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第6章 火箭的故事(5)

火箭А—4第一次在试验台上的点火试验于1947年10 月16 日进行。人们立刻就发现了大量地面电缆网络和接插件的故障。整改工作进行了一昼夜。两天后,1947年10 月18 日,在靶场实现了第一次弹道火箭发射。发射结果良好:火箭А—4 飞行了206.7 千米,达到86千米高度。但也发现了一些问题:火箭向左偏离目标达30千米,进入稠密大气层后就完全烧毁了。

下一次,10月22日的发射,仍然使用了Т批次火箭。还在火箭飞行的主动段,发射者们就捕捉到严重的向左偏离,竟达到180 千米!为解决问题,德国专家受邀而来。终于弄清,原来在一定状态下,由于振动,控制线路内产生了对有用信号的干扰。后来在线路中加了电子滤波器,才消除了干扰。

改进控制线路之后开始并延续至1947年11月13日的第二轮试验,发射了4枚Т批次和5枚Н批次(此批火箭是苏联和德国专家在德国组装的) 火箭。9枚火箭中,能够达到最大射程274千米目标的仅有5枚。

当靶场进行夏季飞行试验的时候,在НИИ—88 ,计及苏联国标(ГОСТ)、标准、规范和材料的要求,完成了对德国火箭技术资料的配套工作。此项艰苦而细致的劳动,就像研究和掌握缴获的火箭技术的总结一样,成为制造国产远程弹道火箭Р—1的基础。

事实表明,在苏联条件下,制造类似这样的火箭并不简单。首先遇到的困难是用国产类似材料替代德国材料。在制造火箭А —4时,德国人使用了86 种牌号和规格的钢材,而苏联1947年的工业技术,可以提供的仅有32种牌号。有色金属方面,德国人使用了59种牌号,而苏联的火箭,在自己家只能找到21种。橡胶、垫片、密封、绝缘、塑料,都是极端“困难的”材料。对于火箭,需要有87种非金属产品,而苏联的工厂和研究所能够提供的只有48种。

克服了巨大困难才掌握了控制系统舵面机构的制造。其第一批样件,无论是静力特性还是动力特性,没有一样达到要求。更严重的是,它们都没能达到密封要求。作为工作燃料的油,在这些机构中,当产生工作压力时,毁坏了橡胶密封件。另外,刚刚掌握了制造机构壳体技术的工厂,甚至不能保证最基本的品质。

用于制造泵主要零件的特殊铁和钢,在加工时被发现纯度不够。继动分流阀组件给已有大量废品的齿轮泵又添加了许多麻烦。掉入分流阀机构中的微小颗粒,导致机构卡滞。这种“污染”,使火箭失去了操纵性,并不可避免地发生事故。

在德国研究液体火箭发动机时,大燃烧室的焊接并非不可捉摸。但在自己家里,焊缝却是带有凸瘤的,有大量烧穿,试验时还产生裂纹。

通过解决这些问题,设计师们有了一种成熟的看法,即战后苏联的生产水平,不适应设计人员所创造的技术水平。要做的不仅是对操作工艺的改进,还要使工程师和工人从心理上有深刻改变。

尽管工艺落后,而且首批Р—1在形式上仅限于仿制火箭А—4,设计师们还是争取立刻采用新的方案。结果是,其显著改造了尾舱和仪表舱的结构,并有所加强。因为加大了酒精的加注量,火箭的理论飞行距离也得以提高,达到250至270千米。

计划于1948年9月17 日在卡普斯金亚尔靶场做第一次发射火箭Р—1的尝试,即А—4发射后的11个月。批号为I—4的火箭,发射后立即倾斜并开始水平飞行67。在发动机工作情况下飞行了10 千米后,火箭俯冲并毁坏。发射时发射台被损坏。

由于需要在靶场直接消除无数故障,故耽误了下一枚Р—1的发射。但最后还是进行了发射,日期是1948年10 月10 日。这一次,批号为I—1的火箭飞行了250千米。发射被认为是成功的,但这是10枚火箭批量中仅有的一次。故障原因主要是工艺性的:火箭的机械部件和系统制造质量不佳; 对部件和仪表的检测监控不好。为救活年轻的火箭企业,不致令其关闭,设计师不得不重新检查全部工艺链。

夏季第二阶段的试验准备了20 枚火箭。其中10 枚用于校靶,10枚用于考核。在1949年秋发射时,这一组中17 枚火箭完成了自己的任务。

1950年1月25日,政府决定,火箭Р—1 装备苏联军队。而在1952年,该火箭在第聂伯尔彼得罗夫斯克的第588 工厂投入批量生产。今天,许多专家提出:火箭Р—1装备苏联军队并投入批生产了吗?要知道,军方认为它不可靠,老化了。但是,如果回顾这一段历史,从培养专业干部、积累经验、提高工艺水平的观点看,火箭Р—1的贡献不可磨灭——在4年的时间里,苏联火箭人员消除了落后10年的状况,在苏联,打下了发展新型企业的基础。此外,正是火箭Р—1使苏联开始了针对宇宙的直接研究。

1.7 首次地球物理探测

还在德国的时候,科罗廖夫即明白了,在火箭А—4基础上可以设计更先进的火箭,其射程可达到600 千米。在确定德国发动机在推力上可以给出16% ~35% 的加力之后,总设计师建议了5种新火箭方案,其中之一是基本型。

设计人员曾设想,标识为Р—2 的火箭,将基本类似А—4,但其箭身的柱体长度延长了1.9 米。尽管工期短、工作忙,1946年底还是完成了火箭的全部图样及说明书,甚至做好了3枚Р—2的试验样机。

1947年4月25日,在НИИ—88第一次学术委员会上,进行了火箭Р—2的草图设计答辩。有一个问题引起极大关切。计算表明,加长的火箭在返回稠密大气层时会损毁。科罗廖夫将齐奥尔科夫斯基关于组装火箭的论述引用到自己论文中67 ,并提出了独创的思想:制造可分离的火箭弹头,使其独立击中目标,而不取决于运载器弹道轨迹的末段。

在改进火箭的过程中,还曾有过一些革命性的建议。例如,借助给箱体内部增压,可以使其有足够的刚性,以至能自身承受并“支撑”外部载荷。据此,箱体可以做得更小且无需另外制作保护外壳——外壳会增加火箭的重量。此外,研究表明,大的尾翼并不能改善火箭的飞行特性,从而否定了其存在的意义。

到1947年底,设计方案已经完成,但新的独特设想仅部分实现:仅限于承压的燃油箱。方案保留了氧气箱的防护外壳,保留了尾舱的尾翼。火箭的最终方案建议,把氧气箱做成承压的。因此,第一方案被划到特殊计划中,火箭被标识为Р—2Э。

对可分离弹头问题要给予认真研究。开始,НИИ—88 的工程师们感到,新的“组装”构图没有任何困难:关闭发动机,弹头用弹簧抛出,或者用传爆管射出。但是,几乎马上就出现了问题:只要发动机工作,就不能分离弹头(发动机就像从下方用火箭壳体托着它),而发动机关闭之后再分离弹头并不划算,因为,火箭已经不可操纵,弹头可能偏离航向。因此,分离要准确地发生在发动机关闭的那一瞬间。问题也正在这里,这一瞬间是不存在的!停止供燃料之后,燃烧室内的残余燃烧仍在继续,推力趋向减小,而完全消失却要经过7 ~10 秒。为了确定精准的停止供燃料瞬间,需要燃料残余燃烧的数学模型。而建立这样的模型,不要一年也要数月的时间。谢尔盖·科罗廖夫决定,不等待这一问题的理论概念完成,直接进行火箭Р—1 弹头的试射。他设想,在Р—2Э开始试验之前,和弹头分离有关的所有问题都将得到解决。于是出现了火箭Р—1А——阿努诗卡,这是靶场上人们对它的爱称。

可分离弹头的工作使科罗廖夫迈出了下面的一步,邀请科学院的学者参加导弹计划。科罗廖夫继续将自己的“宇宙”方针投向火箭制造,它需要经过检验的高层大气数据,以便投入宇宙飞行器的设计。

有趣的是,早在1944年,科学院物理研究所就讨论过建造火药火箭210的问题,并以升至40 千米高的仪表,对宇宙射线进行测量。1946年6月,在列宁格勒近郊发射了3 枚此种火箭,火箭上安装了由谢尔盖·尼古拉耶维奇·威尔诺夫68教授小组制造的仪器。但是,发射均以失败告终。不过,威尔诺夫没有失望,当他听说在伏尔加河边的荒原正在发射大型火箭时,他开始询问并找到了科罗廖夫。

1947年夏天,总设计师邀请威尔诺夫教授及其同行来到巴特里普基,参观工厂和设计局,展示了从德国缴获的火箭技术设备样品。参观结束后,科罗廖夫开始询问物理学家的计划。在谈话过程中,确定了科研设备第一个组件的重量为500千克。

得到科学院领导事先的支持之后,威尔诺夫教授又得到国防部长乌斯季诺夫的许可,将自己的仪器放在了从德国运回的2枚А—4火箭上。1947年秋,物理学家来到卡普斯金亚尔。带有科学仪器的火箭第一次发射已经是11月2日,进行得近乎理想:火箭偏离理论轨迹仅仅5千米。仪器记录的信号可以接受,并对其进行了译码和分析。11月13日的第二次发射表现得“更纯净”,其偏离未超出80米,学者们得到了大量值得处理和思考的数据。

物理学家的兴趣范围扩大了,在得知带有可分离弹头的火箭Р—1А设计方案之后,他们欣喜若狂 :现在能够精确测量大气高层的气体组成和温度了,再也不用怕“整个”火箭造成的不可避免的“干扰”。

为支持科学研究,军方拨出8 枚缴获的火箭А—4 ,НИИ —88的工程师们逐个查看,进行必要的更改。一些火箭,安装了特殊结构的尾舱,同时,增加了使弹头分离的机构。该机构的工作原理是:发动机“停车”以后,操控仪表发出指令,使传爆管的爆炸螺栓断开,弹头和火箭壳体是用该螺栓连接在一起的。然后,弹簧机构平稳地推出弹头。结果,火箭Р—1А在壳体尺寸不变的情况下,长度比原来的А—4增加了1米。

1949年5月7日,阿努诗卡第一次发射。分离的弹头落在距离发射点210千米的地方。激动的科罗廖夫立即要了飞机飞向目的地。他从空中看到两个弹坑,便说服驾驶员将飞机Ли—2 降落,自己去看火箭和分离弹头的着陆点。

又进行了还算成功的三次带有分离弹头的弹道发射。而对第5枚——安装着物理学家的仪器的火箭,则坚决地进行了垂直发射。科学研究部件ФИАР—1放在臼炮内的圆柱形仪器舱内,臼炮安装在尾舱,就在尾翼的旁边。在预定高度,用压缩空气将其抛出。

经过4秒钟,仪器开始收集样件,为便于着陆后寻找,仪器舱装备了无线电发射机。两枚准备垂直发射的火箭,分别安装了2 个臼炮和2个仪器组件ФИАР—1。

1949年5月24日,首批2 个组件ФИАР—1 被火箭Р—1А带到110千米高度。弹头分离机构正常工作,两个仪器舱分别飞向火箭两边,以便脱离“过量的燃气流”。一段时间内,仪器舱飞行时仪器没有启动,最后终于开始工作。但就在这一刻,降落伞突然提前打开了。巨大的空气压力将降落伞撕成布条,仪器舱随即落向地面。

4天以后,即5月28日,物理学家不再悲伤,因为科研仪器从102千米回落到地面依旧完整,没有损伤。

利用改进的火箭Р—1做科学试验持续了7年时间,火箭很适合用于研究高层大气。实际上,他们的标识已经不是“Р”,而是“В”(俄文“垂直”的字头)。这样,在Р—1А基础上,研制并发射了下列火箭:В—1А,В—1Б,В—1В,В—1Д,В—1Е。在Р—2基础上的是В—2А,在Р—5基础上的是В—5А。

至于大型火箭Р—2,则在完成一个循坏试验之后,又加以改进,并于1952年以代号8Ж38装备了部队。

可分离弹头不仅使人们能够确定大气上层成分,而且能够开始从事医学生理实验,研究火箭飞行因素对生命组织的影响。1950年8月28日,科罗廖夫批准了研制火箭В—1Б以及可分离密封舱的技术任务书。分离密封舱内可以安置供试验的动物。

但是,会是什么动物?弗拉基米尔·伊万诺维奇·亚兹多夫斯基69对此给了答案。他此前在国家航空医学科学试验研究院(ГНИИИ) 70领导了密封舱和宇航服的试验,并成立了由三个医生和一个工程师组成的小组。

正如预想的,在选什么动物进行试验的问题上,小组成员之间发生了争论。起初有人建议选啮齿动物,也考虑过用猴子,因为当时美国在缴获的火箭А—4上,猕猴属的恒河猴已经飞过。但是,猴子常发生神经问题,因此,学者们被迫搭载上被麻醉的猴子,这大大降低了所得结果的价值。此外,没有一只猴子幸运地生还地面,因为火箭及其弹头毁坏了71。经过长期辩论后确定,宇宙试验的生物客体将是狗。因为狗能很好地接受训练,并极快地习惯于各种限制。下面一点也很重要:在俄罗斯对其生理的研究已经持续了数十年,而巴甫洛夫教授72的论文也广为人知,那些未来的宇航医学家们还是大学生时就知道了。

为飞行而选择的狗,其体重不能超过7千克。其他必要条件是:特别健康,有很强的抗病能力,对各种不利外界环境因素保持稳定,具备这些条件的首先是流浪的、非良种的狗。年龄也有很大意义:年老动物和幼崽忍耐不利条件的能力较差; 幼崽好动,坐不住,过分地爱玩耍,这有可能导致试验失败。根据经验,应优先选择年龄在2岁至6岁的狗。

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