108 минут, изменившие мир

Валентин Глушко плотно работал с немецкими специалистами, однако среди них было мало двигателистов и с какого-то момента они уже не могли помочь в решении тех или иных принципиальных конструкторских вопросов. Сотрудникам ОКБ-456 пришлось самостоятельно создавать теоретическую и практическую базу для движения вперед. Силами бюро была сконструирована экспериментальная камера сгорания КС-50 (неофициально ее прозвали «Лилипутом»), способная работать не только на спирте с кислородом, но и на других компонентах топлива, вплоть до фторсодержащих окислителей и таких экзотических горючих, как суспензия гидрида бериллия. В свою очередь КС-50 стала «сердцем» экспериментального ракетного двигателя ЭД-140, для испытаний которой в 1949 году был построен специальный стенд.

Экспериментальная камера сгорания КС-50 («Лилипут»)

Когда пришло время выбрать компоненты топлива для межконтинентальной ракеты «Р-7», Глушко оказался перед трудным выбором. Увеличение размеров спиртового двигателя уже не давало требуемого эффекта – это показали работы над двигателем РД-101 для ракеты «Р-2» и двигателем РД-103М для ракеты «Р-5М». Было ясно, что от спирта в качестве горючего в любом случае придется отказаться, перейдя на керосин, который куда более калориен и при этом столь же хорошо освоен промышленностью. Но при таком переходе возникали серьезные трудности: температура продуктов его сгорания в кислороде почти на тысячу градусов выше, чем у водных растворов спирта, в то время как охлаждающие свойства намного хуже. А именно горючим приходится охлаждать стенки камеры сгорания, если в качестве второго компонента – окислителя – используется быстро испаряющийся кислород. Задача охлаждения осложнялась еще тем, что для обеспечения оптимальных характеристик керосинового двигателя необходимо поднять давление газов в камере по крайней мере в два раза по сравнению с достигнутым на спиртовых двигателях.

Экспериментальный ракетный двигатель ЭД-140

Все эти трудности можно было преодолеть оригинальными конструкторскими решениями, но принципиально не решался один вопрос – ракета с жидким кислородом была плохой в военном отношении. Как уже упоминалось, использование кислорода в качестве окислителя не позволяло хранить крупногабаритную ракету в заправленном состоянии, что резко снижало ее боеготовность. Еще в 1940-х годах немцы установили, что потери жидкого кислорода в промежутке между его производством и использованием для запуска ракет «А-4» достигают 50 %! По результатам эксплуатации «Р-5М» в войсковых частях были подтверждены эти неутешительные данные: применение существующих вариантов базирования данных комплексов становится особенно затруднительным именно в случае осложнения международной обстановки, способного привести к вооруженному конфликту. «Р-5М» не могла находиться в заправленном состоянии больше тридцати суток из-за нехватки запаса жидкого кислорода в ракетных частях. Поэтому для пополнения потерь на испарение из баков требовалось либо располагать караванами из термостатированных автоцистерн для перевозки жидкого кислорода с заводов к месту дислокации ракет, либо иметь такие заводы в районах базирования ракетных частей, что лишало комплекс подвижности и делало его уязвимым для диверсантов и самолетов противника.

Зная эти недостатки жидкого кислорода, Валентин Глушко предложил заменить его азотной кислотой. Она является сильнейшим окислителем – легковоспламеняющиеся вещества самопроизвольно загораются при попадании на них капель азотной кислоты. Однако Сергей Королёв, привыкший работать с кислородом еще в довоенные времена, был резко против, указывая, в частности, на высокую токсичность кислоты – ракеты с ней требовали особых мер обеспечения безопасности при эксплуатации. Точку в первом серьезном споре главных конструкторов поставили расчеты: азотная кислота в качестве окислителя не могла обеспечить требуемую межконтинентальную дальность при заданных габаритах ракеты.

Работы над заменой спирта керосином Глушко начал еще весной 1948 года, когда по заданию правительства пытался создать большой кислородно-керосиновый двигатель РД-110 на основе немецкого опыта. Простая замена горючего не помогла – уже первые огневые испытания отдельных агрегатов выявили множество проблем, присущих «немецкой» конструкции со сферической камерой. К примеру, обнаружились высокочастотные колебания давления, приводящие к стремительному разрушению конструкции. Увеличение размеров камеры сгорания и давления внутри нее только способствовали развитию колебаний. Негативную оценку результатам испытаний дал и немецкий конструктор Вернер Баум, работавший в ОКБ-456.