Р-16: гонка за готовностью и путь к катастрофе

Изображение: Конструктивно-компоновочная схема Р-16. На схеме обозначены: 1 — головная часть; 2 — приборный отсек; 3 — бак окислителя второй ступени; 4 — бак горючего второй ступени; 5 — тоннельный трубопровод окислителя; 6 — рулевой двигатель второй ступени; 7 — переходный отсек; 8 — бак окислителя первой ступени; 9 — шаровые баллоны бортовой системы наддува; 10 — бак горючего первой ступени; 11 — тоннельный трубопровод окислителя; 12 — хвостовой отсек; 13 — рулевой двигатель первой ступени; 14 — камера сгорания маршевого двигателя первой ступени.

Р-16 и катастрофа на площадке № 41: ход событий и причины

В октябре 1960 года на полигоне Тюра-Там, позднее ставшем Байконуром, готовили к испытаниям ракету Р-16 — изделие с индексом 8К64. Для Михаила Кузьмича Янгеля и днепропетровского ОКБ-586 это был важнейший этап работы над новой концепцией межконтинентального оружия.

К тому времени королёвская Р-7 уже находилась на боевом дежурстве, однако для её запуска требовались крупные стартовые сооружения и криогенное топливо, а подготовка занимала более десяти часов. Проект Янгеля предусматривал другой подход: использовать компоненты, которые долго хранятся в заправленном состоянии. Ракета могла бы оставаться готовой к пуску неделями и месяцами.

Различия между подходами Сергея Королёва и Михаила Янгеля касались не только техники, но и военной стратегии. Королёв ориентировался на универсальность и кислородно-керосиновые двигатели. Янгель делал ставку на специализированную военную ракету с самовоспламеняющейся топливной парой «гептил-амил». Его поддерживали Валентин Глушко: после разрыва отношений с Королёвым ОКБ-456 под его руководством сосредоточилось на двигателях такого типа, — и министр оборонной промышленности Дмитрий Устинов. Устинов рассчитывал, что новый комплекс поможет уменьшить отставание СССР от США по числу межконтинентальных ракет.

Р-16 создавалась как ответ на увеличение американской группировки ракет «Титан» и «Атлас» и стала одним из основных элементов советской программы. Двухступенчатая ракета имела корпус, сужавшийся от первой ступени ко второй. Её проектная дальность составляла 13–14 тысяч километров, а полезной нагрузкой должна была стать термоядерная боевая часть мегатонного класса.

Проектирование велось в напряжённом темпе. Предэскизный вариант, подготовленный в феврале 1957 года, предусматривал конические ступени. К ноябрю того же года в эскизном проекте появилась цилиндрическая форма с характерным уступом на стыке ступеней. Это решение впоследствии применялось в других ракетах КБ «Южное». В качестве топлива выбрали несимметричный диметилгидразин, известный как гептил, и азотнокислый окислитель АК-27И, или амил. Такая комбинация давала тактические преимущества, но разработка шла при дефиците времени и организационных проблемах. Впоследствии выяснилось, что технические риски оценили недостаточно.

Устройство ракеты и система управления

В конструкции Р-16 использовали несколько новых для советского ракетостроения решений. Вместо графитовых газовых рулей, которые было сложно изготавливать и точность которых снижалась из-за теплового износа, управление по тангажу и рысканию обеспечивали четырёхкамерные жидкостные рулевые двигатели. На первой ступени стоял двигатель 8Д63У, на второй — 8Д64У. Их разработало специальное подразделение ОКБ-586. Рулевые двигатели работали на том же топливе, что и маршевые, что обеспечивало устойчивое зажигание и точное управляющее воздействие.

Маршевые двигатели разрабатывала кооперация под руководством ОКБ-456 Валентина Глушко, применившая блочно-модульный принцип. Основой был двухкамерный модуль 8Д515 с турбонасосным агрегатом между камерами. На первой ступени три таких модуля соединялись в двигатель 8Д712. Для второй ступени предназначалась высотная модификация 8Д713 с удлинёнными соплами. Модульная схема упрощала изготовление и стендовые проверки, но делала запуск пневмогидравлической системы более сложным. Ошибочная команда могла привести к одновременному воспламенению значительного количества топлива.

Изображение: Схема установки ракеты Р-16 на пусковом столе.

Систему управления создало харьковское ОКБ-692 под руководством Бориса Коноплёва. Для СССР это была первая полностью автономная система такого рода: ей не требовались пункты радиоуправления, применявшиеся для Р-7 и Р-9. Автономность позволяла сократить подготовку к старту до 24 минут, повышала скрытность базирования и создавала предпосылки для использования шахтных пусковых установок.

В состав системы входили гиростабилизированная платформа, автомат управления дальностью, система одновременного опорожнения баков и программно-временная аппаратура с шаговыми моторами. Последняя впоследствии оказалась связана с катастрофой.

Ответственность за разработку распределили не вполне ясно. Формально систему курировал главный конструктор гироприборов Виктор Кузнецов, тогда как логику управления и наземное электрооборудование создавал коллектив Коноплёва, не имевший достаточного опыта работы с аппаратурой такой сложности. Постановление ЦК КПСС и Совета министров от 26 августа 1958 года закрепило это разделение, но не обеспечило единого контроля за электрической схемой. В результате в ней не предусмотрели блокировку, которая исключала бы запуск двигателя при возвращении программных механизмов в исходное положение.

Подготовка к пуску и технические сбои

23 и 24 октября 1960 года во время подготовки к испытанию происходили неполадки. Руководители работ, стремившиеся уложиться в график, рассматривали их как устранимые неисправности, а не как признаки системной угрозы.

При заправке обнаружили, что гептил просачивается через дренажные трубки первой ступени со скоростью 142–145 капель в минуту. Топливо собирали в металлическую ёмкость, хотя рядом находился окислитель, контакт с которым мог немедленно вызвать самовозгорание.

Дополнительный риск создало решение заранее подорвать разделительные пиромембраны перед турбонасосным агрегатом. Так пытались обойти дефект пиропатронов: их электрическая цепь иногда замыкалась продуктами сгорания, из-за чего приборы выдавали ложный сигнал неисправности. После раннего подрыва топливо поступило в магистрали задолго до старта, а одна из защитных блокировок оказалась отключена.

В статье «Вестник Балтийского государственного технического университета» причины такого решения объяснялись следующим образом:

«Возникает вопрос: „Что заставило испытателей пойти на подрыв пиромембран заранее и использовать для этих целей пульт, хотя и специально разработанный, но совершенно ненужный при проведении штатных предстартовых операций?“ Назначение пиромембран поясним с помощью схемы (ниже по тексту) запуска двигателя второй ступени (напомним, что связка из трех таких двигателей составляет двигатель первой ступени). Пиромембраны 6, 7 – специальные разделительные устройства – установлены на фланцах трубопроводов окислителя и горючего при входе в турбонасосный агрегат двигателя. Они предназначены для надежной герметизации топливных баков и подводящих трубопроводов и предотвращали попадание агрессивных компонентов ракетного топлива в полости насосов двигателей в процессе длительного нахождения заправленной ракеты на старте. Штатно пиромембраны подрываются в процессе проведения предстартовых операций по команде с наземным пультом подготовки электрических операций. После подрыва компоненты топлива заполняют полости турбонасосный агрегат и магистрали до главных разделительных клапанов (14, 15), закрывающих вход в камеры сгорания. Однако дело в том, что до начала летно-конструкторских испытаний не была создана надежная сигнализация, подтверждающая факт прорыва мембраны. Разработчики просто не успели ее создать. Связано это было с конструкцией пиропатрона. Встроенный в него воспламенитель в момент прохождения электрического тока сгорал, инициируя взрыв, а сама электрическая цепь при этом разрывалась. Разрыв цепи фиксировался на пульте управления как факт прорыва. Но в действительности довольно часто сгоревшие продукты пиропатрона замыкали подводящие цепи электрической схемы, и тогда проверка давала ложную информацию о непрорыве пиромембраны. Таким образом, прорыв пиромембран не удавалось объективно проконтролировать. Конечно, на летно-конструкторские испытания ракеты с таким дефектом автоматики запуска двигательной установки выходить было нельзя: подобный дефект мог привести к срыву запуска двигателя. Вот и решили подстраховаться и подорвать пиромембраны заранее, исключив контроль их состояния электрической схемой запуска (тем самым была снята одна из блокировок несанкционированного запуска двигателя). Для этой цели ОКБ-692 был разработан специальный пульт, который, как оказалось, имел конструктивный дефект».

Изображение: Схема запуска и прекращения работы блока ЖРД Р-16; показана одна из двух камер сгорания. Обозначения: 1 — ЭПК ВО-8 наддува пусковых бачков; 2 и 3 — пусковые бачки горючего и окислителя соответственно; 4 — трубопровод подачи горючего из пускового бачка в газогенератор; 5 — трубопровод подачи окислителя в газогенератор; 6 — пиромембрана горючего на входе в насос; 7 — пиромембрана окислителя на входе в насос; 8 — отсечной клапан подачи горючего в газогенератор; 9 — отсечной клапан подачи окислителя в газогенератор; 10 — газогенератор; 11 — турбина; 12 — насос окислителя; 13 — насос горючего; 14 — главный клапан окислителя; 15 — главный клапан горючего; 16 — отсечной клапан окислителя; 17 — электропневмоклапан дренажа горючего.

О прохождении подрыва мембран судили на слух, ориентируясь на звук гидроудара. Именно так через несколько минут после основной операции заметили подозрительное срабатывание дополнительных пиропатронов. Подготовку приостановили для проверки. Некоторые неисправные приборы заменяли частично прямо на уже заправленной ракете, пользуясь паяльником. По современным правилам безопасности подобная работа была бы недопустима.

На заседании Государственной комиссии днём 24 октября заместитель главного конструктора ОКБ-456 Георгий Фирсов предложил отменить пуск и провести полную проверку. Большинство участников склонялось к тому, чтобы приурочить старт к годовщине Октябрьской революции.

В 18:45 при обычном возвращении шаговых моторов в исходное положение ошибка логики управления вызвала ложную команду клапану наддува пусковых бачков газогенератора. Далее события развивались последовательно: в систему поступил азот, он вытеснил топливо в газогенератор, после чего раскрутилась турбина и компоненты пошли в камеру сгорания. Двигатель второй ступени заработал на полной мощности непосредственно на стартовой позиции, где находились люди и оборудование.

Площадка № 41 и условия на старте

Пусковую площадку № 41 не проектировали с расчётом на такой сценарий. Строительство так называемых сороковых площадок началось в ноябре 1959 года. К сентябрю 1960-го военные строители под командованием генерала Табакова уже возвели стартовые сооружения, монтажно-испытательный корпус и жилую зону. Короткий срок строительства обернулся серьёзными недостатками.

Пусковой стол находился рядом с открытым приямком, предназначенным для отвода окислителя. Перед запуском решётки над ним сняли, чтобы поток двигателя не повредил их. Во время пожара люди, пытавшиеся покинуть опасную зону, падали в траншеи, где находилась азотная кислота. Асфальт в первые секунды возгорания расплавился и превратился в вязкую массу, затруднявшую движение. Позднее на местах гибели находили только предметы из негорючих материалов: монеты, пряжки и хирургические инструменты.

Эвакуацию осложняли ров глубиной более метра и несколько рядов колючей проволоки. Люди запутывались в проволочных заграждениях, вместо того чтобы сбивать пламя, перекатываясь по песку.

Персонал и медики не были достаточно подготовлены к воздействию гептила. На полигоне впервые в таком масштабе работали с этим топливом, поэтому испытатели и врачи гарнизонного госпиталя плохо представляли, как лечить отравление его парами. Ношение противогазов не было обязательным: считалось, что они мешают обзору. После аварии медицинские работники не располагали точными сведениями о составе топлива, поскольку его формула была засекречена. Это замедлило помощь пострадавшим.

Отсутствие укрытий, недостаточная отработка процедур и покрытие, не рассчитанное на пожар, стали следствием сокращённых сроков подготовки и того, что вопросы безопасности не получили должного внимания.

Роль руководства и ход катастрофы

На стартовой позиции находился Главнокомандующий Ракетными войсками стратегического назначения маршал Митрофан Неделин, фронтовик, участвовавший в руководстве созданием советского ядерного оружия. Правила требовали удалить со старта всех, кто не был непосредственно занят подготовкой, однако из-за задержек Неделин остался следить за работами лично. Для человека с фронтовым опытом присутствие рядом с местом принятия решений было привычным, но в условиях ещё не отработанной техники оно не помогло снизить опасность.

Кресло маршала располагалось всего в 15–20 метрах от пускового стола; рядом поставили скамью для членов Госкомиссии. Присутствие высшего руководства повлияло на поведение персонала. По поздним воспоминаниям Бориса Чертока, среди офицеров и инженеров возникла своеобразная бравада: требования эвакуироваться выполняли формально либо игнорировали. Даже опытные специалисты Алексей Богомолов и Андроник Иосифьян, предлагавшие остановить подготовку, не смогли изменить общее решение продолжать работы.

В материалах расследования ситуацию позднее охарактеризовали как «излишнюю уверенность в безопасности всего комплекса». Эта формулировка отражала недостаточное понимание того, что техника ещё не прошла полный цикл проверки надёжности.

В 18:45 по местному времени самопроизвольно включился маршевый двигатель второй ступени. Поток раскалённых газов разрушил переходник между ступенями и повредил баки первой ступени с окислителем и горючим, где находились десятки тонн компонентов топлива. Ядерный взрыв не произошёл: головная часть содержала инертный балласт. Вместо него возник крупный химический пожар, распространившийся на 100–120 метров вокруг ракеты.

Первая ступень разлетелась на части, а вторая рухнула вниз, разрушая оборудование и поражая находившихся рядом людей. Наиболее интенсивное горение длилось около двадцати секунд, но пожар в целом продолжался примерно два часа. Выгорели алюминиевые баки, кабели и другие материалы. Уцелели только двигатели из жаропрочных сталей, рассчитанных на температуры свыше трёх тысяч градусов.

На площадке погибли 74 человека. Среди них были маршал Неделин, которого опознали по сохранившейся Золотой Звезде Героя; главный конструктор системы управления Борис Коноплёв и его заместитель Иван Рубанов; заместители главного конструктора ракеты Леонид Берлин и Василий Концевой; заместитель главного конструктора двигателя Георгий Фирсов.

Ещё 11 пострадавших умерли позднее в госпиталях от ожогов и отравлений. В их числе был заместитель главы Государственного комитета по оборонной технике Лев Гришин. Таким образом, итоговое число погибших составило 85 человек. В источниках приводятся и другие значения — 92, 123 и 126 погибших; расхождения объясняются различными методиками подсчёта.

Михаил Янгель выжил случайно: он покинул стартовую позицию буквально за минуту до катастрофы. Среди спасшихся были также генерал Александр Мрыкин, Алексей Богомолов и Андроник Иосифьян. Начальник полигона генерал Константин Герчик находился рядом с ракетой и получил тяжёлые ожоги. Его спас резкий порыв ветра; после лечения он вернулся к службе.

Катастрофу засекретили, однако за пределами СССР о ней стало известно. 8 декабря 1960 года итальянское агентство Continentale сообщило о гибели маршала Неделина и примерно ста человек при взрыве ракеты на секретном полигоне. Советская официальная версия утверждала, что маршал погиб в авиакатастрофе. Она сохранялась до начала 1990-х годов, когда рассекреченные документы раскрыли действительные обстоятельства его гибели.

Расследование и последующие изменения

Правительственная комиссия под руководством Леонида Брежнева заседала 26 октября 1960 года. Непосредственной причиной аварии комиссия назвала дефект электрической схемы: при возвращении шаговых моторов в исходное положение она допустила ложную команду на клапан наддува.

Однако к катастрофе привела не одна техническая неисправность. Спешка, неясное распределение ответственности за систему управления и недостаточный контроль электрических схем создали условия, в которых ошибка смогла запустить разрушительную цепочку. Черток отмечал, что стремление приурочивать технические достижения к политическим датам и реальная военная необходимость ускоренного развёртывания ракет вместе сформировали целый ряд факторов риска.

Основные наказания затронули погибших специалистов и одного из оставшихся в живых разработчиков электрической схемы. Ивана Дорошенко, начальника лаборатории ОКБ-692, уволили и запретили ему работать в оборонной промышленности. Остальным, по словам Брежнева, предстояло в кратчайшие сроки устранить обнаруженные недостатки.

Эту работу выполнили. Новый главный конструктор ОКБ-692 Владимир Сергеев доработал систему управления: в цепи каждого пиропатрона появились ограничительные сопротивления, которые автоматически разрывали цепь после штатного импульса. Кроме того, ввели многоступенчатые блокировки, препятствовавшие подаче случайных команд. Важным новшеством стал комплексный стенд, позволявший проверять все режимы работы аппаратуры в условиях, приближённых к реальным.

Первый успешный запуск Р-16 состоялся 2 февраля 1961 года. 20 октября того же года ракету приняли на вооружение. В 1963 году появилась шахтная модификация Р-16У; первый учебно-боевой пуск из шахты провели 22 октября 1963 года.

К середине 1960-х годов группировка Р-16 и Р-16У включала 186 пусковых установок. Эти ракеты составляли основу советского ракетно-ядерного щита в период Карибского кризиса и после него. Позднее их сменили Р-36, а затем Р-36М. При этом конструктивная преемственность проекта 8К64 прослеживалась в последующих разработках на протяжении многих десятилетий.

Катастрофа 24 октября 1960 года стала одним из наиболее тяжёлых эпизодов истории советского ракетостроения. Она показала, к каким последствиям могут привести одновременно технические недоработки, размытая ответственность, сжатые сроки и недостаточное внимание к безопасности в ходе работ по обеспечению стратегического паритета с Соединёнными Штатами.

Комментарии ⁰