Ракета-носитель тяжелого класса «Протон», несмотря на свои недостатки, связанные с использованием токсичных компонентов топлива, верой и правдой прослужила отечеству почти 50 лет. Однако в связи с распадом СССР и переходом космодрома «Байконур» под юрисдикцию Казахстана, ФГУП «ГКНПЦ имени М.В. Хруничева» в сентябре 1992 года пришлось приступить к разработке новой, экологически чистой ракеты аналогичного класса, получившей обозначение «Ангара».
Эту ракету задумывали как универсальное средство выведения полезных нагрузок с космодрома Плесецк, а затем и с Восточного. При этом на опорную орбиту (высота 200 км и угол наклонения 63 градуса) в зависимости от количества универсальных боковых модулей (УРМ) первой ступени с многоразовыми кислородно-керосиновыми двигателями РД-191 можно будет выводить грузы массой от 3,8 до 35 тонн.
Первый пуск ракеты легкого класса (вариант «Ангара-1.2ПП») состоялся 9 июля 2014 года, а спустя пять месяцев, 23 декабря, в Плесецке стартовала и «Ангара-А5». Следующий пуск намечен на 2019 год. Но мало кто знает, что за два года до этого, 19 апреля, в подмосковном городе Электросталь состоялся еще один пуск «Ангары», правда, ее модели, изготовленной на Станции юных техников под руководством Виктора Семеновича Рожкова.
ТРЕБОВАНИЯ К МОДЕЛЯМ И УСЛОВИЯ СОРЕВНОВАНИЙ
Исходя из требований кодекса ФАИ к моделям-копиям категории S7, число их ступеней не должно превышать трех, стартовая масса - 1,5 кг, масса топлива - 50 г; суммарный импульс модельного ракетного двигателя (МРД) - до 160 н.с. Соревнования проходят в два этапа. На первом из них осуществляется стендовая оценка моделей. Максимальное количество очков не превышает 600, при этом наибольшая оценка за представленную документацию на прототип составляет 50, соответствие масштабу - 150, мастерство изготовления и степень сложности - по 200 очков. На втором этапе оцениваются летные характеристики, за что присуждается не более 300 очков.
Общая оценка складывается, с учетом дополнительных плюсов за демонстрацию эффектов, свойственных прототипу и реализуемых моделью в полете: разделение ступеней, сброс обтекателя, отстрел ускорителей и т.д. Это дает не более 60 очков. Остальное приходятся на старт, полет, приземление (наличие парашютов) и использование «рабочих» модельных двигателей (до 30 очков, когда их не менее двух). Причем все спецэффекты следует подтверждать документально (в описании или чертежах).
С ЧЕГО НАЧИНАТЬ?
Этот вопрос всегда возникает у тех, кто впервые собирается строить модель-копию. Ответ весьма прост - с выбора прототипа для копирования и знакомства с технологией изготовления похожих моделей ракет.
В работе над копией очень важен выбор ее масштаба и подбор документации. Под копией принято понимать масштабную модель существующих или существовавших когда-то ракет, как баллистических, так и носителей космических аппаратов, а также управляемых снарядов.
Для подтверждения соответствия модели прототипу необходимо представить судьям информацию о нем и его размерах, форме, окраске и маркировке. В перечень минимальных сведений о прототипе, подтверждающих, что предъявленная модель - его копия, входят габаритные размеры, включая длину и диаметр корпуса, а также фотография изделия. Эти данные должны быть почерпнуты из достоверных источников: журналов, книг, заверенных чертежей предприятия-изготовителя, ксерокопий, опять же заверенных печатью Федерации ракетомодельного спорта РФ. Фотографии могут быть из любого источника. Желательно иметь фотоснимки деталей, отдельных узлов, агрегатов и рабочие чертежи модели, которые будут весьма полезны при работе над копией.
В качестве первоисточника при постройке модели-копии можно предложить книгу «Космодром на столе» (1999 г.), написанную В. Рожковым. На этапе проектирования данной модели также использовались книга Владимира Минакова «Спортивные модели-копии ракет» (2006 г.), материалы журналов «Российский космос», «Новости космонавтики», «Моделист-конструктор».
Масштаб модели-копии определяет размеры будущего летательного аппарата. Кстати, масштаб уменьшения модели от размеров оригинала (прототипа) может быть произвольным, даже дробным. Иногда это диктуется диаметром сопла двигателя настоящей ракеты и МРД, предлагаемых для установки на летающую модель, а иногда - наличием подходящих оправок для изготовления элементов копии. Завершается этот этап подбором документации, изготовлением сборочного чертежа модели и эскизов ее отдельных элементов, а также оправок для деталей ее узлов.
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МОДЕЛЕЙ
Перед изготовлением копий необходимо выточить пять, лучше металлических, оправок для центрального и боковых блоков диаметром 56,7 мм и длиной 700 мм в виде усеченного на 0,2 мм конуса, третьей ступени - диаметром 71 мм и длиной 150 мм, нижних цилиндров - диаметром 54 мм и длиной 150 мм, огневода - диаметром 16 мм и длиной 350 мм, а также головного отсека диаметром 87 мм и длиной 300 мм.
Все детали модели делаются из бумаги в два слоя: первый - из ватмана толщиной 0,25 мм, второй - из «патронки» толщиной 0,16 мм (из нее раньше делали гильзы для охотничьих патронов).
Соединение деталей лучше осуществлять с помощью клея ПВА «Момент». После высыхания все элементы следует зачистить наждачной бумагой и покрыть двумя слоями нитролака (эмалита). Затем на токарном станке торцуют боковые блоки до длины 415 мм, центральный - до 470 мм, третьей ступени - до 182 мм, цилиндрическую часть головного обтекателя - до 124 мм, а его коническую часть - до 60 мм.
Правда, иногда бывает трудно снять готовую деталь с оправки большого диаметра. В этом случае предлагается сделать паровую ванну: поставить в ведро оправку с бумажной деталью, налить в него горячей воды и накрыть полиэтиленовым пакетом. Через 15-20 минут деталь свободно снимается с оправки. Когда бумага просохнет, поверхность детали надо еще раз обработать эмалитом и отторцевать ее до нужных размеров. При этом обороты токарного станка должны быть минимальными.
Для сборки корпусов (блоков ракеты) между собой вытачиваем из липы соединительные втулки и вклеиваем их. Все обтекатели центрального и боковых блоков, донные элементы, соединительные втулки и переходные конусы также изготавливаются из липы на токарном станке. Затем они облегчаются путем сверления и растачивания.
Поперечные элементы жесткости (шпангоуты) боковых и центрального блоков - из самодельной трехслойной бальзовой фанеры, обработанные до диаметра 56 мм. Они собираются вместе с огневодами (бумажные трубки диаметром 20 мм и длиной около 400 мм) и вклеиваются во все пять блоков.
Все выступающие наружные детали корпуса модели (люки, переходные кольца и т.д.) сделаны из бумаги, гар-гроты для прокладки электрокабелей, штепсельные разъемы - из реек соответствующих размеров.
Сварные швы имитируются тонкими (шириной 0,5 мм) полосками бумаги, а стрингеры (укрепляющие элементы конструкции) - тонкими липовыми рейками.
Для ускорения постройки модели ее повторяющиеся элементы удобно изготовить из эпоксидной смолы, отливая их в соответствующие формы. Для удаления воздушных пузырьков при полимеризации смолы используется вакуумный насос.
Важный момент работы - сборка модели с подгонкой ее элементов. Это все делается до окраски. Надо признать, что эта процедура весьма проста, поскольку используется лишь белая краска. Чтобы сэкономить на массе, модель вначале грунтуют «серебрянкой». После каждого слоя краски поверхность обрабатываем мелкой наждачной бумагой. Если появлялись шероховатости или неровности - шпаклюем, снова зачищаем и снова красим, предварительно вклеив в центральный блок направляющие кольца, выгнутые из стальной проволоки.
После предварительной окраски подгоняются все соприкасаемые детали: боковые блоки, разъемы корпуса и головные обтекатели. Если нужно, обрабатываем места их соединения и крепим систему спасения. В данном случае это два парашюта из шелка: диаметром 900 мм для основной части модели и 500 мм для головного обтекателя. С корпусами парашюты соединяются прочными фалами, приклеенными изнутри к элементам конструкции.
ПОДГОТОВКА МОДЕЛИ К ПОЛЕТУ
Приступая к постройке копии ракеты-носителя «Ангара-А5» мы понимали, что работа предстоит большая и трудная. Ведь еще никто в мире еще не делал подобную модель, и тем более не запускал ее в полет. Этот трудоемкий процесс потребовал около двух лет. Но как мы не старались, модель-копия оказалась слишком тяжелой, почти 1000 г. А поскольку на прототипе нет аэродинамических стабилизаторов, то для обеспечения устойчивого полета модели мы закрепили на боковых блоках прозрачные пластинки из оргстекла размером 50х30 мм (правилами ФАИ это допускается, так как визуально внешний вид ракеты не искажается). Дело в том, что управление ракетой «Ангара» на активном участке полета осуществляется путем отклонения сопл ракетных двигателей, что невозможно осуществить на моделях.
Известно, что определить, будет ли устойчива модель - довольно просто. Для этого необходимо найти центр тяжести (ЦТ) и центр давления (ЦД).
Центр тяжести (в стартовом варианте) - можно определить путем балансировки модели на ребре ладони или линейки. Для нахождения центра давления обычно поступают так. Вырезают из однородного материала (картон или пластик) профиль модели и находят его ЦТ, который и принимаем за ЦД летающей модели. Для устойчивого полета ЦТ должен находиться выше ЦД на величину, равную диаметру корпуса. Закрепив в вершине головного обтекателя балласт около 180 г, мы получили расстояние между ЦТ и ЦД, равное 50 мм. И, как оказалось, все сделали правильно.
Надо отметить, что в процессе создания этой модели в нашем кружке была отработана специальная поэтапная технология проведения исследовательской и испытательной работы. Для этого был изготовлен полноразмерный баллистический макет модели, на котором и опробовались приемы и методы проведения летных испытаний.
При разработке данной модели-копии мы условились, что первые пуски будут проходить только в одноступенчатом варианте с разделением на два блока. Первый блок - центральный и четыре боковых элемента, второй - головная часть. Силовая установка состояла из пяти МРД: один в центральном корпусе (20 н.с.) и четыре в боковых блоках - по 10 н.с. без замедлителя и вышибного заряда.
К сожалению, первые пуски, проходившие зимой, оказались безуспешными. То взрывался центральный двигатель, то в боковых блоках не было синхронного воспламенения МРД. Пробовали применять хлопчатобумажные и пороховые стопины. Но в итоге пришли к известному пиротехническому кресту - «пауку», ранее разработанному нашим бывшим воспитанником Сергеем Апарневым - призером чемпионата мира. Корпус «паука» выточен из стали, а по его бокам закреплены четыре огнедоводные медные трубки. Снизу - съемные заглушки для засыпки черного пороха.
Первый успешный пуск модели «Ангара-А5» состоялся 19 апреля 2017 года с импровизированной стартовой позиции, оборудованной на окраине города Электросталь. Жалко лишь, что не было зрителей, и свидетелями этого исторического момента стали только конструктор модели Кирилл Можаев (он же оператор), его мать Марина Сергеевна Можаева и наставник - педагог Станции юных техников Виктор Семенович Рожков.
P.S. А спустя почти три месяца в газете «Московский комсомолец» прошло сообщение об этом старте, и нас пригласили в «ГКНПЦИ им. М. Хруничева» на встречу с генеральным директором А.Г. Варочка. Он провел экскурсию для ребят, ознакомился с летающей моделью-копией «Ангары-А5», сделанной их руками, и вручил им сертификаты для поступления в московские технические ВУЗы. А также пригласил нас посетить космодром «Байконур», чтобы своими глазами увидеть старт ракеты-носителя «Протон-М». Произошло это 28 сентября 2017 года, и это был настоящий космический старт!
Кирилл МОЖАЕВ,
Виктор РОЖКОВ,
Илья ГАПОНОВ