Системы управления полетом баллистических и крылатых ракет

Какой быть ракете: баллистической или крылатой? Необходимо было проанализировать оба варианта. Соответственно должны были рассматриваться и альтернативы систем управления полетом. При обсуждении этих проблем Рязанский и Пилюгин заявили, что за разработку управления баллистической ракетой они берутся вместе с Кузнецовым или с новой морской гироскопической фирмой НИИ-49 в Ленинграде.

Управлять крылатой ракетой необходимо по всей траектории до самой цели. Это задача очень трудная, и пока они в НИИ-885 не готовы ею заниматься. Принципы, которые предлагали немцы в проекте А9/А10 , не серьезны. Радиоуправление в зоне над территорией противника будет выведено из строя организованными помехами, а автономные средства управления дают пока еще совершенно неприемлемые ошибки.

В самом деле, за счет обычного ухода гироскопической системы (лучшей по тем временам платформы фирмы "Крейзельгерет" ) на одну угловую минуту в минуту времени получим ошибку на местности в одну милю, т.е. 1,8 км. Лучшие гироскопические системы даже в случае воздушного подвеса могли иметь уходы до 1 градуса в час. Если полет на дальность 3000 км продлится два часа, то ошибка на местности для чисто автономной системы уже может превзойти 200 км. Кому же нужна такая ракета?

Но Королева эти доводы не отвратили от крылатых идей. У себя в отделе N 3 СКВ он нашел энтузиастов, которые взялись за исследование возможных схем крылатых ракет. Один из них - Игорь Моишеев - разумно рассуждал, что через два-три года появятся предложения по системе управления, если будут найдены решения по выбору схем аэродинамических сверхзвуковых крылатых аппаратов и энергетически рациональные маршевые двигатели.

Споры вокруг проблем управления крылатыми ракетами шли горячие. Вот тогда-то я и вспомнил об астрокуполе самолета Н-209.

Штурман Левченко хвастался, что в ясную звездную ночь он с помощью звездного секстанта может определить свое географическое место с ошибкой не более 10 км. Работа штурмана заключалась в том, чтобы отыскать на ночном небосводе заранее определенные для северного полушария "навигационные" звезды, замерить с помощью звездного сектанта высоты не менее чем двух звезд, определить точное время замера по хронометру, а затем специальными, не очень простыми расчетами и графическими построениями по карте определить свои координаты. У опытного штурмана при использовании специально подготовленных таблиц точность определения места при затрате 15-20 минут на сеанс достигала 5-7 км. Чтобы удостовериться в этом, я отправился в НИИ ВВС , благо там еще оставалось много знакомых, и получил подтверждение: действительно, есть штурманы, настоящие асы астронавигации, которые определяются с ошибкой всего 3-5 км. Когда в разговоре со специалистами ГК НИИ ВВС я заикнулся, что мы в НИИ-88 хотим начать разработку системы автоматической астронавигации и обойтись без штурмана, то увидел ехидные улыбки.

- А вы летали за штурмана?

- Нет.

- Вот изучите тяжелую штурманскую службу. Полетать мы дадим. И тогда убедитесь в безнадежности этой затеи. Только время потеряете. Но скептицизм авиационных штурманов меня не переубедил. Вместо человека все операции должен выполнять автомат - автоматическая система астронавигации ! Вовсе не обязательно, чтобы она повторяла все, что делает человек. Если такую систему удастся разработать и соединить с автопилотом, которому она будет давать сигналы, корректирующие управление по курсу, а по достижении географического места цели переводить ракету в пикирование, то задача будет решена. Легко сказать! Ясно, что в одиночку всего не придумать.

Начинать надо с организации лаборатории. Там, безусловно, должны быть единомышленники. Лучше, если эти единомышленники будут молодыми и ничего не знающими о профессиональных проблемах авиационного штурмана. Более опытные могут не поверить в реальность задачи и будут только мешать своим скептицизмом. Хорошо, что я не принял предложения и не полетал за штурмана. Вероятно, убедившись в сложности звездной навигации, я бросил бы свою авантюрную затею. Нет, я не считал себя сентиментальным. Особенно после войны. Но память об экипаже Н-209 не давала мне покоя. В чем-то и я был виноват. Если бы у них была настоящая автоматическая навигация! Теперь, когда есть средства, есть потребность и можно широко поставить исследование, нельзя упустить такую возможность. Я пошел к Королеву и заявил:

"Есть идея! Берусь за разработку системы навигации для крылатой ракеты при условии, что вы действительно будете делать такую ракету". Королев сразу принял идею, но сказал, что надо получить согласие Победоносцева на организацию новой лаборатории и лучше, если я пробью это сам, без его помощи. В те ранние годы Королев еще не расстался со своей идеей ракетного самолета , которым занимался в РНИИ до ареста. Теперь представилась возможность без всяких писем Берии или Сталину, которые он писал из тюрьмы, вкладывать средства в реализацию гораздо более смелой идеи, чем проект стратосферного самолета десятилетней давности.

Я понял его так, что "давай работай, а там будет видно". Он не отвергал идеи крылатой ракеты. Более того, в его планах появилась ЭКР - экспериментальная крылатая ракета . Пока еще толком не летала даже ракета Р-1. У Королева было много сложных проблем в отношениях с руководителями НИИ-88. Если он начнет требовать создания в моем отделе "У" еще одной лаборатории, работающей на его тематику, это вызовет возражения Синельщикова. Он получит новые доказательства, что Черток в своем отделе зажимает зенитную тематику и почти все управленцы работают на Королева. Сергей Павлович был прав: в этом вопросе надо было действовать осмотрительно. Он имел представление о штурманских проблемах и усомнился, есть ли в моем отделе специалисты для разработки такой идеи.

Когда подбираете людей, коих хотите сделать своими единомышленниками, очень важно сформулировать перед любым из них его конкретную задачу, которая входит необходимой составной частью в решение всей проблемы в целом. Эта "целая проблема" должна быть для творческой личности достаточно привлекательной. Надо частными решениями, не теряя времени, захватить плацдарм, не дожидаясь, пока созреют и будут придуманы, изобретены или открыты все методы и истины, позволяющие полностью реализовать систему. Была и здесь такая очевидная задача, которую следует решить, не ожидая ответа, какой будет потом вся система, - это задача поиска, опознавания и автоматического слежения за звездами.

Для начала примем за основу методику, которой пользуются штурманы на море и в воздухе. После того как нужные звезды найдены и опознаны, надо решить еще по крайней мере две задачи: определить высоту звезды над горизонтом или угол между направлением на звезду и направлением вертикали и ввести в заготовленную методику расчета результаты замеров. Ну а дальше надо придумать счетно-решающий прибор, который в зависимости от автоматически замеренных угловых расстояний двух звезд все подсчитает, выработает команды навигации для автопилота ракеты для полета по оптимальной трассе и выдаст конечную команду для пикирования на цель.

Итак, первая задача - создать автомат, который будет следить за звездами с неподвижного основания, для начала из окна лаборатории. Надо начинать с самого простого. Первым сотрудником новой лаборатории, еще не узаконенной штатными расписаниями, была Лариса Первова , с которой еще во время войны мы разрабатывали электродуговое зажигание. В отличие от обычного для женщин-инженеров строго исполнительского стиля деятельности в пределах, предусмотренных руководителем, она проявляла инициативу и стремление к автономным самостоятельным действиям. В данном случае, когда новое направление пока находилось в состоянии постановки задачи, это было ценным качеством, тем более, что я этой работе мог уделять внимание только урывками. Вскоре появились лаборанты, закупались и добывались оптические измерительные приборы, различные фотоэлементы, электронные умножители, завязывались знакомства в электронно-оптических лабораториях других институтов.

В годы становления НИИ-88 мы не испытывали затруднений в средствах на организацию любых новых начинаний. Требовалось лишь показать, что средства нужны для будущего ракетной техники. Что касается приема на работу новых специалистов, то трудности возникали только при оформлении в отделе кадров, если в анкетных данных не было необходимой чистоты. Для работы в лаборатории требовались изобретатели. Необходимо "придумать"- изобрести, а затем и реализовать принципиально новую систему, такую, которой нигде, даже за рубежом, еще нет. Для руководства такой лабораторией руководитель - администратор не годится. Нужен руководитель с обязательным "даром Божьим" - творческим началом и при этом обладающий реалистическим мышлением. В данном случае от руководителя такой лаборатории требовалось еще системное мышление и электротехническое, на худой конец механико-математическое, образование. Если он к тому же будет способен на административное руководство, то совсем хорошо. Нужен человек с идеями. Где найти такого? В самом НИИ-88 подходящей кандидатуры я не видел. Более того, даже первое скромное начинание - создание группы по разработке методов автослежения за звездами - уже в коллективе отдела "У" вызывало возражения. Быстро нашлись противники, доказывающие, что вся затея по астронавигации - это авантюра. Нашелся и такой идейный борец за государственные интересы, который ясно дал понять, что если эту перспективную работу я поручу ему, он снимет все возражения и будет работать в поте лица. А если нет, - будет в открытую и всеми прочими способами доказывать, что в лаборатории пытаются реализовать авантюрную идею. Я не внял его предостережениям. Но он свое слово сдержал, и в течение трех лет одна за другой комиссии пытались отыскать авантюрные начала в идеях астронавигации. В одно из посещений министерства я поделился своими проблемами с работавшим там специалистом по приборам управления зенитным огнем и всяческой оптике Владимир Сергеевич Семенихиным . Он недавно был переведен на руководство отделом в министерство с Загорского оптико-механического завода . Неожиданно Владимир Сергеевич заявил, что мне поможет: "Есть у меня кандидат на такую именно работу. Он удовлетворит вас по всем параметрам, кроме 5-го пункта кадровой анкеты . Но это уж ваша забота. Если согласны, я помогу перевести его из Загорска в Подлипки". Пришлось мне идти на поклон к полковнику госбезопасности, который был заместителем директора института по кадрам. Так руководителем работ по системе автоматической астронавигации на многие годы оказался Израэль Меерович Лисович .

Как-то много лет спустя, при встрече на очередном собрании в Академии наук я ему напомнил о добром деле, которое он сделал в 1947 году. Он не мог вспомнить, а потом спросил: "Чем же вся эта затея кончилась?". А затея длилась целых 15 лет.

Лаборатория пополнялась кадрами, и вскоре, теперь уже стараниями Лисовича, гироскопические проблемы были поручены Г.И. Васильеву-Люлину . Он оказался талантливым механиком и в теории, и в конструкции. В 1949 году нам " на троих" - Лисовичу, Чертоку и Васильеву-Люлину - было выдано авторское свидетельство, признанное "совершенно секретным". По существу, все основные принципы были разработаны и проверены на макетах в течение 1948-1949 годов. Мы доказали возможность автоматической навигации по звездам при существовавшем в то время уровне отечественного приборостроения. Еще далеко было до времен транзисторов, микроэлектроники и компьютеров, позволяющих решать проблемы автоматического управления и сложных вычислений чисто электронными методами, а надежность обеспечивать многоступенчатым резервированием.

Мы пошли по пути чистой электромеханики в расчете на надежность классических методов за счет простоты идей и конструкции. Первой проблемой была разработка следящей системы за звездами. Наиболее сложными здесь оказались задачи световых помех - от общего фона засветки и опасность "зацепиться не за ту звезду". Для слежения за двумя звездами одним телескопом было придумано устройство с поворачивающимся зеркалом. Гироскопическая стабилизация позволяла удерживать направление на звезду, даже если она какое-то время не наблюдалась.

В лаборатории такой макет отлично работал на качающемся основании и не терял искусственных звезд - двух коллиматоров. Вторая после звездной проблема заключалась в изобретении вертикали. Искусственная вертикаль должна была вырабатывать направление к центру Земли. Угол между направлением на звезду и направлением вертикали позволял определить "высоту" звезды над горизонтом и построить так называемую окружность равных высот. Если построить по двум звездам две окружности равных высот, то одно из пересечений этих окружностей на карте и будет положением самолета, корабля или ракеты.

Создание вертикали было в то время совершенно новой задачей. Тот самый профессор Шулер , который в 1945 году под мое честное офицерское слово приходил к нам в Бляйхероде для знакомства с работой института "Рабе", еще в 1923 году открыл и опубликовал принцип маятникового устройства, сохраняющего направление вертикали при действии ускорений. При движении по дуге большого круга по поверхности Земли такой маятник должен иметь период колебаний 84,4 минуты! Но физический маятник с таким периодом должен иметь длину подвеса, равную радиусу Земли. Надо было искать другие принципы.

Васильев-Люлин обнаружил в литературе, что еще в 1932 году советский инженер Е.Б. Левенталь предложил гироскопическую вертикаль с так называемой интегральной коррекцией, теория которой была разработана Б.В. Булгаковым в 1938 году. Но практическая реализация такой вертикали при ошибках, не превышающих одну-две угловых минуты относительно истинной вертикали данного места, оказалась невозможной. В нашем предложении (идеи были развиты Васильевым-Люлиным ) свободный гироскоп Левенталя заменялся направлением на звезду - этим сразу исключалась большая по тем временам ошибка свободного гироскопа. В классическом труде академика А.Ю. Ишлинского только математическое описание подобной вертикали занимает 14 страниц. ( Ишлинский А.Ю., 1976 Ориентация, гироскопы и инерциальная навигация.. М.: Наука, 1976.)

Третья проблема - разработка счетно-решающего прибора, вырабатывающего команды на автопилот, была реализована с помощью кулачкового механизма. Любопытно, что приведенная погрешность такого примитивного прибора по углу не превосходила одной угловой минуты.

Все идеи и принципы были проверены на действующих лабораторных макетах. Возникновение очень активной оппозиции, доказывающей, что по злой воле Чертока много специалистов отвлечено на авантюрную работу, потребовало тщательного документирования всех исследований. Тем не менее число модных в те годы обличающих писем в партийный комитет и министерство увеличивалось.

Первые успехи исследований и создание действующих макетов приборов автоматической астронавигации, несмотря на яростные нападки местных борцов за чистоту тематики, воодушевили сторонников крылатого направления в коллективе Королева. Надо отдать должное его личной объективности и убежденности. Он всячески активизировал проведение НИР по теме "Комплексные исследования и определение основных летно- тактических характеристик крылатых составных ракет дальнего действия". Непосредственный исполнитель этих работ Игорь Моишеев , с которым я регулярно встречался, вообще утверждал, что "межконтинентальность может быть достигнута только на крыльях".

В это смутное время Королев и его первый заместитель Мишин сами подвергались ожесточенной критике со стороны очень правоверной части партийного комитета . Их обвиняли в зазнайстве, засоренности коллектива беспартийными аполитичными кадрами, отсутствии самокритики и еще очень многих грехах. При одной из встреч со мной Королев показал удивительную осведомленность о состоянии дел в лаборатории Лисовича . Я спросил, откуда он все это знает? Королев ответил, что эта работа его лично очень интересует и поэтому он имеет свои источники информации. "Но имей в виду, - сказал он, - ты в свое время набирал людей без особого внимания к их порядочности. У тебя много сволочей. Время такое, что выгнать их сейчас нельзя. Опять пришло такое время, что даже министр не всегда может заступиться". Королев спросил, знаю ли я, что Вера Николаевна Фролова , курирующая работы по гироскопической технике баллистических ракет, выходит замуж за Лисовича ? Я признался, что в личные отношения своих сотрудников не вмешиваюсь. "А вот и зря. Я вот все знаю, что у тебя творится. Пусть женятся. А ты обязательно уговори Фролову перейти в лабораторию к Лисовичу. Его надо поддержать. Она это сможет, можешь мне поверить". В этом разговоре речь шла не об упоминавшейся мною ранее Вере Фроловой - радиоинженере, а тоже о Фроловой, и тоже Вере, но специалисте по гироскопии. Фролова действительно проявила бойцовские качества, отстаивая звездную тематику. Лисович получил сильного сотрудника и друга на всю жизнь. Я еще раз убедился в умении Королева следить за поведением и отношениями между людьми даже там, где они ему не подчинялись, и вмешиваться - всегда по делу- в расстановку кадров.

Неожиданно Королев выступил с очень удачным предложением, на время обезоружив противников астронавигации. Чтобы окончательно убедиться в правильности или ошибочности предлагаемых принципов, необходимо провести испытания системы на самолете. Это позволит экспериментально подтвердить правильность принципов и обещанную в расчетах точность. Предложение Королева было принято руководством института и министерства. В 1950 году началась разработка и изготовление действующего макета ночного варианта системы автоматической астронавигации.

Описываемым событиям предшествовала еще одна встреча, которая в дальнейшем имела большое значение в судьбе этой работы. В самом начале 1949 года меня вызвал к себе директор Гонор . Последнее время его вызовы всегда носили превентивный характер - он предупреждал меня об очередных письмах в ЦК или министерство и о подготовке комиссий для обследования работы вверенного мне отдела. Сам Гонор относился ко мне очень доброжелательно, но всегда давал понять, что "если что", он меня защищать не сможет. Однажды даже намекнул, что лучше, если в этой скандальной звездной истории я заменю Лисовича на кого-либо другого, более "чистого" по анкетным данным, ибо его, Гонора, тоже запросто обвинят в особой направленности при подборе и расстановке кадров.

"Имейте в виду, это идет не от Ветошкина и не от Устинова. Есть силы, которым и они сопротивляться не могут". Когда я вошел в кабинет Гонора, приготовившись внутренне получить еще одно неприятное предупреждение, то увидел, что он не один. В кресле у огромного гоноровского стола сидел генерал-майор. Я сразу определил: "от авиации", и очень знакомое лицо. Когда я подошел, он встал, крепко пожал руку и, улыбаясь, представился: Лавочкин . Так вот почему лицо показалось таким знакомым! Портрет прославленного генерального конструктора знаменитых во время войны истребителей ЛаГГ , Ла-5 и Ла-7 не раз появлялся в прессе. Лавочкин оказался высоким, чуть сутулившимся. Генеральская форма со звездой Героя Социалистического Труда гармонировала с генеральской формой и такой же золотой звездой хозяина кабинета Гонора. Только погоны были разные. У Лавочкина авиационные, а у Гонора артиллерийские. Гонор курил, как обычно, свой любимый "Казбек" и, видимо, продолжая рассказ о структуре и работах НИИ-88, обратился ко мне:

- Семен Алексеевич у нас первый раз. Я только сейчас узнал, что он хорошо знаком с Королевым и даже ставил двигатели, которые они с Глушко делали в "шарашке" в Казани , на свои самолеты. Я ознакомил Семена Алексеевича со структурой и тематикой нашего института. А вот о ваших работах он пожелал услышать из первоисточника. Меня удивило, что столь знаменитый авиаконструктор истребителей вдруг заинтересовался системами управления баллистических ракет. Как мог, я коротко рассказал о структуре отдела "У" и основных работах, которыми мы занимаемся, умолчав из осторожности об астронавигации. Но Гонор, заметив мою осторожность, перебил и добавил:

- Борис Евсеевич умолчал об очень интересной работе - звездной системе для управления крылатыми ракетами. Лавочкин встрепенулся и очень внимательно стал слушать. Когда я назвал цифры точности: от 5 до 10 км независимо от времени и дальности полета, он хитро прищурился:

- Ну это вы, конечно, рекламируете. Но очень интересно. Если будете проводить самолетные испытания, я обязательно попрошу ознакомить с их результатами. Потом разговор вернулся к теме, которая, видимо, обсуждалась двумя генералами до моего прихода. Лавочкин поучал Гонора (я передаю смысл, дословно по памяти воспроизвести не могу):

- Очень важно подобрать способных людей. Надо дать им свободу раскрыть свои возможности и притереться друг к другу. Ваша организация молодая, и пока все научатся вместе делать одно общее дело, будет много склок, поверьте мне. Нужно еще два-три года, пока у вас все притрется. Особенно при таких различиях в тематике и интересах.

Лавочкин был прав. Прошло более трех лет, пока все более или менее встало на свои места и пока Королев, наконец, занял достойное место.

Лавочкин продолжал:

-Я вот Льву Робертовичу рассказал, что с Королевым работал, когда мы были еще совсем молодые. На Красной Пресне было такое КБ француза Ришара . Королев очень увлекался тогда планерами. Там много талантливых молодых было. Потом он увлекался реактивным движением. Только перед войной узнал о его беде. А двигатели Глушко, которые они с Королевым делали в Казани, мы совсем недавно пытались внедрить. Летали. Но это теперь невыгодно: мы поняли, что ЖРД - это не для самолетов. В то время Лавочкин имел все основания так говорить. Истребительная авиация уже овладела звуковым барьером. И этот революционный для авиации скачок был сделан благодаря установке на самолеты турбореактивных двигателей , а не ЖРД. В гонке-соревновании за наиболее совершенный реактивный истребитель Лавочкин вначале отставал от Микояна и Яковлева . Но, создав серьезную научно-техническую базу на новом заводе в Химках , он не только начал работать над более совершенным, чем у конкурентов, истребителем, но и согласился на разработку и изготовление зенитных ракет , формальным идеологом управления которыми выступал сын Лаврентия Берии - Сергей Берия .

Тогда же Лавочкин посетовал, что он приглашал Королева приехать к нему, напрашивался сам к Королеву, но "дальше телефонных разговоров дело не пошло". Я предложил Семену Алексеевичу пройти со мной и посмотреть лаборатории и стенд с имитацией запуска ракеты. Он поблагодарил, сказав, что без своих специалистов не хотел бы совершать такую экскурсию. Они могут обидеться. Когда Лавочкин уехал, я напрямую спросил Гонора, почему на встречу он не пригласил Королева. Гонор объяснил. Во-первых, Королева Гонор пригласил. Но Королев сразу сказал, что по какому-то делу должен срочно уехать. Во-вторых, Лавочкин сам звонил и предупредил, что хочет говорить с директором. Для астронавигации, о которой я веду рассказ, посещение Лавочкиным НИИ-88 имело важные последствия.

Действующий макет системы для испытаний на самолете был изготовлен силами лаборатории и нашего опытного приборного цеха в течение полутора лет и был готов к установке на самолет Ил-12 к началу 1952 года. Летчик должен был вести самолет так, чтобы стрелка индикатора сохраняла по возможности нулевое положение. Это означало, что самолет идет по трассе, указанной системой астронавигации. При выходе на цель на пульте штурмана и доске пилота загорался красный транспарант. Обязанностью штурмана было определение по земным ориентирам действительного положения самолета, благо полеты производились только в ясные ночи. Определив действительное положение по трассе полета в момент появления сигнала "цель", можно было определить погрешность, которую имеет система. Было совершено девять полетов по маршруту Москва-Даугавпилс протяженностью около 700 км. Испытания проводились на протяжении второй половины 1952 года и первой половины 1953 года совместно с ГК НИИ ВВС . В этих решающих для судьбы системы испытаниях участвовали все ведущие специалисты лаборатории во главе с Лисовичем .

Летные испытания блестяще подтвердили правильность принципиальных решений. За все время не было ни одного отказа, а ошибка навигации не превышала 7 км. Последующие расчеты показали, что если бы гироскопические и другие элементы системы были изготовлены с точностями, доступными технологии 70-х годов, то ошибка составляла бы не более 1 км! Я не участвовал в этих испытаниях, а только переживал за товарищей, с которыми вместе начинали эту работу в 1947 году.

Ссылки: