Работы над переходом со спирта на керосин Валентин Глушко начал весной 1948 года, когда попытался создать большой кислородно-керосиновый двигатель «РД-110» на основе немецкого опыта. Простая замена горючего не помогла – первые же огневые испытания выявили множество проблем, присущих немецкой конструкции. К примеру, обнаружились высокочастотные колебания давления, приводящие к стремительному разрушению агрегата. Увеличение размеров камеры сгорания и давления внутри нее только способствовали развитию колебаний. Тогда стало ясно: чтобы построить работоспособный кислородно-керосиновый двигатель большой тяги, нужно отказаться от однокамерного варианта и перейти на несколько камер сгорания.
Валентин Глушко принял принципиальное решение – сгруппировать четыре аналогичные камеры сгорания в единый блок с общим турбонасосным агрегатом. При этом высота двигателя уменьшилась, снизилась масса как хвостового отсека, так и всей ракеты в целом, а принцип модульной конструкции позволял начать серию без значительных изменений в существующем производстве.
Концепция многокамерности на многие годы стала «коньком» ОКБ-456, и первые серийные двигатели в этом классе, получившие обозначения «РД-107» и «РД-108», были созданы для «Р-7». Отработка вариантов двигательной установки в целом проводилась на масштабных прототипах. К примеру, для испытаний одновременного воспламенения топлива в 32 камерах рядом с основным огневым стендом был создан отдельный стенд, на котором в общей сложности провели несколько тысяч «прожигов» без выходов на главный режим. Параллельно велась отработка камеры сгорания на главном режиме. В итоге инженеры ОКБ-456 получили огромный опыт для создания основного камеры с давлением газа свыше 60 атмосфер.
Работы собственно с ракетой «Р-7» были начаты в Монтажно-испытательном корпусе Загорского филиала. В конце весны 1956 года группа инженеров отработала операции по сборке блоков в пакет. Первый «прожиг» бокового блока на стенде был выполнен 1 сентября, а успешный запуск многокамерного двигателя на полное ресурсное время состоялся 24 сентября. Всего в 1956 году было проведено четыре испытания «боковушек» и одно центрального блока, после чего началась подготовка к запуску пакета. Все «прожиги» неизменно посещал Сергей Королев.
Наконец, 30 марта 1957 года состоялся запуск так называемого летного варианта пакета с полной заправкой. О важности события свидетельствует тот факт, что на нем присутствовал секретарь ЦК КПСС Леонид Ильич Брежнев. Только после того, как пакет отработал без замечаний, конструкторы смогли вздохнуть с облегчением: ракета «Р-7» была допущена к полетам.
3 марта 1957 года первая «Р-7» прибыла на техническую позицию полигона Тюра-Там. Она имела заводской номер 5Л, а в разговорах ее называли «номер пять» или просто «пятая». Сразу началась разгрузка и укладка блоков на монтажные тележки. Однако 8 марта прибыла группа специалистов с длинным перечнем доработок, которые следовало внести в ракету по результатам стендовых испытаний. Самыми трудоемкими оказались работы по теплозащите хвостового отсека. Во время «прожига» в Загорске обшивка из алюминиевого сплава хвостовой конструкции прогорела во многих местах. Из-за этого были повреждены огнем потенциометры обратной связи рулевых камер и кабели. Предстояло обшить хвостовой отсек тонкими стальными листами, а внутри все уязвимые элементы обмотать асбестовой защитой. После доработок начался «чистовой» цикл испытаний отдельных блоков пакета в Монтажно-испытательном корпусе, и только 5 мая мотовоз потащил платформу с «Р-7» на старт.
Целью запусков было не только проверить все системы «Р-7» в полете, но и доставить макет боеголовки до специально организованного полигона Кура (поселок Ключи, Камчатка), находящегося на расстоянии 6314 км – меньше проектной дальности, но в то время Советский Союз еще не располагал средствами наблюдения в акватории Тихого океана. Кроме того, первые образцы были перегружены измерительным оборудованием (сами конструкторы называли их не «летными», а «измерительными») и, согласно расчетам, не могли выйти на дальность 8000 км.
Установка «Р-7» в стартовое сооружение происходила при большом скоплении «болельщиков». Все работники полигона понимали: начинается самый ответственный этап работы, который определит их жизнь на десятилетия вперед. Только к концу дня главный конструктор комплекса Владимир Бармин, руководивший лично процессом установки, доложил, что свою задачу на данном этапе выполнил. «Теперь испытывайте!» – сказал он. И начался длинный, по современным представлениям, цикл предстартовых испытаний. Только «чистое» время всех электрических тестов на стартовой позиции заняло 110 часов. По ночам старались не работать, но семь суток ушло на проверки с разбором всех замечаний, просмотром пленок, докладами и массой всевозможных процедур.
14 мая прошло заседание Государственной комиссии. Королев доложил о готовности к запуску и еще раз перечислил основные задачи испытаний: отработка техники старта, проверка динамики управления полетом первой ступени, процесса разделения ступеней, эффективности системы радиоуправления, динамики полета второй ступени, процесса отделения головной части и движения головной части до соприкосновения с землей. Боковые блоки первой ступени должны проработать 104 секунды, а центральный блок – 285 секунд. Высота ракеты – 34,22 м, расчетная стартовая масса – 283 т.
Вечером 15 мая 1957 года, через десять дней после вывоза из МИКа, состоялся первый в истории запуск ракеты «Р-7». Ракета ушла со старта нормально. Однако «изделие» упало на землю, пролетев всего 300 км.
Борис Евсеевич Черток вспоминал:
«По пятнадцатиминутной готовности спустились в бункер. <…>
Минутная готовность. Дальше – полная тишина. Сознание, больше чем память, фиксирует ставшие теперь уже стандартными команды: „Протяжка!“, „Ключ на старт!“, „Продувка!“, „Ключ на дренаж!“, „Пуск!“.
Отмечаю, как с особым усердием по команде „Пуск!“ Чекунов нажимает красную кнопку. Евгений Осташев, глядя на пульт, комментирует:
– Прошла „земля-борт“.
Воскресенский не отрывается от перископа:
– Отошла кабель-мачта… Зажигание… Предварительная… Главная!
От пульта доклад:
– Есть контакт подъема.
Воскресенский восклицает:
– Подъем! Ракета ушла!
В бункер проникает рев пяти двигателей.
Евгений Осташев сообщает:
– Пульт в исходном.
В пультовой больше делать нечего. Толкаясь, пробиваюсь вверх, не ощущая крутого подъема, а только досадуя, как медленно поднимается масса людей впереди. Откуда их столько? Наконец выскочил. Темнота, ведь по местному уже 21 час! <…>
На темном небе ярко полыхает быстро уменьшающийся по яркости факел. Но что такое?! Вот он стал какой-то перекошенный. Кроме основного образовался еще один. Ракета выскочила из тени Земли и заблестела, освещенная не видимым нам Солнцем. Феерическое, незабываемое зрелище. Сейчас увидим разделение! Но вдруг на темном небе все гаснет. Маленький огонек еще светится и куда-то уходит с того места, где только что все ярко сверкало.
Стараясь никого не сбить с ног, спускаемся в пультовую, там должен быть доклад телеметристов. Только они способны объяснить, почему раньше времени погасла наша звезда».
Той же ночью расшифровали данные телеметрии, поступившие с борта упавшей ракеты. Оказалось, что в момент старта в хвостовом отсеке бокового блока «Д» начался пожар. Возможной причиной пожара назвали пробой в магистрали подачи керосина. Подобные инциденты случались и ранее – например, на «Р-1». Тряска во время транспортировки «изделий» на полигон часто приводила к нарушению герметичности трубопроводов. В качестве меры по предотвращению повторения аварийной ситуации решили ужесточить контроль герметичности коммуникаций ракеты повышением давления воздуха при пневмоиспытаниях. Это сразу дало эффект при подготовке следующего ракетного пакета – было выявлено такое количество потенциальных источников пожара, что приходилось лишь удивляться, почему на первой ракете загорелся только блок «Д».
Второй запуск «Р-7», назначенный на 10 июня, не состоялся. Сначала дважды прошел отказ по системе зажигания. Неисправность опять выявили телеметристы: почему-то не открылся главный кислородный клапан на боковом блоке «В». Решили, что клапан замерз, поэтому подогрели его прямо на старте. Наконец зажигание сработало, двигатели вышли на предварительную ступень по тяге, но никак не хотели переходить на промежуточную. В результате сработала система аварийного выключения. Факел, бьющий из ракеты, мгновенно погас. «Р-7» пришлось снимать со старта. Тщательное изучение пакета в Монтажно-испытательном корпусе показало, что виноваты сборщики: клапан азотной продувки бортовой пневмогидросхемы центрального блока был поставлен «наоборот». По «горячим следам» была осмотрена следующая ракета, и там обнаружили точно такой же брак.
Третья «Р-7» стартовала через месяц – 12 июля. Запуск закончился аварией. Его предыстория такова: в бункер Королеву доложили, что «минус» бортовой батареи находится на корпусе. Была объявлена тридцатиминутная задержка. Главный конструктор, посовещавшись, решил, что это отказ датчика (такое уже случалось ранее), и принял решение пускать. В полете на прибор прошла ложная команда, и «Р-7» начала вращаться вокруг продольной оси, превысив разрешенный допуск. Автоматика произвела аварийное выключение двигателей. На 33-й секунде пакет разрушился. Блоки упали примерно в 7 км от старта и с грохотом взорвались.
Третий неудачный пуск Королев переживал особенно тяжело, полагая, что падение «изделия» целиком на его совести. «Преступники мы, целый поселок выбросили на ветер», – эти слова приписывают именно ему. И действительно, первый экземпляр «Р-7» обошелся казне в 100 миллионов рублей, второй и третий – по 40 миллионов рублей.
Три неудачи подряд поставили под угрозу срыва всю программу. У бюро Королева хватало конкурентов, предлагавших свои варианты стратегических межконтинентальных ракет. На полигоне состоялось весьма острое заседание Государственной комиссии. Маршал Митрофан Иванович Неделин, выступая от имени заказчика, предложил прекратить испытания, отправить все доставленные на полигон ракеты обратно в Загорск и еще раз на стендах отработать каждую. Ему возразили Королев и Пилюгин, мотивируя свой отказ выполнить требование маршала тем, что перевозка блоков приведет к непроизводительными затратами средств и времени. Но Глушко, выступивший вслед за ними, поддержал Неделина: «Я думаю, что Митрофан Иванович прав! Смысла продолжать испытания не вижу: сорок отработанных в ОКБ-456 двигателей погибли при испытаниях. Если дело пойдет так и дальше, мое производство этого просто не выдержит».