Виктор Мясников
Стенд вертикальной сборки и сварки обечаек корпусов ракет и топливных баков. Фото предоставлено ФГУП «НПО «Техномаш»
В НАЧАЛЕ ПУТИ
В конце 1930-х годов уже всему миру было понятно, что надвигается большая война. В СССР форсированно создавалась материально-техническая база оборонной промышленности. 27 мая 1938 года приказом №92 XII-го Главного управления Народного комиссариата оборонной промышленности (ГУ НКОП) на основе Государственного специального проектного института ГСПИ-7 было создано центральное конструкторское бюро №40 (ЦКБ-40). Перед ним стояла задача оснастить патронные заводы высокопроизводительным инструментарием, оснасткой и оборудованием и освоить производство крупнокалиберных патронов.
В 1939 году в интересах III-го ГУ НКОП был организован Государственный союзный проектный институт №3 (ГСПИ-3) для комплексного проектирования заводов.
В 1940 году постановлением Совнаркома СССР и приказа Наркома вооружения СССР на базе ЦКБ-40, ГСПИ-3 и технологической части существовавшего ранее ГСПИ-7 был организован Государственный союзный проектно-конструкторский институт №40 (ГСПКИ-40) для оказания технической помощи заводам при запуске в серийное производство новых видов артиллерийского вооружения и боеприпасов.
За короткий срок сотрудники института разработали образцы специального оборудования для механической и термической обработки деталей, прессы, средства механизации патронного, стрелкового и оптико-механического производств, сборочные линии и другое уникальное оборудование. Это позволило наладить массовый выпуск боеприпасов, что имело огромное значение в военное время.
С начала Великой Отечественной войны сотрудники института занимались восстановлением производства на эвакуированных заводах на территории Урала и Сибири, возглавляли цеха, отлаживали технологические процессы, находили способы повысить темпы производства боеприпасов. В 1944 году в качестве специальной производственной базы для изготовления, испытания и отработки лабораторных установок, опытных образцов оборудования и технологической оснастки к институту присоединен Московский завод № 44. В 1945 году для расширения научной деятельности приказом наркома вооружений была организована Техническая контора твердых сплавов и передана в состав ГСПКИ-40.
1946 год – из Германии вывозятся детали ракет «Фау», некоторое оборудование для их производства и документация. Но все ведущие конструкторы немецкого «чудо-оружия» во главе с Вернером фон Брауном и тонны технической документации уже доставлены в США. Советскому Союзу брошен ракетный вызов.
13 мая 1946 года Постановлением Совета Министров СССР № 1017-419 сс принято историческое решение о развитии в стране реактивного вооружения. Образованы необходимые государственные структуры, конструкторские, научно-исследовательские и производственные организации по проектированию, изготовлению и испытанию ракетной техники. ГСПКИ-40 преобразован в Научно-исследовательский технологический институт № 40 (НИТИ-40). Постановлением СМ СССР от 13.05.1946 № 1017-419 сс НИТИ-40 привлекается к составлению и отработке технологии по ракете А-4 (ФАУ-2).
В 1947 году НИТИ-40 привлекается к работам по подготовке производства первой отечественной баллистической ракеты – разработке технологических процессов, технологического оборудования и оснастки. С этого момента начинается активное становление и непрерывный рост НИТИ-40 как мощного научно-исследовательского технологического центра, обслуживающего оборонную промышленность.
ГОРИЗОНТАЛЬ С ПРОГИБОМ
В основе первой советской баллистической ракеты лежала немецкая «Фау-2» (А-4). Технологии ее производства у технически передовой вроде бы Германии основывались на массовом ручном труде. Постановление Совета Министров СССР о развитии реактивного вооружения прямо требовало с абсолютной точностью копировать немецкую технологию, чтобы не думать: что отрицательного мы могли привнести своими изменениями конструкции?
Но «Фау-2» производились немцами в конце войны в условиях дефицита стратегического сырья. Поэтому в производстве применялось большое количество дешевых заменителей. По этой причине ракеты в основном были стальными. Особенно хвостовая часть, изготавливаемая из стального листа с помощью точечной сварки. В Советский Союз удалось вывезти оснастку, специалисты скопировали технологии, но материалы пришлось создавать свои, проверять их на применяемость по прочностным и прочим качествам, разрабатывать технические условия. Так что первые ракеты создавались по немецким технологиям, но из отечественных материалов, поэтому оказались лучше.
Ракета Р-1 была длиной около 14 м, диаметром – 1,62 м. Параметры требовали строгого контроля. Немцы ставили ракету в вертикальное положение и в этом положении проводили контроль геометрических параметров – прямолинейность, искривление, закрутка. В этом же положении выставлялись площадки под гироприборы. В конце сборочного цеха строилась высотная часть в 20 м высотой, тогда как обычно крыша цеха не поднималась выше 12 м. Это же самое пришлось делать и на первых советских заводах.
Но когда перешли к производству знаменитой королевской «семерки» – Р-7, возникла масса трудностей. Высота ракеты была 50 м…
Вспоминает один из старейших сотрудников космической отрасли, ветеран ФГУП «НПО «Техномаш» Виктор Федорович Чичварин:
«Я у Сергея Павловича Королева в Подлипках работал над этой проблемой. И продолжал ею заниматься, когда перешел в НИТИ-40. Р-7 состояла из центрального блока и четырех боковых – так называемая пакетная схема. И требовалось, помимо контроля геометрии и выставки площадок под гироскопы, еще и проводить примерку боковых блоков, что в вертикальном положении сделать крайне сложно. Но поскольку документация на строительство и подготовку выдавалась раньше, то в Подлипках уже построили высотную часть цеха под эту ракету высотой до подкрановых путей 45 метров. Но работать в таких условиях оказалось крайне сложно, поэтому появилась мысль делать то же самое в горизонтальном положении.
Но ракета, установленная в горизонтальном положении на две опоры, провисает центральной частью. Из-за этого прогиба искажаются все результаты. За проблему взялись НИТИ-40, ОКБ-1 (Подлипки) и НИИ-13 (Ленинград). И бригада из представителей этих предприятий разработала метод горизонтального контроля.
Было принято допущение, что корпус ракеты равно жесткий во всех направлениях. Ракету в каждой плоскости измеряли два раза. Сначала первой плоскостью вниз, потом поворачивали на 180 градусов и измеряли третьей плоскостью вниз, а затем также в отношении плоскостей II–IV. Таким образом, усреднялись результаты обмеров и исключался весовой прогиб. И хотя подобный способ выглядел не вполне корректно, но оправдал себя полностью при летных испытаниях. Так был создан метод контроля геометрических параметров в горизонтальном положении. Этот метод применяется до сего времени для всех изделий, которые собираются горизонтально».
В результате та «высотка», что была построена в Подлипках, ни разу не использовалась по назначению. Зато там производились другие операции. Например, отрабатывалось отделение первого спутника от носителя и его обтекателя. А сейчас в этом здании располагается музей.
Первый серийный завод по производству ракет Р-1 создавался в Днепропетровске. Надо было из опытного производства сделать серийное. Первоначально завод создавался как автомобильный. Расположение и объемы цехов были достаточно современно спроектированы. Проектированием занимался институт ИПРОМашПром, который разрабатывал документацию на космодром Байконур. Привлекались специалисты завода 88 (Подлипки) и НИТИ-40 – основные разработчики производственных технологий. Из представителей этих трех предприятий были созданы комплексные бригады, создававшие технологическую и производственную цепочку. Привлекались специалисты из НИИ сварки имени Патона.
Когда начинали работу, уровень автоматической сварки составлял 5–7% от общего объема. А когда производство запустили, он достиг 60%. Можно было говорить о поточном производстве ракет. Выросла производительность, качество сварки стало стабильным благодаря автоматической сварке.
В Днепропетровске впервые были применены прессованные панели с готовыми ребрами жесткости при изготовлении баков.
Затем появилась «вафельная» конструкция. Ячеистая внутренняя поверхность бака обеспечивала надежную прочность и жесткость. На НПО «Техномаш» были созданы уникальные станки, которые фрезеровали вафельный фон на цилиндрических, конических обечайках и на сферических днищах. Первоначально все они были внутренними, а потом стали применяться и для наружного фона.
Особая гордость ФГУП НПО «Техномаш» – технологическое обеспечение производства первой межконтинентальной баллистической ракеты Р-7. Но знаменита она не только тем, что решала важнейшие военно-стратегические задачи, обеспечивала ядерный паритет. На базе «семерки» был создан ряд ракет-носителей, которые, собственно, и открыли космическую эру, вывели человечество в космос. Благодаря Р-7 был запущен первый искусственный спутник Земли, летал Юрий Гагарин, отправились первые автоматические станции к Луне, Венере, Марсу. В настоящее время уже более 1800 запусков в космос состоялось с помощью носителей на основе Р-7. Такой серийности в мире больше нет. Вклад НИТИ-40 в серийное производство ракет Р-7 и ракет-носителей на ее основе обеспечил беспрецедентный отрыв советской космонавтики от заокеанских конкурентов.
НА ПУТИ К ЛУНЕ
Уникальным достижением стало производство ракетного комплекса Н1-Л3 для советской лунно-посадочной пилотируемой программы. Четыре испытательных пуска этого сверхтяжелого носителя окончились неудачей, программу закрыли. Но ничто не может умалить выдающиеся технологические разработки специалистов НИТИ-40.
 |
| Станок для обработки «вафельного фона» деталей топливного бака ракеты-носителя «Энергия». Фото предоставлено ФГУП «НПО «Техномаш» |
Задача стояла сверхсложная: не только разработать технологию производства гигантских агрегатов, но и обеспечить возможность их транспортировки по частям. Работа делалась совместно с куйбышевским заводом «Прогресс». Самой важной была задача разделить агрегаты на транспортабельные элементы. Все так называемые сухие отсеки – межбаковые, приборные, хвостовые – просто по вертикали делились на транспортабельные элементы. На заводе делалась контрольная сборка. Собирали на специальных болтах по стыкам, потом разбирали, упаковывали в контейнер и везли к месту окончательной сборки.
Для обеспечения стыкуемости крупногабаритных агрегатов ракеты был разработан бескондукторный метод, так называемый «радиус-вектор» для формирования стыковочных элементов.
Но как быть с баками? Их не разделишь на секторы. Нижний бак носителя Н1 был диаметром 10 м и объемом около 1000 куб. м. После сварки в готовом виде он проверялся гидравлическим давлением на прочность, затем на герметичность. И во время испытаний этот бак лопнул. Выброс был такой силы, что лежавшие рядом двухтонные чушки – грузы для калибровки весов – разбросало на 10–15 метров. Часть людей находилась в пультовых помещениях ниже уровня пола, куда хлынула эта тысяча тонн воды. К счастью, никто не погиб.
Изготовление этого бака осуществлялось непосредственно на Байконуре. Филиал НИИ Техномаш в Златоусте разработал установку УСС-1 – поворотную платформу на каркасе. Сам бак изготавливался не из кольцевых обечаек, а из лепестков. Лепестки штамповались на Куйбышевском металлургическом заводе. Они устанавливались на платформу, которая все время поворачивалась. При этом варились автоматически меридиальные швы. Конструкция могла поворачиваться в разных направлениях, поэтому последовательно варилась «полюсная» часть бака, затем «экваториальная».
Вся технология, все оборудование этого процесса – детище «Техномаш». Впоследствии установка УСС-1 использовалась для изготовления водородного бака системы «Энергия» – «Буран» диаметром 7,7 м. Только на этом оборудовании можно было производить сварку днищ баков.
Монтажно-испытательный корпус для сборки Н1 на Байконуре фактически являлся еще одним сборочным заводом. Площадь 56 тыс. кв. м. Из пяти пролетов два высотных – 45 м до подкрановых путей. Три низких с установками для сварки баков, изготовления отдельных агрегатов и отсеков. Была придумана оригинальная схема сборки. Первая ступень ракеты Н1имела диаметр внизу 16,7 м, а вверху – 10 м, высота – 30 м. Ставить такой высоты стапель с площадками обслуживания просто невозможно. Выход нашли следующий: на блоке были сделаны специальные фитинги, на которых крепились навесные балконы. Со стены к ним опускался трап и обеспечивал доступ в любую точку. Кроме того, было изготовлено много вспомогательного оборудования – траверсы, кантователь. Абсолютно все – уникальное. Но корпус этот прославился другим, печальным событием. Под обвалившейся крышей одного из пролетов оказался погребен многоразовый корабль «Буран», совершивший единственный полет в космос. Печальное завершение блистательного проекта, словно символ безвременья и упадка 1990-х…
НОВЫЙ ЭТАП
Развивалась космическая промышленность – развивался «Техномаш». В 1966 году приказом Министерства общего машиностроения СССР от 06.03.1966 № 109 сс НИТИ-40 преобразован в Научно-исследовательский институт технологии машиностроения (НИИТМ). Институту поручена разработка технологических процессов, средств технологического оснащения и специального технологического оборудования для изготовления ракетно-космической техники, формирование пятилетних планов технологического обеспечения производства.
Приказами МОМ СССР для решения технологических проблем создаются филиалы НИИТМ в городах: Воронеже, Ижевске, Перми, Харькове, Днепропетровске, Златоусте, Ленинграде (г. Санкт-Петербург), Омске, Томске, Красноярске, а также базовые подразделения на ведущих предприятиях отрасли, в том числе базовый отдел на заводе «Прогресс» в Куйбышеве (г. Самара). Только в филиале в Днепропетровске при «Южмаше» трудилось около тысячи человек. После распада СССР он превратился в УкрНИИТМ.
В головном институте в Москве было около 5,5 тыс. сотрудников, а всего с филиалами было около 12 тыс. Филиалы специализировались по направлениям. Например, днепропетровский, помимо общемашиностроительных технологий, занимался теплозащитными и теплоизоляционными покрытиями. Неразрушающие методы контроля оказались сосредоточены в двух подразделениях. Когда шла работа над большим проектом, создавались комплексные бригады, куда входили представители всех филиалов, каждый отвечал за свое направление. Когда делали «Энергию» – «Буран», в комплексную бригаду собирались до 120 человек. Помимо филиалов создавались еще базовые отделы и лаборатории. Таким образом, удавалось обеспечивать передовыми технологиями и уникальным оборудованием ракетно-космическую отрасль СССР.
Головной институт аккумулировал все наработки отрасли. Филиалы оказывали текущую помощь. А если требовались высококвалифицированные специалисты, создавались комплексные бригады.
Вклад НИИТМ в производство баллистических межконтинентальных ракет для подводных лодок можно считать решающим. Заместитель Сергея Королева Виктор Макеев превратил оперативно-тактическую ракету Р-11 в морскую флотскую Р-11ФМ. Сначала она запускалась только из надводного положения, потом сделали ее с подводным стартом. И после этого в 1955 году передали в Златоуст на производство. И почти сразу на Урале появился значительный филиал НИТИ-40. С конца 1950-х годов морские ракеты стали по-настоящему стратегическими.
Здесь тоже требовалось решать проблемы сварки. Ракеты на высококипящих компонентах топлива, ампулизированные для долгого хранения. А это все требовало на порядок более высокой герметичности. Решив эту проблему, НИИ Техномаш решил одну из ключевых проблем безопасности государства.
ЧИСТОТА И ПОРЯДОК
Эпоха пилотируемых полетов в космос принесла новые задачи и проблемы. Одна из них оказалась совершенно неожиданной – пыль. Не космическая пыль, а производственная. Особенно остро встал этот вопрос при создании космических пилотируемых кораблей и орбитальных станций. Был разработан специальный стандарт чистоты.
Удивительно, но на первых кораблях «Союз» пыль водилась в огромном количестве. Тем более удивительно, что производство космической техники всегда считалось очень чистым. Космонавт Рукавишников, участвовавший в разработке стандарта, рассказывал об «эффекте вытряхиваемого ковра». Ковер висит на стене вроде чистый. А вынесете во двор, хлопнете палкой – сразу облако пыли. Такой же эффект возникает в космосе, когда происходит отделение спускаемого аппарата корабля «Союз». Срабатывают пироболты, и от удара спускаемая капсула наполняется пылью. По словам Рукавишникова, космонавты закутывали голову марлей, потому что пыль висит в невесомости, и в течение нескольких минут ничего не видно.
Бороться с пылью решили на стадии производства. Была разработана методика монтажа с периодической очисткой. Устанавливали трубопроводы – пылесосили и протирали, устанавливали кронштейны – снова чистка. В результате мельчайшие крошки металла, возникающие в ходе сверловки и других операций, не прилипали нигде и не оседали в технологических отверстиях.
Когда делали «Энергию» – «Буран», водородный бак вафельной конструкции длиной 40 м и диаметром 7,7 м чистили так. Внутрь влезала бригада женщин, пылесосила и тщательно отмывала и протирала стенки сначала бензином, потом спиртом. И все равно, когда бак ставили в вертикальное положение, сыпался какой-то сор. И тогда на «Техномаше» создали специальный стенд для очистки бака. Внутри емкости шла по центру специальная штанга, по которой двигались два сопла и, словно поливальная машина улицу, мощными струями моющей жидкости еще раз промывала стенки.
Если монтажнику требовалось войти в бак, он проходил через три отсека «чистовой камеры». В первом рабочий полностью раздевался, одновременно происходил отсос воздуха, вытягивающий всю пыль. Затем он переходил во второй отсек, переодевался в спецодежду и снова «продувался» в третьем отсеке.
Сам топливный бак тоже пришлось конструировать, что называется, с нуля. На комплексе «Энергия» – «Буран» впервые применялся водород в таком большом объеме. Для изготовления впервые применили новый сплав, ранее практически не использовавшийся. Это был термоупрочняемый сплав 1201, у которого при криогенной температуре на 10–15% повышаются прочностные характеристики. Но он очень капризный с точки зрения сварки – возникает пористость, трещины и другие дефекты. Но специалисты «Техномаш» смогли укротить неуступчивый сплав.
Для сварки использовалась технология локальной электронно-лучевой сварки продольных швов обечаек – широких колец, из которых собирается корпус. Этот вид сварки обычно производится в специальных вакуумных камерах, но построить камеру для диаметра 7,7 м – задача непосильная. На ФГУП «НПО «Техномаш» сконструировали специальную установку ЛУЧ-4М, в которой локальные камеры накладывались на шов с двух сторон, уплотнялись, из них откачивался воздух. Внутри двигалась специальная головка, осуществляющая процесс электронно-лучевой сварки.
Такие же трудности пришлось преодолеть, когда участвовали в создании самого мощного кислородно-водородного двигателя РД-120, изготавливаемого в Воронеже.
В настоящее время на предприятии ведется работа над проектом нового пилотируемого корабля. Да и предстоящие полеты к Луне и Марсу никак не обойдутся без участия ФГУП «НПО «Техномаш». Но это уже работа для молодых ученых и технологов, которые сейчас приходят на предприятие, чтобы оказаться у истоков новых космических свершений.
Анастасия Башкатова 
