Затем была реализована старая идея, возникшая еще при проектировании «Р-2», – оба топливных бака (этиловый спирт и жидкий кислород) сделали несущими, что позволило дополнительно разгрузить ракету.
Опыт работы с трофеями показал, что бак с жидким кислородом можно избавить от массивной теплоизоляции, которую ставили немцы. Испарения оказались не столь значительны, как думали раньше, и вполне могли быть компенсированы за счет подпитки на старте. С тех пор такая конструкция бака с жидким кислородом стала типовой, и можно увидеть, как на готовой к старту ракете в месте его расположения оболочка белеет от инея[78].
Был закрыт и еще один важный вопрос. Отделяемая боеголовка «Р-5» входила в атмосферу со скоростью 3 км/с – понятно, что при этом она сильно нагревалась. Для защиты ее от термического разрушения были созданы специальные «уносимые» теплозащитные покрытия – избыточная тепловая энергия поглощалась за счет испарения поверхностного слоя покрытия и отводилась потоком воздуха. Ныне этот принцип теплозащиты широко используется в ракетно-космической технике.
В 1953 году, перед началом полигонных запусков, в филиале № 2 НИИ-88, расположенном в комплексе новых зданий под городом Загорском[79], провели огневые стендовые испытания с целью определения реальных температур компонентов топлива в баках ракеты, проверки двигательных систем, отработки циклограммы запуска[80]. Впоследствии огневые испытания («прожиги») узлов и элементов новых ракет в полном сборе на стенде станут в бюро Королёва обязательными.
Первый этап запусков на полигоне Капустин Яр был проведен весной 1953 года. Всего было испытано в полете 8 ракет: на дальность 270, 550 и 1200 км.
Запуски на дальность 270 км прошли более чем успешно, а при испытаниях на 1200 км обнаружились недоработки: на 65-й секунде полета возникла неустойчивость в движении, после чего произошло разрушение «изделия» из-за потери управляемости. Последний пуск первого этапа состоялся 23 мая – условия испытаний для проверки устойчивости движения в этом случае были более жесткими, так как ракету снабдили четырьмя подвесными головными частями, которые увеличивали величину воздушного сопротивления. Несмотря на опасения, полет на дистанцию в 550 км прошел нормально.
Баллистическая ракета «Р-5» на старте (© РКК «Энергия»)
Хотя полигонные испытания были признаны в целом успешными, стало ясно, что необходимо гарантировать устойчивость ракеты при движении. В конструкцию и в управление был внесен ряд изменений. К примеру, серьезной доработке подвергли систему отделения головной части: для ее крепления использовались инерционные болты, из-за чего в полете наблюдались колебания боеголовки относительно корпуса, – в дальнейшем их заменили стяжными болтами с пневматическим разъемом.
Второй и третий этапы испытаний «Р-5» начались поздней осенью 1953 года, а завершились в феврале 1955 года. Ракета показала себя очень хорошо, но пришлось дорабатывать систему радиоуправления дальностью.
Система радиоуправления была впервые применена еще на немецких ракетах «А-4», чтобы снизить рассеивание при полете к цели[81]. Сотрудники НИИ-885 освоили ее во время испытаний на полигоне Капустин Яр и после модернизации использовали для боковой радиокоррекции траекторий «Р-1» и «Р-2». Для ракеты «Р-5» одной радиокоррекции оказалось недостаточно, требовалось управлять еще и дальностью – ведь точность попадания снижалась с повышением расстояния полета. Новая система должна была решать очень важную задачу – выдавать команду на выключение двигателя в тот момент полета, после которого боеголовка, летя по инерции, с гарантией попадет в цель. Исследования показали, что для этого достаточно знать два параметра: радиальную скорость ракеты и истинное расстояние до нее. Соответственно, требовалось четыре прибора: два приемо-передатчика на земле и два ответчика на борту ракеты.
Система была испытана во время запусков ракет «Р-2Р»[82]и «Р-5». При этом аппаратура радиоуправления находилась в 50 км от старта – в поселке Черный Яр. Оказалось, что факел двигателя оказывает сильное влияние на прохождение волн метрового диапазона, в котором работало оборудование радиоуправления. Чтобы добиться внятных результатов, потребовалась перенести наземные пункты в сторону – так, чтобы линия визирования и ось ракеты находились под углом друг к другу.
Проблему решили, но к тому времени ОКБ-1 переориентировалось на модификацию «Р-5» – ракету «Р-5М». Дело в том, что 12 августа 1953 года в Семипалатинске было проведено успешное испытание первого отечественного термоядерного заряда РДС-6с мощностью 400 килотонн в тротиловом эквиваленте[83]. Советским атомщикам удалось создать заряд сравнительно небольших размеров и массой примерно в 1 т. Теперь предстояло под этот заряд построить баллистическую ракету.
Постановление о разработке ракеты на основе «Р-5» для доставки термоядерного заряда на дальность 1200 км было выпущено 10 апреля 1954 года. Однако в бюро Королёва проект начали обдумывать еще в конце 1953 года. Требовалось разработать новую, более короткую, коническую головную часть, которая обеспечила бы требуемое для срабатывания автоматики подрыва снижение скорости встречи головной части с землей в два раза. Но это вело к уменьшению общей длины ракеты и изменению ее аэродинамических характеристик, что в свою очередь влекло за собой экспериментальные работы по определению нового облика «Р-5М». Наличие же ядерного заряда вызвало необходимость повышения надежности системы управления, чтобы ошибка или повреждение в одной цепи не приводили к общему отказу. Кроме того, требовалось упростить процесс подготовки ракеты к старту и сократить число обслуживающего персонала.
Коллектив ОКБ-1 блестяще справился с задачей модернизации «Р-5». При этом был выдержан очень жесткий срок заводской отработки ракеты «Р-5М» – в течение 1954 года.
Для повышения надежности ракеты «Р-5М» все цепи бортовой системы управления и радиокомплекса были дублированы: автомат стабилизации получил два независимых канала, рулевой агрегат имел не четыре, как у всех ранее разработанных ракет, а шесть рулевых машин. Были дублированы источники питания, а для управления дальностью полета применили трех-канальный интегратор. Дополнительно в состав бортового оборудования ввели новую систему аварийного подрыва – если из-за каких-либо отказов произойдет значительное отклонение ракеты от программной траектории, ее следует уничтожить в полете.
Два варианта стратегической баллистической ракеты «Р-5М»: с одним боезарядом и с тремя боезарядами (рисунок А. Шлядинского)
Конструкторам удалось полностью автоматизировать процесс запуска, но предстартовая подготовка все еще отнимала много времени. Первоначально для приведения ракеты в состояние боевой готовности требовалось 30 часов. Позже за счет улучшения организации работы это время сократилось до 5–6 часов.
У «Р-5М» оставался серьезный и неустранимый недостаток: жидкий кислород, используемый в качестве окислителя, не позволял хранить ракету в заправленном состоянии длительное время. Для пополнения постоянно выкипающего кислорода следовало строить мощные промышленные предприятия в районах базирования ракетных частей. Подпитывать ракету окислителем необходимо было и непосредственно перед пуском – для этого возводились громоздкие стартовые сооружения. И все же Советская армия получила оружие огромной разрушительной силы. За 10–12 минут ракета могла доставить боевой заряд, способный уничтожить население большого промышленного города, на расстояние свыше тысячи километров.
2 февраля 1956 года эту возможность подтвердил контрольный запуск «Р-5М», завершивший длительный цикл испытаний. Впервые в мире баллистическая ракета пронесла через космос атомную боеголовку. Преодолев положенные 1200 км, боеголовка дошла до земли в районе Аральских Каракумов. Сработал ударный взрыватель, и чудовищный взрыв открыл ракетно-ядерную эру в истории человечества. Мощность взрыва составила более 80 килотонн в тротиловом эквиваленте, что в четыре раза превысило мощность взрыва в Хиросиме.
Никаких официальных публикаций по поводу этого исторического события не последовало. Разведка «потенциального противника» США в то время не имела средств обнаружения ракетных пусков, поэтому факт взрыва был отмечен как очередное наземное испытание атомного оружия.
«Р-5М» приняли на вооружение под индексом 8К51. За ее создание главные конструкторы были удостоены звания Героя Социалистического Труда.
На середину 1950-х годов «Р-5М» являлась лучшей баллистической ракетой. Поэтому не приходится удивляться, что на ее основе в ОКБ-1 быстро возникли проекты геофизических ракет, нацеленных на дальнейшее изучение верхних слоев атмосферы, околоземного пространства и аспектов космического полета по суборбитальной траектории до высоты порядка 500 км. С «Р-5М» Сергей Павлович Королёв связывал свои новые планы по запуску космонавта – и уже не подопытной собаки, а человека.
Геофизическая ракета «Р-5А» на старте (© РКК «Энергия»)
Еще шли полным ходом испытания «Р-5М», а в июне 1955 года Сергей Королёв подготовил отчет о своей научной деятельности, в котором как бы мимоходом упомянул о реальности создания «ракетного корабля для полетов человека на большие высоты и для исследования межпланетного пространства».
В сентябре главный конструктор выступил на Юбилейной сессии, посвященной 125-летию МВТУ имени Баумана[84]. Его доклад назывался «К вопросу о применении ракет для исследования высоких слоев атмосферы и полетов в надатмосферном пространстве». В доклад