СОЗДАНИЕ РУЛЕВЫХ ПРИВОДОВ БРПЛ В СКБ-385
(1960-1980-е годы)

Юрий Андреевич Бобрышев

Рулевые приводы (РП) разнообразных типов (электрические, гидравлические, пневматические, механические), а также устройства, созданные на их основе, нашли широкое распространение в самых различных областях техники. Любое автоматическое или дистанционно управляемое устройство, начиная от простейших станков или манипуляторов и заканчивая сложными движущимися в неоднородной нестационарной среде объектами (танками, самолетами, кораблями и пр.), обязательно оснащается РП. К особому классу РП относятся рулевые приводы для баллистических ракет подводных лодок (БРПЛ). Такие РП, создававшиеся в СКБ-385, должны были обладать высокими заданными характеристиками и при этом удовлетворять жестким ограничениям по габаритам и массе, иметь высокую надежность, обеспечивать управление ракетой при подводном старте. В настоящей статье описана лишь малая часть проблем, связанных с созданием рулевых приводов для БРПЛ.

Задачей известной классической схемы, включающей бортовую систему управления (БСУ), РП, рулевой орган (РО) и датчик обратной связи (ДОС), является выполнение заданной баллистической программы управления по каналам тангажа, рыскания и крена на активном участке полета ракеты, от четкой реализации которой зависит точность доставки полезного груза к цели. В этой схеме РП ракеты является исполнительным механизмом, отклоняющим РО на требуемый угол с требуемой скоростью, которые соответствуют величинам командных сигналов от БСУ. По мере отклонения РО датчик обратной связи отправляет в БСУ сигнал, свидетельствующий об исполнении выданной команды.

На первой отечественной ракете Р-11ФМ, предназначенной для вооружения подводных лодок, в роли РО выступали газовые рули, а на всех более поздних ракетах - рулевые камеры ЖРД или РДТТ. В зависимости от применявшейся в разработках СКБ-385 в разное время конструктивной схемы РО (четыре газовых руля; четыре или две рулевые камеры ЖРД; качающаяся на карданном подвесе или гидроцилиндрах центральная камера; неподвижные сопла с управляемым расходом) каждый РП ракеты мог состоять из трех или четырех рулевых машин (РМ), такого же количества ДОС, кинематических связей между РМ, ДОС и РО, а также из системы питания РМ.
На отечественных баллистических ракетах первого поколения в состав РП непременно входили электрогидравлические РМ (ЭГРМ) типа "Аскания", в свое время разработанные немцами, а затем "доведенные до ума" в ОКБ-1. Конструкция РМ позволяла проводить проверку правильности функционирования на технической позиции и при предстартовой подготовке с использованием внешнего источника электропитания. В качестве ДОС применялись потенциометрические контактные датчики постоянного тока. Их серьезный недостаток был связан с прерывистым характером сигнала из-за вибраций, передающихся от двигателя в процессе полета ракеты.

В цельнолитом корпусе ЭГРМ размещались шестеренный насос, поляризованное реле с подпружиненной золотниковой парой, силовой цилиндр с поршнем и кривошипно-шатунным механизмом, передающим усилие на выходной вал. В качестве рабочего тела использовалось специальное масло РМ. Вращение шестеренного насоса осуществлялось электродвигателем постоянного тока, питавшимся от бортового аккумулятора. ЭГРМ имела внушительные размеры и имела массу около 10 кг. Из-за довольно большой мощности, потреблявшейся четырьмя электродвигателями РМ, пришлось установить весьма тяжелый и крупногабаритный источник постоянного тока. Кроме того, свою лепту в наращивание массы всей установки вносили силовые кабели, тянувшиеся от него к ЭГРМ.
Создание баллистических ракет морского базирования, стартующих из подводного положения, потребовало от разработчиков СКБ-385 решения множества принципиально новых технических и организационных проблем, связанных с: исключительно жесткими требованиями по плотности компоновки; обеспечением возможности пуска ракет из подводного и надводного положения; особенностями гидродинамических процессов движения ракеты в шахте ПЛ при работающем ЖРД; продолжительным временем хранения ракет; более жесткими требованиями к РП морских баллистических ракет и, в частности, к габаритам и массе при отсутствии возможности проверки правильности их функционирования на протяжении всего гарантийного срока (более 15 лет), что являлось значительным отличием от условий применения РП в ракетах с наземным стартом.

Элементы новизны, проявившиеся при создании РП для БРПЛ, потребовали большого объема конструкторской отработки в лабораторных условиях. Кроме того, были обоснованы более высокие требования к качеству и контролю качества изготовления РП БРПЛ на заводах в интересах обеспечения их высочайшей надежности.

Забегая вперед, можно привести один пример, характеризующий плотность компоновки оборудования в БРПЛ типа РСМ-40 (разработки СКБ-385) по сравнению с МБР наземного базирования. При осмотре этих изделий в сборочном цехе одного завода бросалось в глаза, что в свободный объем хвостового отсека РСМ-40 лишь с большим с трудом можно было бы запихнуть что-то вроде яблока, в то время как на корпусе хвостового отсека "сухопутной" МБР крупным шрифтом было написано: "Более трех человек не входить"…

Но вернемся к рулевым приводам. В 1955 г., начиная с развертывания работ по Р-11ФМ, в СКБ-385 была создана группа из числа молодых специалистов, задачами которой были определены доводка, техническое сопровождение и отработка документации по ЭГРМ. Руководителем группы назначили Ф.М. Ровинского, уже имевшего пятилетний стаж работы. Одновременно группа по заданию одного стороннего КБ начала разработку струйной РМ с применением порохового газа в качестве рабочего тела. Отработка ее проводилась на сжатом воздухе при перепаде давления 10…12 атм.

Затем группа Ф.М. Ровинского на основе опыта, накопленного при разработке газоструйных РМ, приступила к созданию струйно-гидравлических РМ (СГРМ), информация о которых в технической литературе была более чем скупой. В конструкции СГРМ в качестве рабочего тела решили использовать горючее высокого давления, отбираемое от турбонасосного агрегата (ТНА) ЖРД. Для исключения потерь горючее затем возвращалось в бак. Последующие расчеты показали, что влияние отбора горючего (для управления ракетой) на удельную тягу двигателя оказалось незначительным.

Указанное техническое решение обладало существенными достоинствами. Во-первых, отпадала необходимость в отдельном источнике питания для РМ. Во-вторых, конструктивно новая система с СГРМ оказалась довольно простой, потребовалось лишь протянуть соответствующие трубопроводы - от ТНА к РМ и от последней к баку горючего. Но пришлось столкнуться и с определенными сложностями. К примеру, для обеспечения мгновенной реакции РМ на команды БСУ вся система питания рулевых машин (СПРМ) еще на заводе должна была заполняться маслом. Необходимо было оценить влияние масла, сливаемого из РМ, на работу форсунок двигателя. Для отработки СГРМ, СПРМ и рулевого привода в целом в лабораторных условиях, для проведения цеховых настроек и проверок, стендовых огневых испытаний в составе ЖРД следовало создать новое специальное испытательное механическое, гидравлическое и электрическое испытательное оборудование, агрегаты и пульты. И на этом новом направлении от конструкторов СКБ-385 требовались не только решимость и готовность идти на риск, но и уверенность, упорство в достижении поставленной цели.

"Не боги горшки обжигают" - таким был девиз В.Р. Серова при новых неизведанных начинаниях. СКБ-385 было молодо, росло, набиралось новых знаний и опыта. Главный конструктор В.П. Макеев и его заместитель В.Р. Серов создавали и поддерживали развитие всех новых направлений, дававших положительные результаты при разработке БРПЛ. Вскоре группа РП выросла до самостоятельного отдела, который проектировал, отрабатывал СГРМ, СПРМ и РП, создавал испытательное и проверочное оборудование для их отработки в лабораторных условиях, изготовления на заводах для всех поколений БРПЛ, созданных СКБ-385.

Проектирование нового типа рулевых машин началось с проведения целенаправленных лабораторных поисковых работ с применением специального масла в качестве рабочего тела вместо газа, которые доказали работоспособность конструкции так называемого "струйника" - сопла и струйного распределителя - при рабочем давлении 36…40 атм. Лабораторные испытания подтвердили, что разработанная РМ обладает скоростными и силовыми характеристиками, заданными разработчиком БСУ ракеты РСМ-25. Первая СГРМ, развивающая усилие на штоке до 400 кгс, прошла несколько этапов лабораторных конструкторских испытаний в составе РП при огневых стендовых испытаниях ЖРД. По согласованию с представителем заказчика СГРМ была допущена для применения в ракете. Златоустовский машиностроительный завод обеспечил подготовку производства, изготовление и установку рулевых машин на ракеты.
В дальнейшем при создании баллистических ракет РСМ-40 и их модификаций, отличавшихся более мощными двигателями и большей массой РО, потребовалось увеличить до 2000 кгс усилие, развиваемое СГРМ. Расчеты свидетельствовали, что при рабочем давлении 36…40 атм силовые цилиндры СГРМ, способные развить такое усилие, становятся излишне громоздкими и тяжелыми для использования в составе БРПЛ. Потребовалось изменить конструкцию "струйника" для обеспечения возможности его питания рабочим телом под более высоким давлением, увеличенным до 100…200 атм, но для этого потребовалось выполнить новые теоретические расчеты, провести конструкторские изыскания, организовать десятки и сотни лабораторных проливок различных вариантов струйников.

Одной из основных проблем было отыскание рационального способа преобразования энергии сверхскоростного потока рабочей жидкости в давление в гидроцилиндре. Проведенные специалистами-теоретиками А.Я. Полкой, А.С. Новосельцевым и др. расчеты гидравлических процессов, происходящих в струйнике, свидетельствовали о неприменимости известных в то время теорий ламинарного и турбулентного течения жидкости. Требуемый результат был получен в результате тесного взаимодействия теоретиков с конструкторами Д.И. Ревзиным, О.В. Белобородовым, В.С. Князевым, В.И. Сергиенко, испытателями В.М. Барвинским, А.А. Афониным и др.
Требования к работоспособности создаваемых СГРМ для БРПЛ были весьма специфическими. Заполненные маслом рулевые машины должны были выдерживать более пяти лет хранения в режиме "молчания" с сохранением герметичности при перепадах внешней температуры и давления, обладать мгновенной реакцией (без "залипания") на минимальный командный ток, не быть подверженными воздействию морских условий и, наконец, выдерживать нахождение в кислоте в течение всего срока. Это потребовало тщательной отработки каждого элемента конструкции СГРМ с последующими ускоренными испытаниями по специальным программам в завышенных условиях. Тысячи и тысячи РМ с гидроцилиндрами в тысячах земных агрегатов уже работали, но никому раньше не приходило в голову поместить рулевую машину на 15 и более лет в бак с кислотой и потребовать, чтобы после этого она обеспечила заданные характеристики. На это могло решиться только КБМ во главе с В.П. Макеевым, который доверял своим конструкторам отдела рулевых приводов. У истоков создания РП на основе СГРМ стояли М.Ф. Шакиров, В.В. Усачев, А.В. Макаров, которые передали свой опыт пришедшему в 1960-1970 гг. молодому поколению (Ю.К. Кяриллов, С.Н. Мальцев, Р.Н. Сабиров, и др.).

В СКБ-385 были и оппоненты, которые сомневались в надежности СГРМ. Золотниковые распределители, известные всему миру, применялись другими КБ во всех известных системах рулевых приводов и обладали определенными преимуществами по ряду параметров в сравнении со струйником. Золотник был выгоден при применении вытеснительной системы подачи рабочего тела в рулевую машину, поскольку при его использовании расход рабочего тела в отсутствие или при малом командном токе невелик. Для нормального функционирования струйника нужен постоянный расход рабочего тела. Казалось бы, налицо явное преимущество золотникового распределителя, но при применении замкнутой схемы питания, когда отработавшая жидкость возвращается в бак, это преимущество золотника теряется.

Немаловажным фактором в пользу струйника был уровень требований по классу точности изготовления деталей и подготовке рабочей жидкости. Минимальные проходные сечения для рабочей жидкости в струйнике составляли 1,2…2 мм, а в золотниковой плоской или цилиндрической паре зазоры составляли 2…3 мкм, что обусловило введение жестких требований к чистоте сборочных участков и применению соответствующих фильтров рабочей жидкости. Сторонники золотника в КБМ выпустили несколько техсправок в его защиту, но он не получил полной поддержки и многих специалистов, и заместителей главного конструктора И.Т. Скипниченко, Ю.Г. Ренжина, Н.С. Данилова и В.И. Феофилактова даже применительно к твердотопливной ракете.

СГРМ прошли множество лабораторных и специальных испытаний. Не всегда сразу получалось то, что требовалось получить. Только постоянные пробы и поиски "изюминок" приводили к желаемым результатам.

Рулевые приводы с входящими в них СГРМ, рычагами и тягами, соединяющими их с РО, трубопроводами систем питания РМ (СПРМ) с пусковыми клапанами и заправочными гидроразъемами требовали тщательной объемной прорисовки и согласования с другими системами, что проверялось и уточнялось на конструкторских макетах. Макетирование позволяло более точно расположить и совместить узлы разных систем, сократить их массу, уточнить конструкторскую и технологическую документацию, решить многие организационно-технические вопросы.

Иногда случались "проколы". Однажды на конструкторском макете узлов ракеты РСМ-25 выяснилось, что смонтированные СГРМ мешают стыковке хвостового отсека с задним шпангоутом ракеты. Возможности переместить СГРМ не было, поскольку она должна была стыковаться с двумя РО. Напрашивались только два возможных решения. Первое - начать увязку всех узлов с самого начала, но это означало потерю результатов многомесячного труда и срыв сроков создания ракеты. Второе - попытаться что-то в некоторых узлах переместить, не нарушая их работоспособность. После непростых раздумий решение было принято на месте: СГРМ расчленить, т.е. смонтировать по отдельности узел управления и собственно гидроцилиндр, соединив их трубопроводами. Это снимало проблему стыковки хвостового отсека со шпангоутом. Но что скажут мой начальник и коллеги, затратившие немало времени на отработку машины? Все же удалось убедить их в том, что предложенный выход - наиболее рациональный. Лабораторные испытания подтвердили неизменность характеристик "разделенной" СГРМ 4А19, и она была запущена в серию.

Для ракеты РСМ-40 мы вдвоем с Ф.М. Ровинским предложили СГРМ ампулизировать и также разместить в баке окислителя первой ступени. Принятое решение в корне изменило конструктивное исполнение РП второй ступени и конструкцию стыка первой и второй ступеней. Рулевой привод ЖРД второй ступени оказался утопленным в кислоте бака первой ступени. Для повышения герметичности и надежности все стыковые соединения трубопроводов рабочего тела и трубопроводов с электропроводами соединялись автоматической сваркой. Ввиду малых (до 10 мм) зазоров между деталями в местах сварки отделу В.Г. Крылова пришлось разработать и передать в серию малогабаритные автоматические сварочные аппараты. После проведения проверки систему СПРМ - СГРМ заправляли отвакуумированным маслом, заваривали заправочные гидроразъемы и вновь проверяли герметичность.

Нелегким было освоение технологии этих операций в производстве. По крупицам конструкторы и заводские специалисты отрабатывали технологию изготовления системы. Шла упорная борьба за уменьшение массы, повышение качества и выполнение работы в установленный срок. Приходилось трудиться по десять, а то и по четырнадцать часов в сутки, потому что Родина требовала. Разработчики из СКБ-385 осознавали свою ответственность и упорно соревновались с вероятным супостатом. По неофициальным прикидкам, указанное техническое решение (двигатель-"утопленник" второй ступени с системой управления вектором тяги) обеспечило увеличение дальности стрельбы ракеты на 30 %.

Испытания РП на всех этапах вели высококлассные специалисты И.П. Ильин, Ю.Г. Гращенко, В.И. Затыкин, Г.М. Бадьин и др., на которых лежал груз ответственности за тщательную проверку работоспособности конструкции, формирование окончательных выводов и рекомендаций о допуске РП к испытаниям в составе БРПЛ при бросковых и летных пусках.

Немаловажную роль в повышении дальности стрельбы БРПЛ имел выбор оптимальных значений соотношений расхода горючего и окислителя, регулировка их суммарного расхода двигателем с целью увеличения времени его работы. Для выполнения этой задачи в подающие магистрали ЖРД были введены регулятор соотношения компонентов и регулятор кажущейся скорости, приводимыми в действие относительно простыми электрическими рулевыми машинами (ЭРМ). Эти ЭРМ вновь пришлось "утопить" в топливном баке, что потребовало внедрения ряда конструктивных решений для обеспечения их работоспособности и герметичности в течение всего срока хранения. Указанной проблемой занимались конструкторы группы В.А. Киселева.

В целом при создании СГРМ, РП, СПРМ было найдено множество новых конструктивных решений, десятки из которых признали изобретениями. При опытной отработке и при эксплуатации РП в составе БРПЛ работали практически безотказно. Изготовление, отработка, испытания СГРМ, РП, СПРМ были бы невозможны без создания нового специального испытательного оборудования для оснащения лабораторных баз КБМ и разработчиков СУ, цехов нескольких заводов, стендов огневых испытаний двигателей совместно с РП. Этими вопросами также занималось подразделение отдела РП, что исключало излишние производственные стыки и сокращало сроки изготовления испытательного оборудования. В составе указанной группы работали всего 5-6 конструкторов под руководством Е.Н. Леднева, создателя простых, но емких по содержанию агрегатов.

P.S. По чей-то воле, или другим причинам разработка уникальных БРПЛ с ЖРД ушла в прошлое вместе с XX веком... Но и в XXI веке нелегко понять, как удавалось КБМ создавать в таких малых габаритах БРПЛ, стартующие из глубин океана, преодолевающие огромные расстояния и доставляющие до 10 боевых блоков в разные точки с требуемой точностью.