Страница:
Главным мероприятием была трансформация Национального консультативного комитета по авиации (НАКА) в Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА). Это позволило правительству США в короткое время создать новую мощную государственную организацию. Последующие события показали также, что решающее значение для успеха лунной программы имело назначение Вернера фон Брауна директором проектно-испытательного комплекса в Хантсвилле и возложение на него ответственности за разработку тяжелых ракет-носителей.
В ноябре 1959 года американская администрация передает Редстоунский Арсенал в НАСА. Он преобразовывается в Центр космических полетов им. Дж. Маршалла. Техническим руководителем центра назначается Вернер фон Браун. Лично для фон Брауна это было событием большого значения. Ему, запятнавшему себя в глазах американского демократического общества принадлежностью к национал-социалистической партии Гитлера, было оказано высокое доверие. Наконец-то он получил возможность осуществить обсуждавшуюся еще в Пенемюнде мечту о межпланетном полете человека! Только за разговоры о межпланетных полетах, отвлекающие от работы над Фау-2, в 1942 году Вернер фон Браун и Гельмут Греттруп были ненадолго арестованы гестапо.
Продолжающиеся успехи советской космонавтики не давали американцам передышки для спокойной организационной перестройки, постепенного укомплектования штатов. В НАСА спешно передавались научно-исследовательские организации из НАКА, армии и флота. На декабрь 1962 года численность этой государственной организации составляла 25 667 человек, из которых 9240 человек были дипломированными научными работниками и инженерами.
Непосредственно НАСА были подчинены переданные из военного ведомства пять научно-исследовательских центров, пять летно-испытательных центров, лаборатория реактивного движения, крупные испытательные комплексы и специализированные производства, а также несколько новых центров.
В Хьюстоне, штат Техас, создавался государственный центр по разработке пилотируемых космических аппаратов с экипажем. Здесь находился главный штаб по разработке и запуску аппаратов «Джемини» и будущих «Аполлонов».
Руководство деятельностью НАСА осуществлялось группой из трех человек, назначаемых президентом США. Эти трое выполняли, в нашем представлении, роли генерального конструктора и генерального директора всего НАСА. Перед НАСА администрацией США была поставлена задача добиться в ближайшие годы превосходства над СССР во всех важнейших областях использования космоса. Организации, объединявшиеся в НАСА, получили право привлечения других государственных организаций, университетов и частных промышленных корпораций.
Президент Рузвельт во время войны создал мощную государственную организацию для разработки атомного оружия. Этот опыт теперь был использован молодым президентом Кеннеди, который всячески укреплял НАСА и контролировал его работу для выполнения общенациональной задачи — во что бы то ни стало обогнать СССР.
Американские политики и историки не скрывали, что Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства было создано в ответ на вызов, брошенный советскими спутниками. К сожалению, ни мы, советские ракетчики, ни высшее политическое руководство Советского Союза не оценили решающего значения организационных мероприятий, осуществляемых в те годы американской администрацией.
Главной задачей для всей кооперации, объединявшейся НАСА, было выполнение общенациональной программы по высадке экспедиции на Луну до конца шестидесятых годов. Расходы на решение этой задачи уже в первые годы деятельности составляли три четверти всего бюджета НАСА.
25 мая 1961 года президент Кеннеди в послании Конгрессу и всему американскому народу сказал: «Сейчас время сделать большой шаг, время для более великой новой Америки, время для американской науки занять ведущую роль в космических достижениях, которые могут дать ключ к нашему будущему на Земле… Я верю, что эта нация примет на себя обязательства достижения великой цели — высадки человека на Луну и безопасного возвращения его на Землю еще в этом десятилетии».
Вскоре Келдыш приехал к Королеву в ОКБ-1 для обсуждения нашей адекватной программы. Он рассказал, что Хрущев задал ему вопрос, насколько серьезным является заявление президента Кеннеди о высадке человека на Луну.
— Я ответил Никите Сергеевичу, — сказал Келдыш, — что технически задача реализуема, но потребует очень больших средств. Их надо изыскивать за счет других программ. Никита Сергеевич был явно озабочен и сказал, что к этому вопросу мы вернемся в ближайшее время.
В то время мы были бесспорными лидерами в мировой космонавтике. Однако в лунной программе США опередили нас уже тем, что сразу объявили ее общенациональной: «Каждый американец должен внести свой вклад в успешное осуществление этого полета». «Космические доллары» начали проникать почти в каждую область американской экономики. Таким образом, подготовка высадки на Луну оказалась под контролем всего американского общества.
В 1941 году Гитлер поставил перед фон Брауном совершенно секретную национальную задачу создания баллистической ракеты «Фау-2» — секретного «оружия возмездия» для массового уничтожения англичан.
В 1961 году президент Кеннеди открыто перед всем миром доверил тому же фон Брауну общенациональную задачу создания самой мощной в мире ракеты-носителя для пилотируемого полета на Луну.
Фон Браун предложил для новой многоступенчатой ракеты на первой ступени использовать для ЖРД уже хорошо освоенные компоненты — кислород и керосин, а на второй и третьей — новую пару — кислород и водород. Обращают на себя внимание два фактора: во-первых, отсутствие предложений об использовании для новой тяжелой ракеты высококипящих компонентов (типа азотного тетроксида и диметилгидразина) несмотря на то, что в это время создавалась тяжелая межконтинентальная ракета «Титан-2» на таких высококипящих компонентах; и, во-вторых, для следующих ступеней сразу, а не в перспективе предлагается использование водорода. Фон Браун, предлагая использование водорода в качестве топлива, по достоинству оценил пророческие идеи Циолковского и Оберта. К тому же для одного из вариантов ракеты «Атлас» уже разрабатывалась вторая ступень «Кентавр» с ЖРД, работавшим на кислороде и водороде. «Кентавр» впоследствии успешно использовался американцами и в качестве третьей ступени ракеты «Титан-3».
Водородный двигатель RL-10 для «Кентавра», разработанный фирмой «Пратт энд Уитни», имел тягу всего 6,8 тс. Но это был первый в мире ЖРД с рекордной по тем временам удельной тягой 420 единиц. В 1985 году вышла в свет энциклопедия»Космонавтика»[6], главным редактором которой был академик Глушко. В этом издании Глушко воздает должное водородным ЖРД и работам американцев.
В статье «Жидкостный ракетный двигатель» написано: «При равной стартовой массе РН они (кислородно-водородные ЖРД) способны вывести на околоземную орбиту втрое больший полезный груз, чем кислородно-керосиновые ЖРД».
Однако известно, что в начале своей деятельности по разработке ЖРД Глушко отрицательно относился к идее использования в качестве горючего жидкого водорода. В книге[7] «Ракеты, их устройство и применение» Глушко приводит сравнительную оценку ракетных топлив для случая движения в космическом пространстве, пользуясь формулой Циолковского. В заключение расчетов, анализ которых не входит в мою задачу, 27-летний инженер РНИИ в 1935 году писал: «Таким образом, ракета с водородным топливом будет иметь большую скорость, чем ракета того же веса с бензином, лишь в том случае, если вес топлива будет превышать остальной вес ракеты более чем в 430 раз… Отсюда мы видим, что мысль об использовании жидкого водорода в качестве горючего должна быть отброшена».
Ошибку молодости Глушко понял не позднее 1958 года, судя по тому, что завизировал постановление, предусматривающее в числе прочих мероприятий также и разработку ЖРД на водороде. К сожалению, в практических разработках водородных ЖРД СССР отстал от США в самом начале лунной гонки. Это отставание во времени нарастало и оказалось в конечном счете одним из факторов, определивших существенное преимущество американской лунной программы.
Отрицательное отношение Глушко к кислородно-водородной паре в качестве топлива для ЖРД было одной из причин резкой критики со стороны Королева и особенно Мишина. Среди ракетных топлив кислородно-водородная пара по эффективности находится на втором месте после фторо-водородного топлива. Особое возмущение вызвало сообщение, что Глушко создает на берегу Финского залива специальный филиал для испытаний фтористых двигателей. «Он может Ленинград отравить своим фтором», — неистовствовал Мишин.
Справедливости ради надо сказать, что, став генеральным конструктором НПО «Энергия», при разработке ракетно-космического комплекса «Энергия» — «Буран» Глушко пришел к решению о создании второй ступени на кислородно-водородном двигателе.
На примере использования водорода для двигателей тяжелых носителей можно показать, что правительства ни США, ни СССР не определяли таких вопросов. Это было всецело компетенцией руководителей разработок.
В 1960 году руководство НАСА одобрило три форсированных этапа программы «Сатурн»:
«Сатурн С-1»-двухступенчатая ракета с первым запуском в 1961 году, вторая ступень на водороде;
«Сатурн С-2» — трехступенчатая ракета с запуском в 1963 году;
«Сатурн С-3» — пятиступенчатая перспективная ракета.
Для всех трех вариантов проектировалась единая первая ступень с ЖРД на топливе кислород — керосин. Для второй и третьей ступеней фирме «Рокетдайн» заказывались кислородно-водородные двигатели J-2 на тягу 90,7 тс. Для четвертой и пятой ступеней фирме «Пратт энд Уитни» заказывались двигатели LR-115 с тягой 9 тс или упоминавшийся уже «Кентавр» с тягой до 7 тс.
После дискуссий и экспериментов окончательно пошли в разработку, производство и на летные испытания три вида ракет-носителей типа «Сатурн»:
«Сатурн-1», предназначенный для экспериментальных полетов с целью отработки на орбите ИСЗ макетов корабля «Аполлон». Эта двухступенчатая ракета стартовой массой 500 тонн выводила на орбиту ИСЗ полезный груз до 10,2 тонны;
«Сатурн-1B», разработанный как модификация «Сатурна-1». Он предназначался для пилотируемых орбитальных полетов с целью отработки модулей корабля «Аполлон» и операции сближения и стыковки. Стартовая масса «Сатурна— 1В» составляла 600 тонн, а масса полезного груза 18 тонн. Вторая ступень «Сатурна-1B» на кислороде и водороде отрабатывалась с целью использовать ее аналог в качестве третьей ступени следующей окончательной модификации «Сатурнов»;
«Сатурн-5» — окончательный вариант трехступенчатого носителя для лунной экспедиции, заменивший пятиступенчатый «Сатурн С-3».
Еще раз возвращаясь к проблеме водородных двигателей, хочу обратить внимание на то, что ЖРД J-2 начал разрабатываться фирмой «Рокетдайн» по контракту с НАСА в сентябре 1960 года. В конце 1962 года этот высотный мощный водородный двигатель уже проходил огневые стендовые испытания, развивая тягу, соответствующую 90 тс в пустоте.
Превзойти эти достижения фирмы «Рокетдайн» по параметрам кислородно-водородного ЖРД удалось фирме, основанной в Воронеже Косбергом. Главный конструктор Александр Конопатов создал в 1980 году для второй ступени ракеты «Энергия» ЖРД РД-0120 тягой в пустоте 200 тс и удельным импульсом 440 единиц. Но это случилось через 25 лет!
Американцами предусматривались также и перспективы использования вместо ЖРД на второй или третьей ступени ядерного двигателя. Работа по этому двигателю в программе под шифром «Ровер» в отличие от работ по ЖРД была строго засекречена даже для сотрудников Центра им. Дж. Маршалла.
По планам НАСА предлагалось осуществить запуски «Сатурнов», постепенно усложняя программу с таким расчетом, чтобы в 1963 — 1964 годах иметь полностью отработанный тяжелый носитель.
Несмотря на авторитет Вернера фон Брауна, разработка проекта лунной экспедиции проходила в обстановке острых дискуссий вокруг выбора ракеты-носителя и принципиальной схемы полета.
В июле 1961 года в США был создан специальный комитет по ракетам-носителям. В комитет вошли руководители НАСА, Министерства обороны, ВВС и некоторых корпораций. Комитет предложил разработать ракету-носитель «Сатурн С-3» в трехступенчатом варианте. Существенно новым было решение комитета о разработке ЖРД F-1 фирмой «Рокетдайн» тягой 680 тс для первой ступени.
«Сатурн С-3» по расчетам способен был вывезти на орбиту ИСЗ 45-50 тонн и к Луне всего 13,5 тонн. Этого было недостаточно, и НАСА, поощряемое позицией президента, смело расширяет фронт работ по лунной программе.
Два мощных научных коллектива НАСА — Центр пилотируемых аппаратов в Хьюстоне (позже космический центр им. Джонсона) и Центр им. Дж. Маршалла, разрабатьшавший носители, — предлагали разные варианты экспедиции.
Хьюстонские инженеры предлагали самый простой прямой вариант полета: три астронавта в космическом корабле стартуют к Луне с помощью очень мощной ракеты и летят кратчайшим путем. По этой схеме космический корабль должен иметь такие запасы топлива, чтобы совершить прямую посадку, затем взлет и возвратиться на Землю без всяких промежуточных стыковок.
По расчетам «прямой» вариант требовал для возвращения на Землю стартовой массы на поверхности Луны 23 тонны. Чтобы получить такую стартовую массу на Луне, требовалось вывести на орбиту ИСЗ 180 тонн, а на траекторию к Луне 68 тонн. Такую массу одним пуском способна была бы вывести ракета-носитель «Нова», проект которой рассматривался в Центре им. Дж. Маршалла. Это чудовище по предварительным расчетам имело стартовую массу свыше 6000 тонн. Создание подобной ракеты, по мнению оптимистов, уходило далеко за 1970 год и комитетом было отвергнуто.
Центр им. Дж. Маршалла, в котором работали немецкие специалисты, вначале предлагал двухпусковой околоземный орбитальный вариант. На орбиту Земли выводится беспилотная разгонная ракетная ступень. На орбите Земли предполагалась ее стыковка с третьей пилотируемой ступенью, имеющей необходимый для разгона к Луне запас водорода. На земной орбите кислород разгонной ракеты перекачивается в пустой бак окислителя третьей ступени и такая кислородно-водородная ракета разгоняет космический корабль к Луне. Далее могут быть два варианта: прямая посадка на Луну или предварительный выход на орбиту искусственного спутника Луны (ИСЛ). Второй вариант был предложен еще Юрием Кондратюком и независимо от него Германом Обертом в двадцатых годах.
Инженеры центра в Хьюстоне предложили естественное развитие идеи пионеров ракетной техники, которое состояло в том, что космический аппарат предлагался из двух модулей: командного модуля и лунной кабины — «лунного такси».
Космический корабль, состоящий из двух модулей, получил имя «Аполлон». С помощью двигателей третьей ступени ракеты-носителя и командного модуля он выводился на орбиту искусственного спутника Луны. Двое астронавтов должны перейти из командного модуля в лунную кабину, которая затем отделяется от командного модуля и садится на Луну. Третий астронавт остается в командном модуле на орбите ИСЛ. После завершения миссии на Луне лунная кабина с астронавтами взлетает, стыкуется с аппаратом, ожидающим на орбите, «лунное такси» отделяется и падает на Луну, а орбитальный модуль с тремя астронавтами возвращается на Землю.
Этот лунно-орбитальный вариант был более тщательно проработан и поддержан не участвовавшим ранее в спорах третьим научным центром НАСА — им. Ленгли.
Каждый из вариантов предлагал использование не менее двух носителей типа трехступенчатых «Сатурнов-5С» со стартовой массой в 2500 тонн для каждой лунной экспедиции.
Каждый «Сатурн-5С» оценили в 120 миллионов долларов. Это показалось дорого, и двухпусковые варианты не были поддержаны. Наиболее реальным оказался однопусковой лунно-орбитальный вариант, предложенный Джеком С. Хауболтом — инженером Центра им. Ленгли. Самым заманчивым в этом варианте было использование только одного носителя типа «Сатурн-5С» (позже просто «Сатурн-5»), при увеличении стартовой массы до 2900 тонн. Этот вариант позволял увеличить массу «Аполлона» на 5 тонн. Нереальный проект «Нова» был окончательно похоронен.
Пока шли споры, исследования и расчеты, Центр им. Дж. Маршалла начал в октябре 1961 года летные испытания «Сатурна-1».
Всего с октября 1961 года было запущено девять «Сатурнов-1», большинство с реальными водородными вторыми ступенями.
НАСА тем временем создало очередной комитет для изучения потребностей США в больших космических ракетах-носителях на ближайшее десятилетие.
Этот комитет подтвердил, что ранее предлагавшийся прямой вариант с использованием ракеты «Нова» нереален, и снова рекомендовал двухпусковой земной орбитальный вариант с прямой посадкой на Луну, использующий «Сатурн-5». Ожесточенные споры по альтернативам продолжались, несмотря на решение комитета.
Только 5 июля 1962 года НАСА принимает официальное решение: лунно-орбитальный однопусковой вариант объявляется единственно безопасным и экономичным для достижения Луны до 1970 года. Предварительные расчеты показали, что «Сатурн-5» может вывести 120 тонн на околоземную орбиту и доставить 45 тонн на орбиту Луны. Группа Хауболта торжествовала — их идеи овладевали умами чиновников НАСА. Начались совместные работы центров для соединения проектов «Сатурна-1» с предложениями по «Сатурну-5» и лунному орбитальному варианту. Вторую, водородную, ступень «Сатурна-1» сделали третьей ступенью «Сатурна-5».
Однако даже близкие к Кеннеди научные консультанты еще не были уверены в оптимальности предлагаемой схемы.
11 сентября 1962 года, за месяц до Карибского кризиса, президент Кеннеди посетил Центр им. Дж. Маршалла. Его сопровождал вице-президент Линдон Б. Джонсон, министр обороны Макнамара, британский министр обороны, ведущие ученые, научные советники и руководители НАСА. При стечении большого количества чиновников и журналистов Кеннеди выслушал объяснения фон Брауна о новой большой жидкостной ракете «Сатурн-5» и схеме полета к Луне. Фон Браун поддерживал однопусковой вариант, предложенный Центром им. Ленгли.
Однако окончательное решение об однопусковом варианте было принято только в 1963 году, когда огневые испытания двигателей и пуски «Сатурнов-1» дали уверенность в достаточном запасе энергетической надежности и были получены обнадеживающие данные по массовым характеристикам космического аппарата «Аполлон». К этому времени большой задел по экспериментальным работам, расчетам при выборе различных схем полетов, в конце концов, привел три центра — им. Ленгли, им. Дж. Маршалла в Хантсвилле и в Хьюстоне — к единой концепции.
Для пилотируемого полета к Луне окончательно была выбрана трехступенчатая ракета-носитель «Сатурн-5».
Стартовая масса всей системы — ракеты вместе с космическим кораблем «Аполлон» — достигала 2900 тонн. На первой ступени ракеты «Сатурн-5» были установлены пять двигателей F-1, каждый тягой 695 тс, работавших на жидком кислороде и керосине. Таким образом, суммарная тяга у Земли составляла почти 3500 тс. На второй ступени были установлены пять двигателей J-2, каждый из которых развивал в вакууме тягу 102-104 тс — суммарная тяга около 520 тс. Эти двигатели работали на жидком кислороде и водороде. Двигатель третьей ступени J-2 — многократного запуска, работавший, так же как и двигатель второй ступени, на водороде, развивал тягу 92-104 тс. Во время первого запуска третья ступень предназначалась для выведения «Аполлона» на орбиту ИСЗ. Масса полезного груза, выводимого на круговую орбиту ИСЗ высотой 185 километров и наклонением 28,5 градусов, составляла 139 тонн. Затем при втором запуске следовал разгон полезного груза до скорости, необходимой для полета к Луне по заданной траектории. Масса, разгоняемая к Луне, достигала 65 тонн. Таким образом, «Сатурн-5» разгонял к Луне почти такой же по массе полезный груз, который ранее предполагалось выводить ракетой «Нова».
Я рискую утомить читателей обилием цифр. Но без внимания к ним будет трудно представить, где конкретно и почему мы проигрывали американцам.
Надежность и безопасность были очень жестким требованием всех этапов американской лунной программы. Был принят принцип обеспечения надежности путем тщательной наземной отработки, с тем чтобы в полете производить лишь ту отработку, которую при современном уровне техники невозможно осуществить на Земле.
Высокой надежности удалось достичь благодаря созданию мощной экспериментальной базы для наземных испытаний каждой ступени ракеты и всех модулей лунного корабля. При наземных испытаниях значительно облегчаются измерения, повышается их точность и имеется возможность тщательного исследования после испытаний. Принцип максимальной наземной отработки был продиктован также очень высокими затратами на летные испытания. Американцы поставили задачу свести к минимуму отработочные летные испытания.
Наша экономия расходов на наземную отработку подтвердила старую истину о том, что скупой платит дважды. Американцы не скупились на наземную отработку и проводили ее в невиданных до того масштабах.
Были созданы многочисленные стенды для огневой отработки не только одиночных двигателей, но всех полноразмерных ступеней ракеты. Каждый серийный двигатель штатно проходил огневые испытания до полета по меньшей мере три раза: два раза до поставки и третий — в составе соответствующей ракетной ступени.
Таким образом, одноразовые по программе полета двигатели были фактически многоразовыми. Надо иметь в виду, что для получения надежности и у нас, и у американцев имелись две основные категории испытаний: те, которые проводятся на единичном прототипе изделия (или на малом числе образцов), чтобы продемонстрировать, насколько надежно конструкция будет выполнять свои функции во всех условиях полета, в том числе определить фактический ресурс изделия; и те испытания, которые проводятся на каждом летном образце, чтобы гарантировать, что они не имеют случайных производственных дефектов или ошибок в технологии серийного производства. Первая категория испытаний включает отработочные испытания на стадии конструирования. Это так называемые конструкторско-доводочные отработочные (по американской терминологии — квалификационные) испытания, проводимые на испытательных образцах. Здесь мы с американцами, испытывая одиночные двигатели, действовали более-менее идентично. По второй категории, относящейся к приемочным испытаниям двигателей, ступеней ракеты и ряда других изделий, мы в части методики смогли догнать американцев только спустя 20 лет при создании ракеты «Энергия».
Огромная глубина и ширина спектра испытаний, не поддающихся никаким сокращениям в угоду срокам, были главным фактором, ведущим к высочайшей степени надежности ракеты «Сатурн-5» и космического корабля «Аполлон».
Вскоре после убийства президента Кеннеди на одном из наших очередных совещаний по графику лунных работ Королев огласил сведения, которыми, по его словам, располагало наше высшее политическое руководство. Якобы новый президент Линдон Джонсон не намерен поддерживать лунную программу в таких темпах и с таким размахом, которые предлагались НАСА. Джонсон склонен больше средств тратить на боевые межконтинентальные ракеты и экономить на космосе.
Наши надежды на сокращение космических программ не оправдались. Новый президент США Линдон Джонсон обратился с посланием к Конгрессу, отчитываясь за работы в области авиации и космонавтики, проведенные в США в 1963 году. В этом послании говорилось: «1963 год был годом наших дальнейших успехов в освоении космического пространства. Он был также годом тщательного пересмотра нашей космической программы с точки зрения интересов национальной безопасности, в результате чего широко одобрен курс на достижение и сохранение в будущем нашего превосходства в овладении космосом…
Достижение успехов в освоении космоса весьма важно для нашей нации, если мы хотим сохранить первенство в развитии техники и эффективно содействовать укреплению мира во всем мире. Однако для осуществления этой задачи потребуется затратить значительные материальные ресурсы».
Даже Джонсон признавал, что США отставали от СССР «в результате сравнительно позднего начала работ и отсутствия в первое время энтузиазма в освоении космоса». Он отмечал: «В этот период наш главный соперник не стоял на месте и фактически продолжал лидировать в некоторых областях… Однако наши замечательные успехи в разработке больших ракет и сложных космических кораблей являются убедительным доказательством того, что Соединенные Штаты находятся на пути к новым успехам в освоении космоса и ликвидируют всякое отставание в этой области… Если мы поставили перед собой цель добиться и удержать первенство, то нельзя ослаблять усилия, снижать энтузиазм».
Перечисляя достижения 1963 года, Джонсон счел нужным упомянуть: «… осуществлен успешный запуск ракеты „Кентавр“, первой ракеты с высокоэнергетическим топливом, успешно проведено одно из серии испытаний первой ступени ракеты „Сатурн «тягой 680 000 кгс — наибольшей из испытанных до сих пор первых ступеней ракет-носителей. В конце 1963 года США разработали более мощные ракеты, чем имеющиеся в данный момент в СССР“.
В ноябре 1959 года американская администрация передает Редстоунский Арсенал в НАСА. Он преобразовывается в Центр космических полетов им. Дж. Маршалла. Техническим руководителем центра назначается Вернер фон Браун. Лично для фон Брауна это было событием большого значения. Ему, запятнавшему себя в глазах американского демократического общества принадлежностью к национал-социалистической партии Гитлера, было оказано высокое доверие. Наконец-то он получил возможность осуществить обсуждавшуюся еще в Пенемюнде мечту о межпланетном полете человека! Только за разговоры о межпланетных полетах, отвлекающие от работы над Фау-2, в 1942 году Вернер фон Браун и Гельмут Греттруп были ненадолго арестованы гестапо.
Продолжающиеся успехи советской космонавтики не давали американцам передышки для спокойной организационной перестройки, постепенного укомплектования штатов. В НАСА спешно передавались научно-исследовательские организации из НАКА, армии и флота. На декабрь 1962 года численность этой государственной организации составляла 25 667 человек, из которых 9240 человек были дипломированными научными работниками и инженерами.
Непосредственно НАСА были подчинены переданные из военного ведомства пять научно-исследовательских центров, пять летно-испытательных центров, лаборатория реактивного движения, крупные испытательные комплексы и специализированные производства, а также несколько новых центров.
В Хьюстоне, штат Техас, создавался государственный центр по разработке пилотируемых космических аппаратов с экипажем. Здесь находился главный штаб по разработке и запуску аппаратов «Джемини» и будущих «Аполлонов».
Руководство деятельностью НАСА осуществлялось группой из трех человек, назначаемых президентом США. Эти трое выполняли, в нашем представлении, роли генерального конструктора и генерального директора всего НАСА. Перед НАСА администрацией США была поставлена задача добиться в ближайшие годы превосходства над СССР во всех важнейших областях использования космоса. Организации, объединявшиеся в НАСА, получили право привлечения других государственных организаций, университетов и частных промышленных корпораций.
Президент Рузвельт во время войны создал мощную государственную организацию для разработки атомного оружия. Этот опыт теперь был использован молодым президентом Кеннеди, который всячески укреплял НАСА и контролировал его работу для выполнения общенациональной задачи — во что бы то ни стало обогнать СССР.
Американские политики и историки не скрывали, что Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства было создано в ответ на вызов, брошенный советскими спутниками. К сожалению, ни мы, советские ракетчики, ни высшее политическое руководство Советского Союза не оценили решающего значения организационных мероприятий, осуществляемых в те годы американской администрацией.
Главной задачей для всей кооперации, объединявшейся НАСА, было выполнение общенациональной программы по высадке экспедиции на Луну до конца шестидесятых годов. Расходы на решение этой задачи уже в первые годы деятельности составляли три четверти всего бюджета НАСА.
25 мая 1961 года президент Кеннеди в послании Конгрессу и всему американскому народу сказал: «Сейчас время сделать большой шаг, время для более великой новой Америки, время для американской науки занять ведущую роль в космических достижениях, которые могут дать ключ к нашему будущему на Земле… Я верю, что эта нация примет на себя обязательства достижения великой цели — высадки человека на Луну и безопасного возвращения его на Землю еще в этом десятилетии».
Вскоре Келдыш приехал к Королеву в ОКБ-1 для обсуждения нашей адекватной программы. Он рассказал, что Хрущев задал ему вопрос, насколько серьезным является заявление президента Кеннеди о высадке человека на Луну.
— Я ответил Никите Сергеевичу, — сказал Келдыш, — что технически задача реализуема, но потребует очень больших средств. Их надо изыскивать за счет других программ. Никита Сергеевич был явно озабочен и сказал, что к этому вопросу мы вернемся в ближайшее время.
В то время мы были бесспорными лидерами в мировой космонавтике. Однако в лунной программе США опередили нас уже тем, что сразу объявили ее общенациональной: «Каждый американец должен внести свой вклад в успешное осуществление этого полета». «Космические доллары» начали проникать почти в каждую область американской экономики. Таким образом, подготовка высадки на Луну оказалась под контролем всего американского общества.
В 1941 году Гитлер поставил перед фон Брауном совершенно секретную национальную задачу создания баллистической ракеты «Фау-2» — секретного «оружия возмездия» для массового уничтожения англичан.
В 1961 году президент Кеннеди открыто перед всем миром доверил тому же фон Брауну общенациональную задачу создания самой мощной в мире ракеты-носителя для пилотируемого полета на Луну.
Фон Браун предложил для новой многоступенчатой ракеты на первой ступени использовать для ЖРД уже хорошо освоенные компоненты — кислород и керосин, а на второй и третьей — новую пару — кислород и водород. Обращают на себя внимание два фактора: во-первых, отсутствие предложений об использовании для новой тяжелой ракеты высококипящих компонентов (типа азотного тетроксида и диметилгидразина) несмотря на то, что в это время создавалась тяжелая межконтинентальная ракета «Титан-2» на таких высококипящих компонентах; и, во-вторых, для следующих ступеней сразу, а не в перспективе предлагается использование водорода. Фон Браун, предлагая использование водорода в качестве топлива, по достоинству оценил пророческие идеи Циолковского и Оберта. К тому же для одного из вариантов ракеты «Атлас» уже разрабатывалась вторая ступень «Кентавр» с ЖРД, работавшим на кислороде и водороде. «Кентавр» впоследствии успешно использовался американцами и в качестве третьей ступени ракеты «Титан-3».
Водородный двигатель RL-10 для «Кентавра», разработанный фирмой «Пратт энд Уитни», имел тягу всего 6,8 тс. Но это был первый в мире ЖРД с рекордной по тем временам удельной тягой 420 единиц. В 1985 году вышла в свет энциклопедия»Космонавтика»[6], главным редактором которой был академик Глушко. В этом издании Глушко воздает должное водородным ЖРД и работам американцев.
В статье «Жидкостный ракетный двигатель» написано: «При равной стартовой массе РН они (кислородно-водородные ЖРД) способны вывести на околоземную орбиту втрое больший полезный груз, чем кислородно-керосиновые ЖРД».
Однако известно, что в начале своей деятельности по разработке ЖРД Глушко отрицательно относился к идее использования в качестве горючего жидкого водорода. В книге[7] «Ракеты, их устройство и применение» Глушко приводит сравнительную оценку ракетных топлив для случая движения в космическом пространстве, пользуясь формулой Циолковского. В заключение расчетов, анализ которых не входит в мою задачу, 27-летний инженер РНИИ в 1935 году писал: «Таким образом, ракета с водородным топливом будет иметь большую скорость, чем ракета того же веса с бензином, лишь в том случае, если вес топлива будет превышать остальной вес ракеты более чем в 430 раз… Отсюда мы видим, что мысль об использовании жидкого водорода в качестве горючего должна быть отброшена».
Ошибку молодости Глушко понял не позднее 1958 года, судя по тому, что завизировал постановление, предусматривающее в числе прочих мероприятий также и разработку ЖРД на водороде. К сожалению, в практических разработках водородных ЖРД СССР отстал от США в самом начале лунной гонки. Это отставание во времени нарастало и оказалось в конечном счете одним из факторов, определивших существенное преимущество американской лунной программы.
Отрицательное отношение Глушко к кислородно-водородной паре в качестве топлива для ЖРД было одной из причин резкой критики со стороны Королева и особенно Мишина. Среди ракетных топлив кислородно-водородная пара по эффективности находится на втором месте после фторо-водородного топлива. Особое возмущение вызвало сообщение, что Глушко создает на берегу Финского залива специальный филиал для испытаний фтористых двигателей. «Он может Ленинград отравить своим фтором», — неистовствовал Мишин.
Справедливости ради надо сказать, что, став генеральным конструктором НПО «Энергия», при разработке ракетно-космического комплекса «Энергия» — «Буран» Глушко пришел к решению о создании второй ступени на кислородно-водородном двигателе.
На примере использования водорода для двигателей тяжелых носителей можно показать, что правительства ни США, ни СССР не определяли таких вопросов. Это было всецело компетенцией руководителей разработок.
В 1960 году руководство НАСА одобрило три форсированных этапа программы «Сатурн»:
«Сатурн С-1»-двухступенчатая ракета с первым запуском в 1961 году, вторая ступень на водороде;
«Сатурн С-2» — трехступенчатая ракета с запуском в 1963 году;
«Сатурн С-3» — пятиступенчатая перспективная ракета.
Для всех трех вариантов проектировалась единая первая ступень с ЖРД на топливе кислород — керосин. Для второй и третьей ступеней фирме «Рокетдайн» заказывались кислородно-водородные двигатели J-2 на тягу 90,7 тс. Для четвертой и пятой ступеней фирме «Пратт энд Уитни» заказывались двигатели LR-115 с тягой 9 тс или упоминавшийся уже «Кентавр» с тягой до 7 тс.
После дискуссий и экспериментов окончательно пошли в разработку, производство и на летные испытания три вида ракет-носителей типа «Сатурн»:
«Сатурн-1», предназначенный для экспериментальных полетов с целью отработки на орбите ИСЗ макетов корабля «Аполлон». Эта двухступенчатая ракета стартовой массой 500 тонн выводила на орбиту ИСЗ полезный груз до 10,2 тонны;
«Сатурн-1B», разработанный как модификация «Сатурна-1». Он предназначался для пилотируемых орбитальных полетов с целью отработки модулей корабля «Аполлон» и операции сближения и стыковки. Стартовая масса «Сатурна— 1В» составляла 600 тонн, а масса полезного груза 18 тонн. Вторая ступень «Сатурна-1B» на кислороде и водороде отрабатывалась с целью использовать ее аналог в качестве третьей ступени следующей окончательной модификации «Сатурнов»;
«Сатурн-5» — окончательный вариант трехступенчатого носителя для лунной экспедиции, заменивший пятиступенчатый «Сатурн С-3».
Еще раз возвращаясь к проблеме водородных двигателей, хочу обратить внимание на то, что ЖРД J-2 начал разрабатываться фирмой «Рокетдайн» по контракту с НАСА в сентябре 1960 года. В конце 1962 года этот высотный мощный водородный двигатель уже проходил огневые стендовые испытания, развивая тягу, соответствующую 90 тс в пустоте.
Превзойти эти достижения фирмы «Рокетдайн» по параметрам кислородно-водородного ЖРД удалось фирме, основанной в Воронеже Косбергом. Главный конструктор Александр Конопатов создал в 1980 году для второй ступени ракеты «Энергия» ЖРД РД-0120 тягой в пустоте 200 тс и удельным импульсом 440 единиц. Но это случилось через 25 лет!
Американцами предусматривались также и перспективы использования вместо ЖРД на второй или третьей ступени ядерного двигателя. Работа по этому двигателю в программе под шифром «Ровер» в отличие от работ по ЖРД была строго засекречена даже для сотрудников Центра им. Дж. Маршалла.
По планам НАСА предлагалось осуществить запуски «Сатурнов», постепенно усложняя программу с таким расчетом, чтобы в 1963 — 1964 годах иметь полностью отработанный тяжелый носитель.
Несмотря на авторитет Вернера фон Брауна, разработка проекта лунной экспедиции проходила в обстановке острых дискуссий вокруг выбора ракеты-носителя и принципиальной схемы полета.
В июле 1961 года в США был создан специальный комитет по ракетам-носителям. В комитет вошли руководители НАСА, Министерства обороны, ВВС и некоторых корпораций. Комитет предложил разработать ракету-носитель «Сатурн С-3» в трехступенчатом варианте. Существенно новым было решение комитета о разработке ЖРД F-1 фирмой «Рокетдайн» тягой 680 тс для первой ступени.
«Сатурн С-3» по расчетам способен был вывезти на орбиту ИСЗ 45-50 тонн и к Луне всего 13,5 тонн. Этого было недостаточно, и НАСА, поощряемое позицией президента, смело расширяет фронт работ по лунной программе.
Два мощных научных коллектива НАСА — Центр пилотируемых аппаратов в Хьюстоне (позже космический центр им. Джонсона) и Центр им. Дж. Маршалла, разрабатьшавший носители, — предлагали разные варианты экспедиции.
Хьюстонские инженеры предлагали самый простой прямой вариант полета: три астронавта в космическом корабле стартуют к Луне с помощью очень мощной ракеты и летят кратчайшим путем. По этой схеме космический корабль должен иметь такие запасы топлива, чтобы совершить прямую посадку, затем взлет и возвратиться на Землю без всяких промежуточных стыковок.
По расчетам «прямой» вариант требовал для возвращения на Землю стартовой массы на поверхности Луны 23 тонны. Чтобы получить такую стартовую массу на Луне, требовалось вывести на орбиту ИСЗ 180 тонн, а на траекторию к Луне 68 тонн. Такую массу одним пуском способна была бы вывести ракета-носитель «Нова», проект которой рассматривался в Центре им. Дж. Маршалла. Это чудовище по предварительным расчетам имело стартовую массу свыше 6000 тонн. Создание подобной ракеты, по мнению оптимистов, уходило далеко за 1970 год и комитетом было отвергнуто.
Центр им. Дж. Маршалла, в котором работали немецкие специалисты, вначале предлагал двухпусковой околоземный орбитальный вариант. На орбиту Земли выводится беспилотная разгонная ракетная ступень. На орбите Земли предполагалась ее стыковка с третьей пилотируемой ступенью, имеющей необходимый для разгона к Луне запас водорода. На земной орбите кислород разгонной ракеты перекачивается в пустой бак окислителя третьей ступени и такая кислородно-водородная ракета разгоняет космический корабль к Луне. Далее могут быть два варианта: прямая посадка на Луну или предварительный выход на орбиту искусственного спутника Луны (ИСЛ). Второй вариант был предложен еще Юрием Кондратюком и независимо от него Германом Обертом в двадцатых годах.
Инженеры центра в Хьюстоне предложили естественное развитие идеи пионеров ракетной техники, которое состояло в том, что космический аппарат предлагался из двух модулей: командного модуля и лунной кабины — «лунного такси».
Космический корабль, состоящий из двух модулей, получил имя «Аполлон». С помощью двигателей третьей ступени ракеты-носителя и командного модуля он выводился на орбиту искусственного спутника Луны. Двое астронавтов должны перейти из командного модуля в лунную кабину, которая затем отделяется от командного модуля и садится на Луну. Третий астронавт остается в командном модуле на орбите ИСЛ. После завершения миссии на Луне лунная кабина с астронавтами взлетает, стыкуется с аппаратом, ожидающим на орбите, «лунное такси» отделяется и падает на Луну, а орбитальный модуль с тремя астронавтами возвращается на Землю.
Этот лунно-орбитальный вариант был более тщательно проработан и поддержан не участвовавшим ранее в спорах третьим научным центром НАСА — им. Ленгли.
Каждый из вариантов предлагал использование не менее двух носителей типа трехступенчатых «Сатурнов-5С» со стартовой массой в 2500 тонн для каждой лунной экспедиции.
Каждый «Сатурн-5С» оценили в 120 миллионов долларов. Это показалось дорого, и двухпусковые варианты не были поддержаны. Наиболее реальным оказался однопусковой лунно-орбитальный вариант, предложенный Джеком С. Хауболтом — инженером Центра им. Ленгли. Самым заманчивым в этом варианте было использование только одного носителя типа «Сатурн-5С» (позже просто «Сатурн-5»), при увеличении стартовой массы до 2900 тонн. Этот вариант позволял увеличить массу «Аполлона» на 5 тонн. Нереальный проект «Нова» был окончательно похоронен.
Пока шли споры, исследования и расчеты, Центр им. Дж. Маршалла начал в октябре 1961 года летные испытания «Сатурна-1».
Всего с октября 1961 года было запущено девять «Сатурнов-1», большинство с реальными водородными вторыми ступенями.
НАСА тем временем создало очередной комитет для изучения потребностей США в больших космических ракетах-носителях на ближайшее десятилетие.
Этот комитет подтвердил, что ранее предлагавшийся прямой вариант с использованием ракеты «Нова» нереален, и снова рекомендовал двухпусковой земной орбитальный вариант с прямой посадкой на Луну, использующий «Сатурн-5». Ожесточенные споры по альтернативам продолжались, несмотря на решение комитета.
Только 5 июля 1962 года НАСА принимает официальное решение: лунно-орбитальный однопусковой вариант объявляется единственно безопасным и экономичным для достижения Луны до 1970 года. Предварительные расчеты показали, что «Сатурн-5» может вывести 120 тонн на околоземную орбиту и доставить 45 тонн на орбиту Луны. Группа Хауболта торжествовала — их идеи овладевали умами чиновников НАСА. Начались совместные работы центров для соединения проектов «Сатурна-1» с предложениями по «Сатурну-5» и лунному орбитальному варианту. Вторую, водородную, ступень «Сатурна-1» сделали третьей ступенью «Сатурна-5».
Однако даже близкие к Кеннеди научные консультанты еще не были уверены в оптимальности предлагаемой схемы.
11 сентября 1962 года, за месяц до Карибского кризиса, президент Кеннеди посетил Центр им. Дж. Маршалла. Его сопровождал вице-президент Линдон Б. Джонсон, министр обороны Макнамара, британский министр обороны, ведущие ученые, научные советники и руководители НАСА. При стечении большого количества чиновников и журналистов Кеннеди выслушал объяснения фон Брауна о новой большой жидкостной ракете «Сатурн-5» и схеме полета к Луне. Фон Браун поддерживал однопусковой вариант, предложенный Центром им. Ленгли.
Однако окончательное решение об однопусковом варианте было принято только в 1963 году, когда огневые испытания двигателей и пуски «Сатурнов-1» дали уверенность в достаточном запасе энергетической надежности и были получены обнадеживающие данные по массовым характеристикам космического аппарата «Аполлон». К этому времени большой задел по экспериментальным работам, расчетам при выборе различных схем полетов, в конце концов, привел три центра — им. Ленгли, им. Дж. Маршалла в Хантсвилле и в Хьюстоне — к единой концепции.
Для пилотируемого полета к Луне окончательно была выбрана трехступенчатая ракета-носитель «Сатурн-5».
Стартовая масса всей системы — ракеты вместе с космическим кораблем «Аполлон» — достигала 2900 тонн. На первой ступени ракеты «Сатурн-5» были установлены пять двигателей F-1, каждый тягой 695 тс, работавших на жидком кислороде и керосине. Таким образом, суммарная тяга у Земли составляла почти 3500 тс. На второй ступени были установлены пять двигателей J-2, каждый из которых развивал в вакууме тягу 102-104 тс — суммарная тяга около 520 тс. Эти двигатели работали на жидком кислороде и водороде. Двигатель третьей ступени J-2 — многократного запуска, работавший, так же как и двигатель второй ступени, на водороде, развивал тягу 92-104 тс. Во время первого запуска третья ступень предназначалась для выведения «Аполлона» на орбиту ИСЗ. Масса полезного груза, выводимого на круговую орбиту ИСЗ высотой 185 километров и наклонением 28,5 градусов, составляла 139 тонн. Затем при втором запуске следовал разгон полезного груза до скорости, необходимой для полета к Луне по заданной траектории. Масса, разгоняемая к Луне, достигала 65 тонн. Таким образом, «Сатурн-5» разгонял к Луне почти такой же по массе полезный груз, который ранее предполагалось выводить ракетой «Нова».
Я рискую утомить читателей обилием цифр. Но без внимания к ним будет трудно представить, где конкретно и почему мы проигрывали американцам.
Надежность и безопасность были очень жестким требованием всех этапов американской лунной программы. Был принят принцип обеспечения надежности путем тщательной наземной отработки, с тем чтобы в полете производить лишь ту отработку, которую при современном уровне техники невозможно осуществить на Земле.
Высокой надежности удалось достичь благодаря созданию мощной экспериментальной базы для наземных испытаний каждой ступени ракеты и всех модулей лунного корабля. При наземных испытаниях значительно облегчаются измерения, повышается их точность и имеется возможность тщательного исследования после испытаний. Принцип максимальной наземной отработки был продиктован также очень высокими затратами на летные испытания. Американцы поставили задачу свести к минимуму отработочные летные испытания.
Наша экономия расходов на наземную отработку подтвердила старую истину о том, что скупой платит дважды. Американцы не скупились на наземную отработку и проводили ее в невиданных до того масштабах.
Были созданы многочисленные стенды для огневой отработки не только одиночных двигателей, но всех полноразмерных ступеней ракеты. Каждый серийный двигатель штатно проходил огневые испытания до полета по меньшей мере три раза: два раза до поставки и третий — в составе соответствующей ракетной ступени.
Таким образом, одноразовые по программе полета двигатели были фактически многоразовыми. Надо иметь в виду, что для получения надежности и у нас, и у американцев имелись две основные категории испытаний: те, которые проводятся на единичном прототипе изделия (или на малом числе образцов), чтобы продемонстрировать, насколько надежно конструкция будет выполнять свои функции во всех условиях полета, в том числе определить фактический ресурс изделия; и те испытания, которые проводятся на каждом летном образце, чтобы гарантировать, что они не имеют случайных производственных дефектов или ошибок в технологии серийного производства. Первая категория испытаний включает отработочные испытания на стадии конструирования. Это так называемые конструкторско-доводочные отработочные (по американской терминологии — квалификационные) испытания, проводимые на испытательных образцах. Здесь мы с американцами, испытывая одиночные двигатели, действовали более-менее идентично. По второй категории, относящейся к приемочным испытаниям двигателей, ступеней ракеты и ряда других изделий, мы в части методики смогли догнать американцев только спустя 20 лет при создании ракеты «Энергия».
Огромная глубина и ширина спектра испытаний, не поддающихся никаким сокращениям в угоду срокам, были главным фактором, ведущим к высочайшей степени надежности ракеты «Сатурн-5» и космического корабля «Аполлон».
Вскоре после убийства президента Кеннеди на одном из наших очередных совещаний по графику лунных работ Королев огласил сведения, которыми, по его словам, располагало наше высшее политическое руководство. Якобы новый президент Линдон Джонсон не намерен поддерживать лунную программу в таких темпах и с таким размахом, которые предлагались НАСА. Джонсон склонен больше средств тратить на боевые межконтинентальные ракеты и экономить на космосе.
Наши надежды на сокращение космических программ не оправдались. Новый президент США Линдон Джонсон обратился с посланием к Конгрессу, отчитываясь за работы в области авиации и космонавтики, проведенные в США в 1963 году. В этом послании говорилось: «1963 год был годом наших дальнейших успехов в освоении космического пространства. Он был также годом тщательного пересмотра нашей космической программы с точки зрения интересов национальной безопасности, в результате чего широко одобрен курс на достижение и сохранение в будущем нашего превосходства в овладении космосом…
Достижение успехов в освоении космоса весьма важно для нашей нации, если мы хотим сохранить первенство в развитии техники и эффективно содействовать укреплению мира во всем мире. Однако для осуществления этой задачи потребуется затратить значительные материальные ресурсы».
Даже Джонсон признавал, что США отставали от СССР «в результате сравнительно позднего начала работ и отсутствия в первое время энтузиазма в освоении космоса». Он отмечал: «В этот период наш главный соперник не стоял на месте и фактически продолжал лидировать в некоторых областях… Однако наши замечательные успехи в разработке больших ракет и сложных космических кораблей являются убедительным доказательством того, что Соединенные Штаты находятся на пути к новым успехам в освоении космоса и ликвидируют всякое отставание в этой области… Если мы поставили перед собой цель добиться и удержать первенство, то нельзя ослаблять усилия, снижать энтузиазм».
Перечисляя достижения 1963 года, Джонсон счел нужным упомянуть: «… осуществлен успешный запуск ракеты „Кентавр“, первой ракеты с высокоэнергетическим топливом, успешно проведено одно из серии испытаний первой ступени ракеты „Сатурн «тягой 680 000 кгс — наибольшей из испытанных до сих пор первых ступеней ракет-носителей. В конце 1963 года США разработали более мощные ракеты, чем имеющиеся в данный момент в СССР“.