Могучий сплав теории и практики
Академик А.С.Коротеев А.А.Гафаров,
кандидат технических наук ГНЦ ФГУП «Центр Келдыша» Москва
Самые блестящие приоритетные достижения отечественной ракетно-космической науки и техники — запуск первого в мире искусственного спутника Земли, первый космический полет человека, полеты автоматических станций к Луне и планетам Солнечной системы — неразрывно связаны с именем и деятельностью Мстислава Всеволодовича Келдыша. Постараемся конспективно рассказать о его роли в решении практических задач ракетной и космической техники.
Мощный старт
Приходу М.В.Келдыша в ракетно-космическую отрасль предшествовал 15-летний период его исключительно плодотворной работы в авиации. В 1931 г., окончив в 20-летнем возрасте физико-математическое отделение МГУ, он получил направление в знаменитый научный авиационный центр ЦАГИ. Здесь в широко известных ныне работах по флаттеру и шимми носового колеса самолета Келдыш показал себя не только выдающимся теоретиком-математиком, но и талантливым инженером. Вот выдержка из его характеристики, датированной 1939 г.:
«Мстислав Всеволодович Келдыш работает в ЦАГИ с 1931 г. Он является, несмотря на молодость, одним из крупнейших научных работников
© Коротеев А.С., Гафаров А.А., 2011
в СССР в области аэродинамики. В высшей степени талантливый математик и теоретик, он умеет свои глубокие знания приложить к промышленной практике. Он руководит научной группой по вибрациям самолета — труднейшему катастрофическому вопросу; он с группой разработал проблему настолько, что заключениями его группы полностью руководствуется промышленность по вопросам вибрации. В связи с этим М.В.Келдыш очень много и с исключительной пользой работает по заданиям промышленности...».
Фактическая база этой характеристики внушительна: достаточно сказать, что первые ученые степени ему присваиваются без защиты (в 1935 г. — степень кандидата физико-математических, а в 1936-м — технических наук). Успехи в разных областях сопутствовали друг другу на протяжении всей жизни Келдыша. В 1938 г. он защитил докторскую диссертацию на тему «О представлении рядами полиномов функций комплексного переменного и гармонических функций», в 1943 г. был избран членом-корреспондентом АН СССР по Отделению физико-математических наук, 30 ноября 1946 г. — действительным членом Академии по Отделению технических наук. Упомянем также присуждение Келдышу в 1942 г. первой, а в 1946 г. — второй Сталинской премии, награждение в 1943 г. первой правительственной наградой — орденом Трудового Красного Знамени.
Академик М.В.Келдыш — начальник НИИ-1.
Вот такой 35-летний ученый, завоевавший большой авторитет своими работами в теоретической и прикладной математике, и специалист в области механики авиационных конструкций был 2 декабря 1946 г. назначен начальником Научно-исследовательского института реактивной авиации — НИИ-1 Министерства авиационной промышленности (МАП) СССР. С этого события начался путь Мстислава Всеволодовича в ракетно-космической технике.
Следует отметить, что в соответствии с историческим постановлением Совета Министров СССР от 13 мая 1946 г. «Вопросы реактивного вооружения», которое положило начало созданию в нашей стране ракетной отрасли, на МАП возлагалась разра-
ботка жидкостных ракетных двигателей для баллистических ракет дальнего действия, а НИИ-1 становился головной научно-исследовательской организацией не только по реактивным двигателям для авиации, но и по жидкостным — для ракетной техники.
НИИ-1, выросший на базе Реактивного научно-исследовательского института, к тому времени был уже известной исследовательской организацией, которая имела в своем активе создание первых отечественных баллистических и крылатых ракет, первой реактивной системы залпового огня «Катюша», разработку ракетоплана С.П.Королева, ракетных двигателей В.П.Глушко, Л.С.Душкина, а также ряд других новаторских работ. Однако к моменту прихода Келдыша институт представлял собой конгломерат из целого ряда конструкторских бюро, занимавшихся разработкой практически всех известных к тому времени типов реактивных двигателей, причем лабораторные установки существенно отставали от зарубежных.
Новый подход — новые результаты
Основы фундаментальной программы, сформулированной вновь назначенным руководителем для НИИ-1 вскоре после его прихода в институт, четко выделяют три ключевых направления:
— изучение физико-химических основ рабочего процесса и создание научной методологии проектирования и отработки жидкостных ракетных двигателей;
— исследование аэротермодинамических проблем, связанных с созданием сверхзвуковых прямоточных воздушно-реактивных двигателей и крылатых летательных аппаратов с этими двигателями;
— исследование проблем термо- и газодинамики тел, дви-
жущихся с большими скоростями в атмосфере, разработка методов и средств тепловой защиты таких летательных аппаратов.
Таким образом, работа института кардинальным образом перестраивалась: во главу угла ставилось проведение научных исследований, необходимых для создания реактивных двигателей и летательных аппаратов с данными двигателями. Естественно, одним из главных условий успеха должно было стать создание первоклассных научно-исследовательских лабораторий, о чем Келдыш писал в обращении к высокому руководству, вплоть до И.В.Сталина, предлагая организовать их в течение ближайших трех лет.
На заседании 1 апреля 1947 г. Научно-технический совет МАП Келдыша поддержал: институт обязан в первую очередь заниматься проблемными вопросами, помогая, конечно, и опытным конструкторским бюро по текущим разработкам. Сами конструкторские бюро из состава института должны быть выведены, а институт предложено структурировать в соответствии с научной проблематикой и оснастить современной экспериментальной базой.
В 1947 — 1948 гг. основные направления исследовательских работ института как ведущей научно-исследовательской организации по реактивному двига-телестроению, проблемам газовой динамики и теплообмена, тепловым режимам летательных аппаратов окончательно оформились. Уже в эти годы ведущими учеными института Г.И.Петровым, Л.И.Седовым, Г.Н.Абрамовичем, А.П.Ваничевым, Е.С.Ше-тинковым и др. были проведены фундаментальные, но имеющие и прикладное значение научные исследования в области термодинамики, аэрогазодинамики, теории горения, теплообмена, теории устойчивости рабочих процессов в двигателях. Так были заложены основы методов проектирования, испытания и отработки жидкостных ракет-
ных и прямоточных воздушно-реактивных двигателей, а также база для решения проблемы теплозащиты летательных аппаратов.
В лаборатории жидкостных ракетных двигателей, которую в 1948 г. возглавил будущий член-корреспондент АН СССР Александр Павлович Ваничев, формируется группа талантливых специалистов, в короткие сроки развивается теория процессов в двигателях, разрабатываются методики расчета. Результаты теоретических и экспериментальных исследований по смесеобразованию и горению, по теории теплообмена и охлаждению камеры сгорания и сопла, по устойчивости рабочего процесса и изысканию новых схем двигателей, полученные А.П.Ваничевым, В.М.Иевлевым, В.В.Пшеничновым, Б.А.Соколовым, М.В.Мельниковым, К.И.Артамоновым, А.Н.Аггее-вым, М.Л.Маурером, К.И.Све-тушкиным, Г.П.Калмыковым, В.А.Ивановым, Ф.М.Тиняковым, Л.Ф.Фроловым, Н.В.Шутовым, приобретают широкую известность и находят практическое применение в двигательных конструкторских бюро. В частности, в отделе Мельникова были доказаны высокая (для того времени) экономичность кислородно-керосиновых жидкостных ракетных двигателей, возможность эффективного охлаждения камеры сгорания таких двигателей и устойчивость их рабочего процесса, что стало научным фундаментом для разработки в ОКБ главного конструктора В.П.Глушко первых мощных четырехкамер-ных кислородно-керосиновых двигателей РД-107 и РД-108 для первой и второй ступеней межконтинентальной баллистической ракеты Р-7. До этого в двигателях баллистических ракет Р-1, Р-2 и Р-5 в качестве горючего использовался этиловый спирт.
Отражением роли НИИ-1 в области двигателестроения стало назначение его Научно-
Двигатель РД-108 для второй ступени ракеты Р-7.
исследовательским институтом реактивных двигателей для управляемых ракет с созданием в его составе опытно-конструкторского бюро по жидкостным ракетным двигателям во главе с Л.С.Душкиным (постановлением Правительства от 10 марта 1952 г.). Так де-юре был закреплен осуществленный под руководством Келдыша переход от авиационной к ракетной тематике.
Широким фронтом
В то же время в лаборатории прямоточных воздушно-реактивных двигателей Е.С.Ще-тинков, В.С.Зуев, В.Я.Бородачев, Ю.Г.Федяев, И.Ф.Шебеко, И.В.Беспалов, В.А.Храмцов ведут активные исследования в целях разработки двигателей для сверхзвуковых летательных аппаратов. Полученные результаты позволили создать первые отечественные подобные двигатели в начале 50-х годов.
А в лаборатории газодинамики и теплообмена вокруг ее руководителя, будущего академика, первого директора Института космических исследований Георгия Ивановича Петрова формируется школа молодых ученых, получившая извест-
ность благодаря работам в области аэродинамики и конвективного теплообмена при больших скоростях полета, теплозащиты летательных аппаратов, а также разработке диффузоров для сверхзвуковых прямоточных воздушно-реактивных двигателей, сопел реактивных двигателей и сверхзвуковых аэродинамических труб. Наибольшее значение здесь приобретают исследования Г.И.Петрова, В.С.Авдуевского, Д.А.Мельникова, Н.Н.Широкова, Г.Ф.Телени-на, Н.А.Анфимова, В.М.Миронова, Ю.А.Рыжова, Ю.В.Полежаева, А.В.Иванова.
В начале 1950-х годов по инициативе Келдыша в институте разворачиваются работы по ядерным ракетным двигателям. Решающее влияние на весь их ход оказала выдвинутая будущим членом-корреспондентом АН СССР Виталием Михайловичем Иевлевым концепция максимальной поэлементной отработки узлов таких двигателей. Созданный в институте при активном участии Ю.А.Трескина, К.И.Артамонова, А.Б.Пришлецо-ва, А.М.Костылева, А.С.Коротее-ва, А.Я.Гольдина, Ю.Г.Демянко научно-технически
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.