Автору этих строк посчастливилось участвовать в работах по созданию отечественного многоразового орбитального космического корабля "Буран", и могу только подтвердить, что у нашего первого космического самолета судьба должна была быть долгой и вполне благополучной! К сожалению, его первый полёт оказался и последним, т.к. у Великой державы, целенаправленно разваливаемой в то время всеми, кому не лень, денег на ввод в эксплуатацию новейшего орбитального самолёта уже не осталось…
С ЧЕГО НАЧИНАЛСЯ «БУРАН»
Все первые возвращаемые на Землю космические корабли (как наши, так и американские) были одноразовыми. Однако одноразовые корабли имеют низкую эффективность, и для нужд космонавтики всегда крайне желательным было создание многократно используемых возвращаемых пилотируемых крылатых летательных аппаратов (орбитальных космических самолётов). Практическая разработка многоразовых космических транспортных систем с использованием пилотируемых крылатых летательных аппаратов началась в США в 70-е годы. В Советском Союзе серьезное финансирование аналогичных работ было начато на несколько лет позже, хотя предварительная проработка различных вопросов по созданию таких систем проводилась в СССР еще с середины 60-х годов.
Началась изматывающая гонка двух сверхдержав по созданию пилотируемых систем, способных вывести в космос нагрузку порядка 100 тонн... Особенно много масла в огонь этой гонки подлила пресловутая концепция «звездных войн» президента США Рональда Рэйгана. Американцы тогда надеялись добиться стратегического превосходства над СССР за счет вывода в космос лазерного, пучкового и ракетного оружия именно с помощью многоразовых космических челноков.
Ценой огромных усилий и колоссальных затрат в итоге этой гонки в 80-х годах были созданы две по многим параметрам очень близкие многоразовые космические системы: наша «Энергия-Буран» и американская «Спейс Шаттл». Наша система «Энергия-Буран» имела стартовую массу порядка 2400 тонн и состояла из мощной универсальной ракеты-носителя «Энергия» и 100-тонного космического самолета «Буран» с полезной нагрузкой до 30 тонн. ( На фото 1 - старт системы «Энергия-Буран» с автографом Генерального конструктора «Бурана» Г.Е. Лозино-Лозинского).
В отличие от американского прототипа, Буран оснастили уникальной автоматизированной системой управления, позволявшей осуществлять полеты в космос и возвращение на Землю вообще без экипажа (американские челноки так и не получили такой возможности).
МЕТОД ДИАГНОСТИКИ РАЗРАБОТАН В РОСТОВЕ
Создание Бурана потребовало привлечения последних достижений отечественной науки и разработки новых высоких технологий. Так, очень серьезной задачей было обеспечение надежной теплозащиты космического самолета. Самым уязвимым элементом многоразовых космических кораблей является именно их теплозащита. Трагическим подтверждением этого стала гибель в 2003 году вследствие повреждения теплозащиты нижней части левого крыла первого американского многоразового космического самолёта «Колумбия» вместе со всеми семью членами его экипажа.
Космический корабль входит в плотные слои атмосферы со скоростью, почти в 20 раз превышающей скорость звука, что вызывает не только тепловые, но и очень сильные динамические нагрузки. Вследствие этого, наиболее нагруженные элементы - нос фюзеляжа и передние кромки крыльев защищены прочной (похожей на керамику) теплозащитой, представляющей многослойную конструкцию из углеродного композиционного материала. Однако такая защита достаточно тяжелая, её немного, и вся остальная поверхность корабля покрывается очень легкой по весу, но намного менее прочной теплозащитой в виде плиток белого и черного цветов. Плитки теплозащиты через слой материала, по свойствам близкого к обычному войлоку (у американцев этот материал называется «monex») приклеиваются к обшивке космического корабля. Промежуточный слой войлока необходим для того, чтобы плитки не потрескались от деформации при нагревании до тысячи и более градусов.
Таким образом, получается достаточно капризный, очень неудобный для контроля «слоеный пирог», к качеству и надежности склейки которого предъявляются чрезвычайно жесткие требования, а общее количество приклеиваемых плиток на Буране достигало сорока, а на американских челноках – двадцати тысяч штук!
Оказалось, что ценную информацию о прочности теплозащитных плиток можно получить с помощью активно развиваемого с начала 70-х годов в нашем НИИ механики и прикладной математики Ростовского госуниверситета метода акустико-эмиссионной (сокращенно АЭ) диагностики. Сущность метода состоит в анализе параметров чрезвычайно слабого ультразвукового излучения, генерируемого самими микродефектами (микротрещинами) в ходе их подрастания. Грубо говоря, каждая трещинка сама как бы «кричит» о своём росте! Каждый род повреждения создает сигналы определенного типа. Таким образом, зарегистрировав и обработав эти сигналы, можно прогнозировать прочность и долговечность различных ответственных объектов. Руководство НПО «Молния», строившего «Буран», пригласило нас к участию в разработке методов АЭ диагностики элементов его конструкции. Метод АЭ предполагалось использовать в дополнение к другим известным методам для еще большего повышения достоверности результатов контроля и диагностики.
В лаборатории акустической эмиссии, которой я тогда заведовал, к тематике непосредственно связанной с Бураном было привлечено до 20 сотрудников. За несколько лет нам удалось усовершенствовать метод и создать АЭ аппаратуру для диагностики предразрушающего состояния плиток теплозащиты. Это существенно (по некоторым данным до нескольких раз) повысило достоверность результатов диагностики прочности элементов теплозащиты «Бурана».
«КОВАРСТВО» ВОДОРОДА!
Еще одним ценным и очень интересным применением в рамках программы «Энергия-Буран» результатов развиваемого нами метода АЭ стали работы по диагностике водородного охрупчивания материалов. Дело в том, что водород (особенно газообразный) ведет себя очень коварно, и его присутствие в металлах и сплавах часто приводит к снижению пластичности материалов, возникновению микро- и макротрещин, т.е. к появлению так называемой «водородной хрупкости».
Уже сейчас все газотурбинные авиационные двигатели и двигатели внутреннего сгорания в принципе можно было бы вместо керосина и бензина перевести на водород, однако, если не принять специальные меры к уменьшению водородного охрупчивания, то все самолеты с водородными двигателями через некоторое время обязательно взорвутся, а автомобили «взлетят на воздух»! Несмотря на уникальную экологичность водорода в качестве топлива, «водородное охрупчивание» может стать настоящим проклятием для будущего водородной энергетики.
Особенно остро проблема диагностики «водородной хрупкости» материалов проявила себя в процессе разработки водородно-кислородных ракетных двигателей РД-0120 второй ступени для центрального блока ракетно-космической системы «Энергия-Буран» (фото 2). Эти двигатели разработки КБХА (КБ «Химавтоматики») работали на самом эффективном кислородно-водородном топливе (горючее – жидкий при минус 255 градусов водород, окислитель – жидкий при минус 186 градусов кислород) и до сих пор вместе с американскими SSME (Space Shuttle Main Engine) являются лучшими в мире ракетными двигателями! Горючее и окислитель для этих водородных двигателей суммарной массой почти 1000 тонн размещались в криогенных резервуарах внутри центрального блока что, естественно, тоже предъявляло весьма жесткие требования к используемым для их изготовления материалам.
По просьбе руководства КБХА нами совместно с сотрудниками Физико-механического института им. Г.В.Карпенко Академии Наук Украины и отдела главного металлурга КБХА были проведены исследования по применению метода АЭ для диагностики водородного охрупчивания высоколегированных сталей и сплавов. Эксперименты проводились в Львове на базе ФМИ им. Г.В. Карпенко АН УССР.
Гостиница, куда нас поселили на время экспериментов, располагалась в самом центре Львова, прямо напротив памятника Адаму Мицкевичу. Вечером, сидя в номере гостиницы «за чашкой чая» с начальником бюро неразрушающего контроля КБХА В.А.Пожидаевым и заместителем директора нашего института А.С.Трипалиным, мы долго удивлялись, как так могло случиться, что уникальная экспериментальная база для механических испытаний материалов в среде газообразного водорода находится не где-нибудь в центре Советского Союза, а на Украине, и так близко от границы!!!
Испытания в среде водорода проводились в подземном бункере, и их осуществление потребовало значительной модернизации нашего АЭ диагностического комплекса согласно самым жестким требованиям взрывобезопасности. Дело в том, что мощность взрыва объема водорода, находящегося под давлением в испытательной камере по своим разрушительным последствиям может достигать взрыва хорошего снаряда!
Результаты наших совместных экспериментов показали, что в случае влияния водорода на механические свойства материала, можно действительно использовать метод АЭ для оценки степени этого влияния, а также прогнозировать прочность и долговечность материалов и изделий из них в среде водорода. Эти результаты помогли конструкторам КБХА разработать новые материалы и сплавы, максимально устойчивые к водородному охрупчиванию в требуемых интервалах температур и давлений. Созданный нами диагностический АЭ комплекс был награжден тремя медалями ВДНХ СССР. Автор данного очерка и заместитель директора нашего НИИ получили медали за разработку комплекса. Третью медаль получил представитель КБХА за внедрение комплекса на своем предприятии.
ПЕРВЫЙ СТАРТ «БУРАНА»
После того, как 15 мая 1987 года успешно состоялись летные испытания новой универсальной ракеты-носителя «Энергия», было решено осенью 1988 года осуществить старт ракетно-космической системы «Энергия-Буран» в беспилотном варианте. Первый старт многоразовой космической системы «Энергия-Буран» неоднократно откладывался и, наконец, состоялся 15 ноября 1988 года. Летные испытания космического самолета «Буран» прошли чрезвычайно успешно. Естественно, были неизбежные для первого полета неполадки и отказы некоторых систем. Однако, совершив два оборота вокруг Земли в автоматическом режиме без экипажа, «Буран» идеально точно приземлился на взлетную полосу. Специалисты по системам управления до сих пор ломают голову, как ему это удалось. Дело в том, что штатной посадке по заложенной программе мешал сильный ветер, и «Буран», самостоятельно рассчитав новую траекторию и совершив сложные маневры в воздухе, неожиданно для всех зашел на посадку и успешно приземлился с противоположной стороны полосы!
В дальнейшем предполагалось осуществить еще два беспилотных испытательных запуска, а затем перейти к выполнению программы пилотируемых полетов…
«НУ, ЗА «БУРАН!»
Дома у меня до сих пор хранится бутылка финского клюквенного ликера, которую я более 35 лет назад пообещал открыть в день первого успешного полета «Бурана» с нашими космонавтами на борту…
А дело было так. В апреле 1981 года мы с научным сотрудником моей лаборатории Владимиром Синяговским находились в Москве, где на нашей аппаратуре проводили эксперименты по диагностике изделий ответственного назначения в одной из организаций. И надо же такому случиться, что именно в День космонавтики в Москве встретили родного брата Синяговского, офицера-ракетчика, прилетевшего с космодрома в столицу по служебным делам. До известной антиалкогольной кампании впереди было еще несколько лет, и вечером мы втроем собрались в номере гостиницы отметить нашу встречу и День космонавтики.
Часто бывая в Москве, я всегда привозил для домашней коллекции разные экзотические для того времени напитки. На этот раз мне удалось достать 3 бутылки финского клюквенного ликера, одну из которых мы сразу же и оприходовали «за встречу». Сидели за столом, разговаривали, смотрели телевизор. И тут в программе новостей сообщили, что состоялся старт первого американского космического челнока «Колумбия» с астронавтами Д.Янгом и Р.Криппеном на борту! Естественно, нам было очень жаль, что именно в годовщину исторического первого полета в космос Юрия Гагарина состоялся первый полет не нашего, а американского космического самолёта. Мы расстроились, и пришлось открывать вторую бутылку – теперь уже за скорейший старт отечественного многоразового корабля, который тогда еще имел другое, чем «Буран», название. Последнюю же бутылку я пообещал откупорить именно в день старта нашего челнока с летчиками-космонавтами на борту…
К сожалению, первый беспилотный полет «Бурана» оказался и последним. Денег на продолжение работ и ввод в эксплуатацию пилотируемого крылатого орбитального корабля уже не было. Финансирование программы было практически полностью прекращено к 1992 году. Однако по личной просьбе Главного конструктора Бурана Глеба Евгеньевича Лозино-Лозинского мы еще год продолжали работы за свой счет. Задолженность институту за эти работы никто до сих пор так и не погасил.
СГУБИЛА ВЕДОМСТВЕННОСТЬ
Взлети «Буран» хотя бы на один-два года раньше – его дальнейшая судьба могла бы быть вполне благополучной. Полагаю, что «Буран» действительно мог появиться года на два раньше, если бы не подковерная борьба задействованных в программе министерств и ведомств. Ракету-носитель «Энергия» делало министерство, отвечающее за нашу ракетно-космическую отрасль, в то время как строительство «Бурана» осуществляло министерство авиационной промышленности. Между этими ведомствами еще со времен Н.С.Хрущева шла жесткая борьба за приоритетное финансирование своих разработок.
Антагонизм между «ракетчиками» и «самолетчиками» часто проявлялся на уровне разработчиков конкретных блоков системы «Энергия-Буран» и, к сожалению, иногда даже между задействованными в программе летчиками и космонавтами. Отголоски этого былого соперничества с «ракетчиками» проскальзывали даже в некоторых интервью первого пилота Бурана выдающегося летчика-космонавта Игоря Волка.
Очень жаль, что вместе с программой по «Бурану» были также свернуты и работы по «Энергии». Полагаю, что здесь не обошлось без давления зарубежных конкурентов. Дело в том, что эта ракета-носитель в отличие от американского прототипа была универсальной: предназначалась не только для вывода на орбиту многоразовых космических кораблей, но также и для запуска любых других особо тяжелых космических аппаратов массой до 100 тонн. Например, это могли быть модули для долговременных орбитальных станций, а так же гигантские телевизионные спутники, обеспечивающие прямое вещание на обычные телеантенны. Американская же транспортная система Спейс-Шаттл без орбитального корабля неработоспособна, вследствие чего не может выводить в космос полезные грузы массой более 29,5 тонны.
«БУРАН» РАСТАЩИЛИ ПО ЧАСТЯМ
Система «Энергия-Буран», как и вся отечественная космонавтика, подверглась жесткой (часто незаслуженной) критике со стороны различных функционеров от политики и дилетантов. В результате на стадии постройки были «заморожены» три многоразовых космических самолёта (две «птички» сделать всё-таки успели). В 90-х годах уникальные объекты, изделия и достижения программы «Энергия-Буран» были растащены по частям, либо распроданы: сам «Буран» остался в Казахстане; носитель «Бурана» - самый большой в мире транспортный самолет АН-225 («Мрия») улетел в Украину; модернизированные двигатели «Энергии» проданы за океан и сейчас устанавливаются на американских ракетах-носителях «Атлас-5», выводящих в космос новейшие разведывательные спутники, шпионящие за Россией!!! Второй лётный экземпляр космического самолёта (предварительное название «Буря») тоже остался на Байконуре и вместе с «Бураном» был «прихватизирован» казахами.
Последняя точка в трагической судьбе «Бурана» была поставлена 12 мая 2002 года, когда он вместе с оставшимися ракетами-носителями «Энергия» был погребен под руинами рухнувшей в этот день на Байконуре крыше гигантского монтажно-испытательного корпуса.
Однако, опыт работы по «Бурану» все же не пропал даром. Сохранившиеся результаты в дальнейшем были использованы при отработке методов диагностики прочности и разрушения других изделий и объектов ответственного назначения. В память об участии в работах по «Бурану» у меня над столом до сих пор висит увеличенная цветная фотография первого старта «Бурана» с автографом его Главного конструктора (фото 1). Уже несколько лет, как в Интернете размещен великолепный портал, посвященный Бурану. Не скрою, приятно среди участников создания «Бурана» найти там и свою фамилию. В 2011 году Федерация космонавтики России «за заслуги перед космонавтикой» наградила меня медалью имени С.П.Королёва (фото 3).
«Буран» отшумел. Действительно жаль! Были все основания полагать, что, несмотря на печальный мировой опыт эксплуатации первых образцов любой сложной авиационной или ракетно-космической техники, у нашего первого отечественного многоразового космического самолета судьба могла бы быть вполне благополучной...
Сокращенные варианты очерка публиковались в газете «Вечерний Ростов» и историческом разделе журнала «Дефектоскопия» Российской академии наук.
Фото из личного архива автора.