие 'Зонды', мы, конечно, учитываем, но в этом деле чем больше данных, тем надёжнее. Радиация Солнца непостоянна, она то и дело меняется, а данных о ней за пределами радиационных поясов Земли у нас пока совсем мало.
— Вот теперь понятно, — кивнул Первый секретарь. — То есть, эти полёты — часть отработки по лунной программе, а пилотируемый облёт — своего рода побочная возможность, примерно как было с первым спутником?
— Ну... можно и так сказать, но для лунной программы пользы от такого облёта будет намного больше, — Королёв настаивал, пытаясь убедить Никиту Сергеевича.
С водородом пока получалось плохо. Дело было даже не в двигателях. Двигатели как раз работали на стендах, и с каждым испытательным стендовым запуском показывали всё более устойчивые результаты. Проблемы были с водородными ступенями для 'Днепра'. Промышленность ещё только осваивала некоторые полимеры, вроде поливинилфторида и нейлоно-фенольные композиты, а также клеи, необходимые для собирания всего этого 'бутерброда' в единое целое, а идея сотового пенополиуретанового покрытия с каналами для продувки его гелием и вовсе вызывала у директоров заводов состояние, близкое к микроинфаркту.
Если с блоком 'Д' всё было более или менее понятно, то с водород-кислородным УПМ у проектантов никак не получалось уложиться в требуемые массы. Те самые 'на 40% тяжелее' для водородных баков увеличивали массу УПМ, близкого по характеристикам к блоку 'Д', но требовавшего баков большего объёма. Нарастающая как снежный ком масса уже не укладывалась в грузоподъёмность носителя. Королёв распорядился готовить испытательный старт 'трёхблока' 'Днепр-Т3', с тремя одинаковыми первыми ступенями, в той же компоновке 'забор', что использовалась на 'Союзе-2.3', но это был, по сути, новый носитель, требовавший продолжительной отработки. (По компоновке 'Союз-2.3' похож на 'Delta-4 Heavy' — три цилиндра в ряд, средний длиннее)
В этой ситуации перед Главным конструктором и возник, 'аки демон-искуситель', Валентин Петрович Глушко:
— Что, Сергей, не увязывается у твоих ребят водородный УПМ?
— Валентин, ты поиздеваться пришёл, или как? — устало поинтересовался Сергей Павлович.
— Нет, я тебе решение проблемы принёс, — Глушко был спокоен, как танк.
— Какое? Нашёл завод, который берётся сделать лёгкую теплоизоляцию для водородных баков?
— Не совсем, — Глушко улыбнулся. — Помнишь первоначальный проект Тихонравова и Феоктистова по облёту Луны? Комплекс 7К-9К-11К? (Реальная история, см. гл 06-09)
— Помню, конечно, — Королёв устал и плохо соображал, Глушко пришёл уже под вечер. — Но это слишком дорого, ты же помнишь, там аж 6 запусков требуется — сам блок 9К, 4 'танкера' 11К для его заправки на орбите, и только потом взлёт 'Севера', стыковка и полёт вокруг Луны. Президиум сейчас на такой цирк денег не даст.
— А если подумать? — ещё лучезарнее улыбнулся Глушко. — 4 танкера твои ребята предусматривали для возможности использования Р-7. Они же предлагали блок 9К частично заправленным выводить, и дозаправлять с танкеров? Он, кстати, сейчас где?
— Опытный образец? В цеху лежит, под брезентом...
— Ну вот. А 'Днепр' может этот блок вытащить на низкую орбиту уже заправленным. Вторым пуском пристыковываем к нему 'Союз' — и вперёд, вокруг Луны. 9К у тебя сколько топлива берёт?
— 22 тонны... Гм... а что... может получиться... — Королёв задумался. — Тем более, там даже запас по полезной нагрузке получается, можно и больше топлива залить, если баки увеличить... Но это всё равно двухпусковая схема...
— Двухпусковая, а не 6-пусковая! — Глушко улыбался, не ехидно, скорее — по-доброму. — Как только 'Днепр' полетит, — их беседа состоялась ещё до первого удачного запуска нового носителя, — можно будет ставить вопрос об облёте Луны. Но я тебе ещё и подарок принёс.
— Бойтесь данайцев, даже дары приносящих, — процитировал Сергей Павлович. — Какой подарок?
— Да мы для второй ступени лёгкого носителя 'Космос' моторчик интересный делаем, РД-119 называется, — ответил Глушко. — Тяга 11 тонн.
(Двигатель абсолютно реальный, был сделан в 1962 году http://wmpt.narod.ru/zz8.htm)
— Одиннадцать тонн? Гм... — двигатель блока 'Д' развивал тягу 8,5 тонны, и Королёв предсказуемо заинтересовался. — На каких компонентах?
— Жидкий кислород и гидразин.
— Опять ты со своей 'вонючкой'! Сколько раз уже говорить — не буду я запускать людей на ядовитом топливе! — взвился Королёв.
— А я тебе и не предлагаю запускать. Я предлагаю поставить этот моторчик на блок 9К. Который ты только что согласился запускать на орбиту отдельно, без людей, — с лёгкой ехидцей ответил Глушко. — У тебя в баках 'Союза' что налито? Да та же 'вонючка' и тетраоксид. И ничего, летают же люди. А как поведёт себя жидкий водород при долгом хранении — мы ещё лет 10 изучать да отрабатывать будем.
Вот тут до Королёва дошло, что двухпусковая схема, которую предлагает Валентин Петрович, исключает его основное возражение. Удельный импульс топливной пары 'гидразин + жидкий кислород' был выше, чем у керосина с кислородом.
— Гм... — Сергей Павлович быстро, на бумажке, прикинул массы. — Допустим... На 'Союз' не кивай, сколько там у него в баках той 'вонючки'? А тут счёт на десятки тонн идёт...
— И это ещё не всё, — ухмыльнулся Глушко, игнорируя возражение. — Ты слышал про такую вонючую гадость — тетрафторгидразин?
— Да иди ты! — возмутился Королёв. — Слышал, конечно! Мне только этой дряни тут не хватало! Она ещё и взрывается как бомба, от малейшей искры!
