Пришельцы в космос

С тех пор как человечество научилось летать (а случилось это не так уж давно, чуть больше ста лет назад), важнейшей сферой авиационной, а ныне аэрокосмической отрасли является проектирование и производство двигателей для всевозможных летательных аппаратов

Наталья Олешкевич

Сердце самолета и космического корабля должно быть надежным, функциональным и по возможности экономически конкурентным. В этой наукоемкой области техники нам есть чем гордиться — отечественная школа технологий для авиастроения и покорения космоса, громко заявившая о себе в советские времена, сохраняет ведущие позиции и сегодня.

Пламенный мотор

Пионером российского авиационного двигателестроения стал обрусевший эстонец Теодор-Фердинанд Калеп, выпускник Политехнического института в Риге. В ноябре 1909 года он дал новое название рижскому трансмиссионному машиностроительному и чугунолитейному заводу. Предприятие стали именовать «Мотор» и переключили на выпуск авиационных двигателей. Первое отечественное авиамоторное производство поначалу выпускало запчасти для французских «Гномов», а затем Калеп, взяв за образец этот 50-сильный поршневой двигатель воздушного охлаждения с французского самолета и существенно его улучшив, создал собственную конструкцию. Практически это был первый отечественный авиационный мотор. У «Калепа» и мощность оказалась повыше — 60 лошадиных сил, и надежность больше, чем у французов. После блестяще пройденных в Севастопольской авиашколе летных испытаний первый российский 7-цилиндровый авиадвигатель К-60 в ноябре 1911 года был запущен в серийное производство. Через пару лет Калеп создал новый, более мощный авиадвижок К-80, который устанавливался на Nieuport и другие самолеты.

Калеп умер совсем молодым в 1913 году, а авиамоторный завод в 1915-м эвакуировали в Москву в район Замоскворечья. Предприятие по тем временам работало с высокой производительностью, отправляя на нужды фронта по несколько авиамоторов в день. Еще до Первой мировой войны появились авиамоторные производства в Петербурге («Сальмстон», затем «Амстро») и в Москве («Гном», затем «Икар»). Советская власть все эти производства аккуратно национализировала, а на завод «Икар» как-то наведался сам товарищ Ленин. Даже в годы Гражданской войны авиационные энтузиасты мечтали не только о новых аэропланах, но и о космических полетах — послушав теоретика космонавтики Фридриха Цандера, увлеченные идеей рабочие с «Мотора» отчислили свой двухмесячный заработок на нужды межпланетных сообщений. Дело было во времена «военного коммунизма», и сумму быстро сожрала гиперинфляция.

А дореволюционные заводы здравствуют и по сей день. Бывший «Мотор» с 1941 года обосновался в Самаре и в советские годы был широко известен как завод No 24 имени Фрунзе. Бывший «Икар» с 1927 года и до войны с легкой руки Серго Орджоникидзе был объединен с бывшим «Мотором», а после войны был известен как завод No 45 (ныне НПО «Салют»). С 1923 года авиастроители освоили выпуск отечественной продукции — главный конструктор «Мотора» Аркадий Швецов создал первый советский звездообразный двигатель воздушного охлаждения («звездочку») М-11, которым был оснащен и хорошо известный по советскому кино «небесный тихоход» У-2 (По-2).

В 1920-х авиация Красной армии (не говоря уже о Гражданском воздушном флоте) серьезно уступала не только мировым авиадержавам, но одно время и Польше с Прибалтикой. Требовались собственные технические идеи и их оперативное воплощение, благо технические мощности худо-бедно сохранились. С 1918 года при Высшем совете народного хозяйства (ВСНХ) существовал отдел авиационных двигателей, первым руководителем которого стал 26-летний выпускник МВТУ Владимир Климов, будущий знаменитый конструктор двигателей. Но для авиамоторного прорыва потребовалось заинтересованное вмешательство высшего руководства страны.

Стальные руки-крылья

Авиастроение стало одним из приоритетных направлений индустриализации, помимо наркома тяжелой промышленности Орджоникидзе в его дела активно вмешивался сам Сталин, а в годы Великой Отечественной это направление курировал его будущий преемник на посту предсовмина Георгий Маленков. Появление наркомата (затем министерства) авиационной промышленности также указывало на особый интерес советского руководства к достижению преимуществ в воздухе.

И прорыв состоялся. На рубеже 1920–1930-х годов в СССР были намечены теоретические и практические контуры будущей великой авиакосмической державы. В 1929 году будущий академик Борис Стечкин обнародовал открытую им классическую теорию воздушно-реактивных двигателей. Родственник и ученик «отца русской авиации» Николая Жуковского Стечкин открыл не просто новую теорию, но возможности для практических работ по созданию ракетной техники. Уже осенью 1931 года в СССР начал формироваться на общественных началах коллектив горячих энтузиастов и поборников ракетной техники, получивший впоследствии наименование ГИРД — Группа изучения реактивного движения. Работа в ГИРД строилась по бригадам, а общее руководство осуществлял технический совет из наиболее квалифицированных специалистов, возглавляемый молодым тогда Сергеем Королевым.

Наряду с прорывной теорией сложилась и мощная научная и образовательная инфраструктура. В 1930 году появился самостоятельный Московский авиационный институт, кадры для авиамоторной отрасли стали готовить также в Военно-воздушной инженерной академии имени Жуковского. В том же 1930-м открылся Центральный институт авиационного моторостроения (ЦИАМ), успешно работающий поныне и носящий имя погибшего заместителя наркома тяжелой промышленности Петра Баранова — одного из создателей авиационной промышленности СССР. С момента открытия ЦИАМ участвовал в создании и доводке практически всех отечественных авиационных двигателей и газотурбинных установок. До войны работы по производству и проектированию двигателей передавались на серийные моторостроительные заводы и создававшиеся при них конструкторские бюро, сам же институт сосредоточился на теоретических и экспериментальных исследованиях, доводке опытных двигателей. После войны ЦИАМ полностью занялся воздушно-реактивной тематикой, работая над первым поколением турбореактивных двигателей. Для этой цели в начале 1950-х годов был построен крупнейший в Европе испытательный центр в Лыткарине.

Повышенное внимание государства и приоритетное материальное и финансовое обеспечение дали нужный результат: уже в 1930-х годах заявила о себе целая группа знаменитых впоследствии конструкторов авиационных и космических двигателей — Владимир Климов, Владимир Болховитинов, Александр Микулин, Архип Люлька, Мстислав Келдыш, Владимир Челомей, Семен Косберг, Алексей Исаев, Валентин Глушко и другие. В 1936 году 28-летний Архип Люлька доложил Орджоникидзе о принципиальной возможности создания турбореактивного двигателя (ТРД) — окончательно идею воплотили уже после войны, и в 1947 году первый отечественный двигатель такого типа прошел государственные испытания.

Но главным для двигателестроителей в ту эпоху было выдержать жесткую конкуренцию в быстро меняющемся мире авиационных вооружений — и до войны, и во время Великой Отечественной постоянно требова лось искать адекватные ответы на новые технические достижения противника. Успехи пришли уже в 30-х — под руководством Климова было организовано производство 12-цилиндрового двигателя М-100, мощность которого была на 30% больше, чем у аналогичных зарубежных двигателей тех же размеров. Александр Микулин к 1932 году создал авиадвигатель АМ-34, установленный на самолетах АНТ-25, на которых в 1937-м Валерий Чкалов и Mихаил Громов совершили беспосадочные полеты через Северный полюс в США, а экипаж Михаила Водопьянова — на Северный полюс. Микулин предложил ряд новых идей в двигателестроении: он ввел регулирование нагнетателей поворотными лопатками, двухскоростные нагнетатели, высокий наддув и охлаждение воздуха перед карбюраторами; он же разработал первый советский турбокомпрессор и винт переменного шага.

Отечественная школа авиамоторов в целом неплохо проявила себя в непредсказуемых условиях большой войны. Завод имени Фрунзе, главным конструктором которого был Микулин, еще накануне 1941 года стал самым крупным производителем авиационных двигателей в Европе (десять и более моторов в день), а будучи эвакуирован в Куйбышев, сумел увеличить дневное производство до 35 двигателей. 24-й завод в военные годы собрал свыше 36,5 тыс. двигателей — в основном это были форсированные 1600-сильные АМ-38 для «летающих танков» Ил-2: штурмовики Ильюшина, как известно, во многом определили исход воздушного противоборства на советско-германском фронте.

ОКБ-296 под руководством Семена Косберга в Бердске в суровых сибирских условиях в короткие сроки создало и внедрило в серийное производство агрегат непосредственного впрыска НВ-ЗУ для двигателя АШ-82ФН конструкции Аркадия Швецова. Использование этого мотора на самолетах Ла-5 существенно улучшило их летно-тактические данные (скороподъемность, маневренность, скорость, дальность полета), что обеспечило преимущество советским истребителям в воздушных боях над лучшими немецкими машинами FockeWulf 190 и Messershmitt 109.

До идеала и полного технического превосходства над противником было еще далеко, а многие довоенные недоработки приходилось исправлять в кратчайшие сроки, что часто оборачивалось потерей самолетов. И все же главное испытание советские двигателестроители выдержали. Очень скоро еще более изощренные задачи поставила холодная война.

Реактивный прорыв

Победа 1945 года открыла для отечественных конструкторов новые возможности: оборудование и специалисты лучших германских фирм (в первую очередь Junckers и BMW) были перевезены в СССР и привлечены к интенсивному принудительному обмену опытом. Отдельные идеи союзников по антигитлеровской коалиции — США и Великобритании — также были востребованы и заимствованы. Но некоторое облегчение технических решений не отменяло необходимости в сжатые сроки создать конкурентоспособную реактивную авиацию и надежную ракетную технику, способную бесперебойно обслуживать «ядерный щит Родины».

Ресурсов советской школы двигателестроения хватило и для авиационного рывка (главным образом в военной технике), и для ракетного рывка, и для невероятного прорыва в космос. Начиналось все 15 мая 1942-го, когда летчик Григорий Бахчиванджи совершил полет на БИ-1, первом советском самолете с жидкостным ракетным двигателем. Символично, что двигатель этой машины (совместно с Александром Березняком и Владимиром Болховитиновым) был сконструирован Алексеем Исаевым, впоследствии главным конструктором космических ракет Сергея Королева. Именно под руководством Исаева была создана серия двигателей для ракетной и космической техники, которые были установлены на космических кораблях «Восток», «Восход», «Союз» и автоматических межпланетных станциях.

Место их производства держалось в секрете — это был все тот же Куйбышевский завод имени Фрунзе, продолжавший производить авиамоторы и уже в 1950-х годах освоивший серийное производство мощных кислород 34 но-керосиновых двигателей конструкции КБ Валентина Глушко для стратегических межконтинентальных ракет. Отныне все аппараты на Луну, Марс и Венеру, все пилотируемые корабли, начиная с Юрия Гагарина, военные, научные и народно-хозяйственные спутники выводятся на орбиты сверхнадежными двигателями завода No 24.

В золотые для отечественной авиакосмической индустрии 1950–1980-е годы были созданы такие уникальные ракетно-космические комплексы и ракетные системы, как «Восток», «Протон», «Энергия», УP-100, А-35, С200 и С-300. Отечественные жидкостные ракетные двигатели (ЖРД), разработанные для них ведущими коллективами Глушко, Исаева, Косберга, Николая Кузнецова и других, имели высокую надежность, хорошие энергетические и динамические характеристики и не только превосходили аналогичные зарубежные двигатели того периода, но и в наши дни успешно конкурируют на мировом рынке с современными зарубежными ЖРД. Созданные более 40 лет назад отечественные ракеты-носители эксплуатируются и поныне, при этом стоимость вывода полезной нагрузки получается существенно меньше, чем у современных американской Space Shuttle и европейской Arian.

Опередив американцев в большинстве компонентов космической программы, к 70-м годам советские конструкторы создали настоящие шедевры двигателестроения. На НПО «Энергомаш» имени академика В. П. Глушко было создано свыше 50 типов ЖРД. А под руководством Николая Кузнецова в Куйбышеве были разработаны модернизированные и надежные двигатели НК-33 с многократным запуском, предназначенные для королёвской ракеты Н-1, разработанной для пилотируемого полета к Луне. Свернутая по инициативе маршала Дмитрия Устинова советская лунная программа чуть было не привела к уничтожению уникальных двигателей. Сам генконструктор Кузнецов ослушался указания политбюро и укрыл около 50 двигателей НК-33 (на фото в центре). В законсервированном виде двигатели хранились более 20 лет, затем их показали премьеру Виктору Черномырдину, после чего эти двигатели были испытаны в Америке на стендах фирмы Aerojet, полностью подтвердили свою надежность и высокие параметры и были закуплены фирмой.

Старые двигатели советской эпохи конкурировали на американском рынке и с современной разработкой НПО «Энергомаш» — жидкостным ракетным двигателем РД-180. Правда, в конечном итоге американцы для своих перспективных космических систем выбрали все-таки новейший энергомашевский вариант. И это наверняка не последний прорыв более экономичных и надежных российских двигателей на рынок Штатов. Большой интерес у американцев вызывает, например, новейший водородный двигатель РД-0120 как более эффективный и дешевый по сравнению с двигателем SSME, примененным на Space Shuttle. Так что нам есть в чем пусть пока не перегнать, но хотя бы догнать Америку.

статья из журнала № 3 [24] Март 2008