Ракеты. Жизнь. Судьба

Речь идет о хорошо известном с того самого времени эффекте влияния колебаний свободной поверхности жидкого наполнения, т.е. попросту говоря топлива в баках ракеты в полете.

В принципе есть аналогия, когда хозяйка несет полные ведра с водой на коромысле. Чтобы предохранить воду от расплескивания, она подбирает ритм ходьбы (борьба с первым тоном колебаний) и кладет сверху деревянные кружки, чтобы ограничить подвижность свободной поверхности жидкости (борьба со вторым тоном колебаний). Это, конечно, очень грубая аналогия, вторым тоном колебаний жидкости для ракет можно пренебречь, а вот с первым дело обстоит хуже. Ведь в баках находятся десятки тонн жидкости, свободная поверхность из-за расхода топлива в полете образуется, а темп движения задается параметрами двигателя и геометрией ракеты, воздействовать на него практически невозможно. Такие колебания могут приобрести значительную амплитуду, и их влияние на движение ракеты может оказаться настолько значительным, что приведет к потере устойчивости этого движения. Теоретически после работ двух специалистов НИИ-4 Минобороны Г. С. Нариманова и Б. И. Рабиновича это механикам было ясно, но так как на практике этот эффект не проявлялся, о нем только в книгах и писали. Существенно, что проявляется он преимущественно на вторых ступенях ракет (пояснение этого уведет нас далеко от темы), вторая ступень 8К64 явилась этому наглядным подтверждением.

Чтобы обеспечить устойчивость движения, надо выдерживать определенные соотношения между углом поворота ракеты и углом поворота управляющего органа (так называемые фазовые характеристики в системе стабилизации). Требуемый знак фазовых соотношений зависит от расположения центра тяжести ракеты относительно свободной поверхности жидкости и других факторов. А теперь представим себе (что и произошло на второй ступени ракеты 8К64), что требования по обеспечению устойчивости колебаний свободной поверхности жидкости противоположны для двух баков, т.е., если выбраны соотношения для обеспечения устойчивости колебаний в одном баке, то колебания во втором баке — неустойчивы.

Иными словами, принципиально нельзя подобрать такие параметры системы стабилизации, чтобы обеспечить устойчивость колебаний в обоих баках. Ракета устойчиво лететь не может. При должной квалификации динамиков ракеты (в Днепропетровске) или специалистов по устойчивости движения в нашем ОКБ этот эффект должен был быть обнаружен на самых ранних стадиях разработки и тогда были бы приняты необходимые меры. Я уже много раз писал, что квалификации нам и не хватило, никто не заметил, что при некоторых конструктивных разбросах параметров ракеты возможно возникновение эффекта динамической неустойчивости. В полете это и произошло, так что «задним» умом все стало понятно, как говорится, если бы я был таким умным «до», как моя жена «после»…

Поскольку с таким эффектом столкнулись впервые, в Харьков приехали все очень высокие руководители, включая трех министров, двух академиков, много генералов, руководители и главные специалисты НИИ-885, НИИ-944 и др. Теперь уже сравнительно быстро разобрались, в чем дело, и дали необходимые теоретические расчеты и обоснования. Эффект был воспроизведен на электронных моделирующих установках в Харькове (к сожалению, после двух аварийных пусков, а не до них). И здесь я впервые столкнулся с интересным поведением всех трех моих руководителей: начальника ОКБ В. Г. Сергеева, начальника теоркомплекса Д. Ф. Клима и начальника отдела стабилизации А. И. Гудименко. Конечно, и объяснения, и предложения приехавшим к нам начальникам должны были давать они, но как-то оказалось, что все «расступились», и на первом месте оказался я в ранге руководителя группы. Для больших московских начальников, конечно, все равно, кто дает пояснения, но со стороны это выглядело несколько странновато. Думаю, что с этого и началась моя известность среди специалистов по динамике полета и устойчивости движения.

Однако нужно было быстро найти выход, а, как я уже писал, это было принципиально невозможно сделать выбором параметров системы управления. Единственный вариант состоял в том, чтобы изменить характер колебаний свободной поверхности в одном из баков, т.е. внести в его конструкцию изменения. Это уже могли сделать только конструкторы ракеты в Днепропетровске, которым было совсем не по душе переделывать баки из-за проблем в системе управления. Переделка, как мы быстро поняли, могла быть достаточно простой — нужно только установить по центру вдоль всего бака крестообразную перегородку, и параметры колебаний свободных поверхностей (теперь уже четырех в баке) радикально изменятся.