Дотянуть до Марса
Фото предоставлено пресс-службой ГИПХ
Гость редакции — конструктор космических систем Николай ЯРОШЕНКО
После 2024 года Россия выйдет из проекта Международной космической станции — будет создавать Российскую орбитальную служебную станцию. Но сейчас действует договоренность с НАСА о перекрестных полетах на МКС — в октябре россиянку Анну Кикину доставит на станцию американский Crew Dragon.
Эта «повестка» стала просто поводом наведаться в знаковый для страны институт ГИПХ, или Российский научный центр «Прикладная химия (ГИПХ)». Там создаются жидкостные ракетные двигатели малой тяги, с помощью которых управляют полетом космических аппаратов. Наш собеседник — не только доктор технических наук, начальник отдела и главный конструктор направления «Катализаторы и каталитические пакеты» (приготовимся к тому, что в разговоре будет немало «технических моментов»), но и старожил: работает в ГИПХе полвека.
— Николай Тимофеевич, вы, наверное, за каждым запуском «Союза» следите, поскольку причастны.
— За запусками — нет. А за спусками — да, поскольку мой отдел разрабатывает каталитические пакеты. Другими словами — камеры разложения, или камеры сгорания двигателей системы управления спуском. Эти штуки, внешне похожие на гирьки из продуктового магазина, работают как раз на спуске.
Спускаемые аппараты имеют коническую форму, с толстым днищем. Аппарат летит днищем вперед, а двигатели с нашими камерами держат угол атаки, чтобы возникало торможение. Это позволяет снизить перегрузку у космонавта с 12g (нетренированный человек от такого потерял бы сознание) до 3–4g.
Когда я в ГИПХ пришел 50 лет назад, корабли уже летали с пакетами подобного типа. В них используется однокомпонентное топливо — перекись водорода 95 %-ной концентрации. Она в свое время была выбрана по двум причинам. Первая — немцы…
— Это как?
— Они в конце войны сделали подводную лодку, у которой двигатель работал на 85 %‑ной перекиси водорода. Подлодка развивала по тем временам невероятные скорости. И немецкая «Фау-2», первая в мире баллистическая ракета, тоже использовала перекись водорода как вспомогательное топливо.
А вторая причина — в том, что из всех возможных компонентов перекись водорода наименее токсична. Мы же работаем всегда с учетом того, что и на Земле, и в космосе что‑то может пойти не так. Вдруг окислитель прольется? Если такое произойдет с перекисью водорода, считается, что это наименее опасный вариант.
— Перед нашей встречей вы обсуждали с коллегой какие‑то испытания. Что‑то новое?
— Речь не о чем‑то принципиально новом. Мы говорили о результатах испытаний двигателя, в котором применяется наш каталитический пакет. Сейчас очень много проблем возникает из‑за изменения номенклатуры выпускаемой продукции. Поменялись стали — нужно испытать. Или вот нам пишут: смежники, у нас уплотнение в таком‑то клапане из новой резины — испытайте! Пишу: «Так вы правильную резину ставьте, а не новую!». Отвечают: «А ее нет. Перестали выпускать».
А насчет «нового» я могу байку рассказать. Для ГИПХа семидесятые были золотым временем: шел поиск новых топлив, катализаторов, новых возможностей. В 1981 году я был на конференции по двигателям в Московском авиационном институте. Генеральным конструктором после Королева был Глушко, а его замом — Трофимов, и вот он с трибуны произносит: «Мы летаем на керосине и кислороде уже 20 лет — и еще 30 лет на них пролетаем. Не надо больше ничего».
Я, молодой, подумал тогда: «Вот мракобес! Науку и технику тормозит». Но прошло 40 лет — «Союзы» так и летают на керосине и кислороде. И наши перекисные двигатели ни на какие другие не заменят, потому что пришлось бы отлаживать много других процессов. А это огромные затраты. Даже в новых космических кораблях конструкторы всего мира стремятся максимально использовать существующий задел технических устройств.
— Но поиск новых топлив ведется?
— Я процесс объясню, чтобы была понятна сложность.
Ракетное топливо «сочиняют» так. Сначала делается термодинамический расчет — чтобы понять, сколько энергии получится, если соединить определенное горючее с определенным окислителем.
Но то, что выбрано из таблицы Менделеева, может плохо показать себя в реальности. Например, на американских кораблях и в нашей ракете «Энергия» используется соединение кислорода с водородом. По энергетике лучше было бы соединение фтора с водородом. Но — фтор проедает дырки и очень ядовит. Справиться с недостатками фтора не смогли и оставили эту идею.
Или возьмем азотную кислоту (она применялась в боевых ракетах) и гептил. В тех же 1970‑х им пах весь институт. Плюс гептила в том, что он остается жидким при температуре от минус 50 до плюс 50 градусов Цельсия. Поэтому, несмотря на свою высокую токсичность, он нашел себе применение. А вот у азотной кислоты, которая укладывается в этот же температурный диапазон, энергетика слабая. К тому же она тоже дырки проедает.
Сейчас с гептилом применяется азотный тетраоксид, но и у него есть недостаток: узкий диапазон жидкого состояния. Всего лишь от минус 11 до плюс 22. Из-за этого с ним даже при комнатной температуре неудобно работать: дымит. Когда в 2013 году упала ракета-носитель «Протон», которая должна была вывести на орбиту спутники ГЛОНАСС, был виден рыжий хвост — по нему и можно было понять, что возникли проблемы с окислительным баком.
Вообще конкретно для наших задач — чем в топливе больше водорода, тем лучше. Энергетика выше. Поэтому сейчас с надеждой говорят о сжиженном природном газе, метане. В его продуктах сгорания будет много водорода. Но и тут сложности: метан в жидком виде быстро испаряется. Да и у водорода тот же недостаток.
— Да что ж такое, все не слава богу.
— А все и состоит из такого «не слава богу». У водорода, например, очень низкая плотность, поэтому для него большая емкость нужна. Американским шаттлам приходилось огромные баки с водородом «с собой» возить.
Возвращаюсь к поиску новых топлив. Допустим, просчитали мы перспективный вариант. А получить его не на бумаге, а в реальности — можно?
И в ГИПХе его синтезируют, определяют основные свойства уже экспериментально. Затем выясняют: что с горением? В ракетной технике желательно, чтобы топливо было самовоспламеняющимся — это упрощает конструкцию. Но ни топливо «керосин-кислород», ни топливо «кислород-водород» не самовоспламеняющееся, так что их поджигание нужно организовывать.
Допустим, топливо получилось подходящее. А как оно поведет себя в двигателе? Нужно организовать опытное производство с малотоннажной установкой и отработать технологию. Потом — провести испытания на натурных двигателях.
Вот какой процесс создания нового. И процесс этот, я считаю, может содержать только государство.
— Государство изрядно вложилось в «Буран», в ГИПХе делали газогенератор для него. Но многоразовый корабль совершил всего один полет. Благодаря Илону Маску тема многоразовости вернулась…
— У нас после испытаний осталась модель газогенератора от «Бурана». Это уже раритет. Стоял в составе ракетно-турбинного двигателя вспомогательной силовой установки. Этот двигатель использовался при посадке «Бурана» для управления элеронами, чтобы обеспечить требуемую траекторию полета. Как у самолета. Только в самолете — реактивный двигатель, он использует в качестве окислителя атмосферный воздух, а в космосе воздуха нет, поэтому окислитель приходится «возить с собой».
«Буран» жалко. Поначалу особо отрицательных эмоций не было: ну не первый отложенный проект. По-настоящему стало понятно, что не «отложено», а «навсегда», когда на «Байконуре» обрушился ангар, в котором корабль стоял.
Зачем «Буран» делали, не очень понятно, но с технической точки зрения это выдающееся изделие. Когда приземлился, встал тютелька в тютельку напротив центральной трибуны. А ведь когда Гагарин полетел, невозможно было предугадать, где именно на территории СССР он приземлится. И Алексей Леонов с Павлом Беляевым трое суток в тайге провели, пока их нашли.
Великая штука был этот «Буран». Лучше американских шаттлов.
— Чем именно?
— У американцев газогенератор вспомогательной силовой установки, как и у нас, работал на гидразине. Это топливо имеет свойство взрываться, когда перегревается, поэтому для охлаждения американцам приходилось возить дополнительно 30 литров воды. А у нас газогенератор был отработан так, что не требовалось дополнительного охлаждения водой.
Вот Илон Маск решил возвращать первую ступень на Землю: значит, у нее должны быть двигатель, система управления, в ней должно остаться топливо, чтобы маневрировать. Это все дополнительная масса. Следовательно, полезной нагрузки меньше. Правда, Маск говорит, что два запуска такой ракеты все равно дешевле одного пуска ракеты с невозвращаемой ступенью.
Вообще многоразовость — давнишняя идея и мечта. Но особенность ракетной техники в том, что изначально она одноразовая. Американцы сделали 136 полетов на шаттлах — два челнока взорвались. Процент кажется не таким уж большим, но это если считать в полетах. А если в самих шаттлах… Их было всего пять. Два взорвавшихся — процент огромный.
Я отношусь с уважением к иностранным коллегам, работать они умеют. Но всего не предусмотришь, в том числе в межполетном обслуживании. Например, у шаттлов при полете отваливалось какое‑то количество теплозащитных плиток, и между полетами вклеивали новые. В 2003 году шаттл «Колумбия» потерпел катастрофу, потому что разрушилось теплозащитное покрытие, прожгло крыло, а в крыле — масло. И все вспыхнуло.
Трудность в том, что ракетная техника делается на предельных параметрах. На пределе прочности металлов, на пределе температурных возможностей материалов. Испытательный ресурс гораздо меньше, чем у самолетной техники: в ракете минимальное количество разборных соединений, невозможно испытать каждый узел, каждый элемент. Поэтому делают так: изготавливается партия элементов, 10 – 20 штук, из нее отбирают процентов десять — и проводят испытания. Если успешно — считается, что все остальные элементы в этой партии хорошие.
— Говорят, что в пилотируемой космонавтике принципиальных прорывов уже не будет. С нынешними топливами человек все равно к другим звездам не полетит.
— Ну к другим звездам не полетит — а на Марс, «для понта», можно. Кстати, я не считаю, что «понты» — это плохо: человечество во многом так и развивается. Но в ракетной технике — понты дорогие. Американцам, чтобы слетать на Луну, нужно было на земной орбите иметь 100 тонн груза. До Луны 384 тыс. км, до Марса больше 55 млн км — это значит, на орбиту надо вывести 500 – 600 тонн груза. Больше, чем вся МКС весит. Самая мощная ракета, американская «Сатурн-5», могла вывести 120 тонн. Так что собрать на орбите Земли такой стартовый комплекс чрезвычайно дорого.
К тому же если эмоциональный интерес к космической сфере по‑прежнему высокий, то практический — поутих.
— Почему?
— Принципиальные задачи по большому счету решены. Все, кто хотел и мог, сделали баллистические и другие боевые ракеты. Престиж? Это, конечно, показатель мощи государства, но первый человек в космосе уже побывал, первый на Луне побывал. Попытаться сделать в космосе что‑то такое, чего невозможно сделать на Земле? Не знаю…
Конечно, очень быстро развивается отрасль связи: чтобы был Интернет, связь, мониторинг, разведка, нужно доставлять на орбиту спутники. Space X хочет раскидать над Землей шесть тысяч спутников системы «Старлинк», у англичан есть спутниковая программа OneWeb, Россия в ней участвовала.
Ну и космический туризм. Это может поддерживать ракетную отрасль финансово.
— Николай Тимофеевич, в этом году полвека, как вы в ГИПХе работаете. Как вы сюда пришли?
— Когда полетел Гагарин, мне было 13 лет. Мы плакали от восторга. Но я никогда не мечтал быть космонавтом. Да и о ракетной технике не задумывался: это была секретная область — кто и где ею занимается, было неизвестно. Поступил в Военмех, поскольку жил в 30 метрах, наша школа была подшефной, а я всегда «железки» любил повинтить-покрутить. Только курсе на втором узнал, что в одном из зданий Военмеха ракеты лежат, и только курсе на четвертом к ним «притронулся».
В ГИПХ меня распределили. Оказался в лаборатории Евгения Андреевич Сиволодского, который считается «отцом гептила». И попал в сектор Александра Васильевича Картавченко, он как раз двигателями занимался. «Поделками», как он любил говорить.
— Вы упоминали золотые времена ГИПХа. Нынешние времена какими бы назвали? И видятся ли перспективы?
— Золотые времена связаны с тем, повторю, что в 1970 – 1980‑х шел поиск новых компонентов топлив. Это во‑первых. Во-вторых, изучалось горение топлив непосредственно в двигателях.
В настоящее время фронт поиска новых топлив не исчез, но значительно сузился. И сместился акцент главных требований к топливу. Раньше главными были энергетические возможности и эксплуатационные свойства, а сейчас — снижение стоимости и повышение экологичности. Это изменение связано с тем, что расширяются коммерческие космические программы. И еще тем, что на рынок космических услуг вышли небольшие высокоразвитые государства и отдельные предприятия, которые хотят сами делать и запускать собственные космические объекты.
Мне повезло, я попал в тематику, востребованную обществом. Меня окружали и окружают классные специалисты, без которых невозможно выпускать качественную продукцию. У этих людей множество заслуг, но в средствах массовой информации их фамилии не звучат. Поэтому я считаю нужным их упомянуть: начальники подразделений Вячеслав Леонидович Остроухов и Евгений Вячеславович Ситников, ведущие технологи Елена Евгеньевна Гуданис, Ольга Дмитриевна Пачулия и Андрей Викторович Бобков. Наш главный специалист — Елена Анатольевна Серова. А контроль за эксплуатацией топлив по всей стране организует начальник лаборатории Владимир Леонидович Жеребцов. И, конечно, невозможно было бы обеспечивать требуемый уровень производства без работы нашего генерального директора Елены Викторовны Козловой.
Нынешние времена я бы назвал «временем удержания уровня ракетной техники». Сейчас в связи с санкциями много говорят о нехватке элементной базы в электронике, но в химии аналогичные проблемы стоят давно. Качество применяемых реактивов твердых, жидких, газообразных материалов постоянно падает. Выбрать надежного поставщика сложно.
Приведу пример. Работоспособность и надежность двигателей зависит от качества перекиси водорода и ее концентрации. Одна из задач нашего отдела — это качество обеспечить. Чтобы быть уверенными в точной концентрации перекиси водорода, мы даже специально заказываем ее в большей концентрации, чем нужно. И уже сами добавляем в нее дистиллированную воду. Так вот тут возникают самые неожиданные проблемы. На дистиллированную воду был ГОСТ, он прописан в нормативных документах у всех, кто эксплуатирует компоненты ракетных топлив. А года два назад этот ГОСТ просто отменили и ввели другой, списанный с международного.
— А международный разве не строже?
— В нем требования по содержанию отдельных видов примесей ниже, чем в отечественном. Некоторые российские нормативы серьезнее любого международного ISO. Например, РК, документ «Ракетные комплексы». Это настольная книга для ракетчиков. Там на первой странице написано: если ГОСТ противоречит РК — пользоваться РК.
Так вот, РК требует: если изменяется, например, состав изделия, надо проверить влияние этих изменений на качество и надежность готовой продукции. А теперь представьте себе масштаб работы. Дистиллированная вода используется везде: в технологии изготовления ракетных топлив, в подготовке емкостного оборудования ракет, складов, транспортных цистерн, трубопроводов и так далее. Это тысячи единиц аппаратов и оборудования!
Теперь нам, видимо, придется самим дистиллированную воду делать! Я к тому, что не все международные стандарты нам подходят.
— Какой вашей личной разработкой вы особенно гордитесь?
— Чего‑то «любимого» нет. Когда Эйнштейна спрашивали, где тот блокнот, в который он записывает свои гениальные идеи, он отвечал: «Они приходят так редко, что я их запоминаю».
Например, я делал для межпланетных станций «Фобос» два типа каталитических пакетов на гидразине — для двигателей системы управления тягой 1 и 5 кг. Когда «Фобос-1» вдруг замолчал, было большое горе: первое, в чем сразу начинают искать причину, — топливо, двигатели. Но, оказалось, оператор какой‑то тумблер не переключил, и аппарат «потерял» Землю.
Но вообще считается, что один отказ продвигает технику вперед гораздо больше, чем работа института в целом. Сразу мозговой штурм начинается. Хорошо еще, если отказ происходит на Земле, а не в космосе.
Какие еще разработки… Сделал каталитические пакеты, которые сейчас применяются в разгонном блоке «Фрегат» — он доставляет спутники на орбиту. Для чего нужны наши двигатели: в космосе ничего само собой не останавливается — атмосферы нет, трения нет. До 50 % массы топлива расходуется на то чтобы корабль успокоить после маневра. «Фрегат» выводит на орбиту порцию спутников, включаются наши двигатели, аппарат перелетает на другую орбиту, тормозится, сбрасывает следующую порцию спутников, опять перемещается…
А горжусь я больше «мировым признанием». Всего-навсего. В начале 1990‑х приходит от французов письмо: «Ребята, у нас тут дефект двигателя, он на гидразине, не могли бы помочь?». И мы помогли. Они потом сказали: «Мы весь мир объездили, в Америке были, в Германии, и только вы смогли».
На самом деле у французов тогда случилось то же, что у нас происходит сейчас: те, кто делал разработку, ушли на пенсию, а новые люди не всегда понимают, что к чему: в технологическом документе все нюансы не опишешь. Поэтому, когда горячие головы хотят выкинуть старую документацию, я не даю: самое главное — архив. Новые люди станут делать по‑своему, но у них будет задел, на который можно опереться.
Вот у меня после «Бурана» тема с газогенераторами закрылась — а пять лет назад вновь возобновилась. Через четверть века. Все пригождается.
Комментарии