Из истории создания ракетоносителя Н-1 (РН "Ньютон")

Цитата...
Прежде чем принять окончательную схему носителя, проектанты оценили более 60 различных вариантов, от полиблочных до моноблочных как последовательного, так и параллельного деления ракеты на ступени. Для каждого из рассматриваемых вариантов проводился всесторонний анализ его преимуществ и недостатков, включая технико-экономическое обоснование.
В ходе предварительных исследований полиблочная схема с параллельным делением на ступени, опробованная на "семерке", позволяющая транспортировать по железной дороге готовые элементы ракеты (баки, двигательные установки и т. п.) с завода-изготовителя на космодром с последующей ускоренной сборкой, проверкой и запуском, была отвергнута по причине неоптимальности массовых затрат и дополнительных механических, гидро-, пневмо— и электросвязей между блоками.
Моноблочная схема вышла на передний план после того, как было решено использовать ЖРД с преднасосами, позволяющими уменьшить давление газа наддува и снизить толщину стенок (а следовательно, и массу) баков.
Проект H-I был во многом необычен, однако основными его отличительными чертами стала оригинальная схема со сферическими подвесными баками и несущей внешней обшивкой, подкрепленной силовым набором (самолетная схема типа "полумонокок"), а также кольцевое расположение ЖРД на каждой ступени. Благодаря этому применительно к первой ступени при старте и подъеме ракеты воздух из окружающей атмосферы эжектировался выхлопными струями ЖРД во внутреннее пространство под баком. Образовался как бы огромный воздушно-реактивный двигатель, который включал в себя всю нижнюю конструкцию первой ступени. Даже без воздушного дожигания выхлопа ЖРД (а в истекающей струе двигателей всегда имеется избыток горючего, который будет при этом догорать) такая схема давала ощутимую прибавку тяги, увеличивая эффективность РН.
Ступени H-I соединялись между собой переходными фермами, через которые могли свободно истекать газы при горячем запуске двигателей следующих ступеней. Управление РН по каналам курса и тангажа должно было осуществляться путем рассогласования тяги противоположных ЖРД, а по каналу крена — с помощью управляющих сопел, в которые подавался газ, отводимый после турбонасосных агрегатов (ТНА).
Из-за невозможности транспортировки ступеней H-I по железной дороге проектанты предлагали внешнюю оболочку ракеты сделать разъемной, а топливные баки изготавливать из листовых заготовок ("лепестков") непосредственно на технической позиции космодрома.
Эта идея первоначально не укладывалась в голове, и экспертная комиссия, приняв эскизный проект H-I, защита которого проходила со 2 по 16 июля 1962 г., рекомендовала дополнительно проработать вопросы транспортировки ступеней в собранном виде, например, с помощью дирижабля.
При защите эскизного проекта было представлено два варианта носителя: с использованием в качестве окислителя жидкого кислорода или AT. Предпочтительным считался первый вариант, второй рассматривался на всякий случай. Он подразумевал, что характеристики РН при использовании топлива АТ-НДМГ будут ниже, чем у кислородного варианта.
В стоимостном выражении разработка первого варианта также представлялась значительно дешевле. Объективно демонстрируя оба варианта, представители ОКБ-I тем не менее указывали на то, что в случае возникновения аварийной ситуации кислородный вариант носителя, по их мнению, будет безопаснее, чем вариант с окислителем на основе AT. При этом они постоянно помнили о катастрофе на старте в октябре 1960-го ракеты Р-16 Янгеля, работавшей на самовоспламеняющихся токсичных компонентах.
Справедливости ради следует заметить, что первопричина аварии P-16 не была напрямую связана с типом применяющегося топлива. Более того, самовоспламеняющиеся компоненты при авариях подобного рода приводят чаще всего к пожару, который еще можно локализовать, а несамовоспламеняющееся топливо на основе жидкого кислорода в случае его утечки образует смесь, приводящую к взрывам большой разрушительной силы.
Период эскизного проектирования Н-I совпал с отработкой ракеты Р-9. С двигателем РД-111 у глушковцсв возникало множество проблем, что привело к затягиванию испытаний МБР почти на два года. Специалисты ОКБ казались поставленными в тупик высокочастотными колебаниями и неустойчивостью рабочего процесса в камере сгорания. У них сложилось впечатление, что сделать однокамерный ЖРД тягой свыше 100 тс на кислороде чрезвычайно затруднительно.
По мнению Глушко, создание двигателя необходимой размерности на кислороде могло затянуться, натолкнувшись на проблемы пульсационного горения и защиты стенок камеры и сопла от перегрева. В свою очередь, применение долгохранимых компонентов, дающих в камере ЖРД устойчивое горение с температурой на 280 — 580° C ниже, чем кислородное топливо, позволит ускорить отработку двигателя. Кроме того, ЖРД на самовоспламеняющейся паре АТ-НДМГ получался конструктивно проще.
Опасения Глушко разделял Исаев, который также скептически относился к возможности создания в кратчайшие сроки мощного кислородного ЖРД. Но Королев не мог примириться с самым главным недостатком предлагаемых Глушко двигателей — их невысоким удельным импульсом, свойственным долгохранимым топливам, который приводил к снижению грузоподъемности ракеты или увеличению ее стартовой массы и удорожанию всей программы вследствие высокой стоимости компонентов топлива.
Оценивая доводы Глушко, Королев писал в докладной записке на имя руководителя экспертной комиссии следующее: "Вся аргументация о трудностях отработки кислородного двигателя основана на опыте ОКБ В. Глушко по работе с ЖРД открытой схемы. Следует особо подчеркнуть, что эти трудности не имеют никакого отношения к двигателям принятой для ракеты H-I замкнутой схемы, в которых окислитель поступает в камеру сгорания в горячем и газообразном состоянии, а не в холодном и жидком, как при обычной, незамкнутой схеме. Действительно, при запуске двигателей замкнутой схемы имеет место тепловое воспламенение компонентов в камере сгорания за счет тепла горячего газообразного окислителя — кислорода или AT. Такой метод запуска кислородно-керосинового двигателя замкнутой схемы экспериментально отработан в двигателях ОКБ-1 и принят для последней ступени РН "Молния", а также в ОКБ Н. Кузнецова при разработке кислородно-керосиновых двигателей НК-9В и HK-15B для ракеты H-I".
В конце концов Глушко отказался проектировать ЖРД на кислороде и НДМГ для H-I и начал полномасштабную разработку двигателя РД-253 на АТ-НДМГ. Примерно в это же время ОКБ другого главного конструктора — В. Н. Челомея — подготовило проект ракеты УР-500, трехступенчатая модификация которой получила потом наименование "Протон". В. Челомей предложил использовать РД— 253 на первой ступени своей ракеты. В. Глушко согласился, немного изменил компоновку вектора тяги.
Экспертная комиссия под руководством М. В. Келдыша, рассмотрев варианты, рекомендовала к разработке ракету с кислородно-керосиновыми двигателями. Вариант с АТ-НДМГ отпал.
24 сентября 1962 г. было выпущено постановление о развертывании работ по ракете Н-1 стартовой массой 2400 т и массой полезной нагрузки 75 т. Создание двигателей всех трех ступеней поручили Кузнецову, хотя Королев понимал, с каким огромным риском связана такая разработка.

...