В конце 70-х конструкторы приступили к разработке вспомогательных силовых установок (ВСУ) для ракеты носителя «Энергия» и специальных источников питания, бортовой энергетики для обеспечения жизнедеятельности «Бурана».
ОКБ получило также задание спроектировать и изготовить для «Бурана» два двигателя типа АЛ-31без форсажной камеры и с жестким соплом. Они предназначались для точного приземления космического самолета. Для привода насосов гидросистем «Бурана» проектировался ракетно-турбовальный двигатель РТВД. Из-за строгой секретности его назвали изделие «14». На «Буране» их установят 3 экземпляра. Модификация его — турбопривод для ракеты-носителя «Энергия» — изделие «22». В этих изделиях применены совершенно новые конструктивные и технологические особенности, не применявшиеся ранее в авиационных и ракетных двигателях. Сюда следует отнести использование в качестве топлива гидразина с разложением его в каталическом реакторе. Применение турбины с номинальной частотой вращения 55000 об/мин потребовало создания новых подшипников и уплотнений. Для улучшения удельных расходов введена пульсирующая подача топлива. Необычной была маслосистема с одним насосом, который одновременно был откачивающим и напорным.
Главным конструктором по этим изделиям был Ювеналий Павлович Марчуков. Талантливый инженер, энергичный требовательный руководитель, он никогда не давал расслабиться. Под его руководством работала команда инженеров: М.Ф. Вольман, Л.И. Барбаш, О.И. Орлов, В.А. Фадеев, Н.Н. Булычев, О.Н. Никутов и др. Все они работали напряженно, Не считаясь со временем.
«Мне, как бывшему ЖРДисту, — говорит Олег Николаевич Никутов, — предложили возглавить работу по доводке турбин, которые через редуктор передают крутящий момент плунжерным насосам типа НП-113».
Рассказывает Николай Николаевич Булычев: «Изделие «22» предназначалось для привода гидравлического насоса НП-113 агрегата гидравлического питания системы рулевых приводов одного из блоков ракеты «Энергия». Оно представляет собой турбопривод, в котором энергия газа преобразуется в турбине во вращательное движение вала, которое через редуктор и рессору передается на гидронасос.
Изделие «22» было задано первоначально как модификация изделия «14», отличающаяся от него тем, что применено другое рабочее тело — вместо однокомпонентного топлива гидразина, разлагающегося на катализаторе, использовался водород высокого давления, отбирающийся от рубашки охлаждения кислородо-водородного ЖРД.
Но затем, в процессе проектирования и доводки изделия оно приобретало все более самостоятельный облик и превратилось в полноправное, независимое изделие турбопривод «ТП-22».
В процессе доводки изделий «22» и «14» конструкторы столкнулись с целым рядом проблем:
— огромные обороты вала турбины — 55 000 оборотов в минуту — это почти 1000 оборотов в секунду;
— обеспечение работоспособности изделий в условиях космического вакуума и температур, проверка и подтверждение этой работоспособности в земных условиях.
Большой проблемой стала доводка подшипников основного, самого высокооборотного вала турбины. На первой стадии доводки турбоприводы ломались буквально через один. Оказалось, что более надежно работают подшипники с повышенным радиальным зазором и увеличенным зазором между наружной обоймой и корпусом. Поняли, что при очень большом градиенте набора оборотов турбины подшипник должен как бы самовыставиться, то есть найти наиболее удобное для себя положение. А этому способствуют большие зазоры… Тогда были заказаны подшипники специально для этого изделия, у которых почти вдвое по сравнению со стандартным увеличен радиальный зазор. Зазор между наружной обоймой и корпусом увеличили также почти вдвое. После этих изменений о проблемах с подшипником забыли.
В процессе доводки изделий «14» и «22» провели огромный объем ресурсных и специальных испытаний, подтверждающих буквально каждый пункт требований технического задания. Таково требование специального документа о подтверждении надежности изделий, предназначенных для космических полетов. Для проведения различных видов испытаний было изготовлено и испытано более восьмидесяти изделий.
Для отработки автоматической посадки с заданной точностью был создан аналог «Бурана» — большой транспортный самолет БТС-002, конструкции В.М. Мясищева. На него дополнительно к бесфорсажным двигателям были установлены два форсажных двигателя АЛ-31Ф.
Для пилотирования БТС и проведения других летных испытаний подобрали группу опытных космонавтов-испытателей из 11 человек. Руководил группой Герой Советского Союза заслуженный летчик-испытатель Игорь Петрович Волк. Первые полеты на Большом транспортном самолете провели летчики-испытатели Игорь Волк и Римантас Станкявичюс.
Представителем ОКБ Люльки на этих испытаниях был Л.И. Римский. После полетов И. Волк рассказывал: «Было очень непривычно видеть при имитации автоматической посадки, как штурвал двигался без вмешательства летчика. Приходилось себя заставлять к нему не притрагиваться».
Первый полет БТС состоялся 10 ноября 1985 года. Всего проведено около 25 полетов, из них 15 — с полностью автоматическим окончанием посадки. Замечаний по работе двигателей АЛ не было.
В начале разработки орбитального корабля группа специалистов КБ — Ю.П. Марчуков, А.В. Воронцов, Ю.Н. Бытев, К.В. Кулешов, А.Д. Сынгаевский — была принята в Жуковском на экспериментальном машиностроительном заводе (ЭМЗ) генеральным конструктором Владимиром Михайловичем Мясищевым. В своем КБ он ознакомил их с макетом кабины «Бурана», выполненным в дереве, кабина была двухпалубная. В командном отсеке установлены два кресла для командира и второго пилота, у задней стенки для работы с оборудованием два кресла для бортинженера и оператора.
На нижней палубе в бытовом отсеке размещалось шесть кресел для дополнительных членов экипажа, приборы, спальные места, буфет с рационом питания и многое другое. Ниже размещался агрегатный отсек, в котором находились крупные блоки обеспечения средств жизнедеятельности.
«После всего увиденного, — говорит Алексей Сынгаевский, — хотелось срочно засучить рукава и работать, работать…»
И КБ Люльки в начале 80-х годов интенсивно работало над созданием специальных двигателей: энергоисточников для приводов насосов гидросистем.
Из воспоминаний главного конструктора космической темы в ОКБ Люльки Ювеналия Павловича Марчукова: «Наш компактный, малогабаритный 1,2 х 1,5 м ракетно-турбовальный двигатель РТВД (изделие «14») устанавливался на проставку гидросистемы, которая закреплена на каркасе фюзеляжа «Бурана».
РТВД, являясь механическим приводом гидронасоса, мог надежно работать на эффективном однокомпонентном топливе — гидразине во всех условиях эксплуатации орбитального корабля: при вибрационных и акустических нагружениях, в вакууме и условиях невесомости.
Топливо гидразин был применен впервые. Для подобного типа двигателей гидразин был мало изучен и небезопасен. Для испытаний двигателя РТВД под Загорском построили специальный стенд. Во время доводки двигателя на стенде произошел сильнейший взрыв топливного бака с гидразином. Комиссия, изучавшая причину взрыва, по эквиваленту приравняла его к 500-килограммовой авиабомбе.
По счастливой случайности человеческих жертв не было. Оператор в это время находился за бронированной стеной, что и спасло его. Он только здорово перепугался».
Вскоре после этого на совещании у министра общего машиностроения (МОМ) Сергея Александровича Афанасьева, где присутствовал Ю.П. Марчуков, Валентин Петрович Глушко предложил закрыть тему изделия «14». Он утверждал, что пока не совсем освоили гидразин, использовать его небезопасно и, что страшнее всего, взрыв может произойти не только на стенде, но и на «Буране». Глушко требовал разработать новые схемы, альтернативные изделию «14».
А что значит новые схемы? Их надо спроектировать, изготовить в производстве, испытать. На это уйдет не менее пяти лет.
Экспертная комиссия ЦИАМ, ГИПХ — Государственный институт прикладной химии — и другие убедительно доказывали, что при строгом соблюдении всех технологических требований к гидразину аварии будут исключены.
В результате этого совещания в Министерстве общего машиностроения Государственная комиссия во главе с министром Афанасьевым приняла решение продолжить отработку РТВД — ракетно-турбовального двигателя на гидразине.
В 1983 году для ракеты-носителя «Энергия» начали разрабатывать три турбопривода — ТП-22. Они станут энергетическими источниками для гидросистемы управления вектором тяги маршевых двигателей ракеты «Энергия». Работая на газообразном водороде, поддерживая заданное вращение выходного вала, при больших изменениях загрузки они выдерживают широкие диапазоны внешних воздействий.
После большого объема работ под руководством В.М. Чепкина и Ю.П. Марчукова три ТП-22 были подготовлены к межведомственным испытаниям в составе «Энергии». Первые летные испытания ракетоносителя «Энергия» без «Бурана» проведены 15 мая 1987 года. Они прошли успешно, турбоприводы ТП-22 обеспечили надежную работу гидросистем.
Впереди предстоял совместный полет «Энергии» и «Бурана». К нему усиленно готовились все участники этого грандиозного события.
По существу, вся гидравлическая система управления «Энергией» и «Бураном» базировалась на изделиях «22» и «14».
Из рассказа старшего военпреда Ильи Ивановича Косолапова: «У А.М. Люльки были замечательные помощники, талантливые специалисты, такие, как главные конструкторы Юрий Николаевич Бытев, Василий Кондратьевич Кобченко, Ювеналий Павлович Марчуков и другие.
Особо надо отметить ответственные, сложные работы, возглавляемые Ювеналием Павловичем Марчуковым по космической теме. Параллельно с созданием двухконтурного АЛ-31Ф создавались вспомогательные силовые установки, ракетно-турбовальный двигатель, турбопривод, автономные источники энергии для привода насосов гидросистем орбитального корабля «Буран» и «Энергии». Двигатели силовой установки «12А» и «12Ф» на базе двигателя АЛ-31Ф созданы для обеспечения летных испытаний аналогов орбитального корабля «Буран» — большого транспортного самолета БТС-002.
Особенно сложной была доводка изделия «14», оно не характерное для ТРД, поэтому шло «тяжело». Нас с Ювеналием Павловичем вызвали в ЦК КПСС, где нам сделали внушение: «Вы, очевидно, недопонимаете той ответственности, которая на вас возложена в связи с созданием орбитального корабля «Буран» и последствий срыва заданных сроков». Было дано указание в 3-дневный срок доложить фактическое положение дел с доводкой изделия «14». Мы изрядно поволновались… Требуемые материалы представили в срок, правда, реакции со стороны ЦК КПСС никакой не было».
Первый полет системы «Энергия» — «Буран» был намечен на 29 октября 1988 года. На Байконуре проведена большая подготовка. Ведь на этой системе около сотни только основных систем и комплексов. Все их нужно было детально проверить. Для безопасности главные конструкторы В. Глушко, Г. Лозино-Лозинский, Ю. Марчуков и многие другие главные многочисленных систем и комплексов находились в этот день в боксе примерно в километре от пусковой платформы на Байконуре.
Прошла команда на полет, началась отработка циклограммы запуска по всем системам, включились и все три изделия «14». А через несколько секунд команда «Отбой». Это потрясение… не только для непосредственных участников подготовки полета. Это удар и для сотен тысяч ученых, конструкторов, инженеров, испытателей, производственников — создателей этой авиакосмической техники. «Минут через 10, — вспоминает Ю.П. Марчуков, — прошел слух, будто предварительный анализ циклограммы показал, что одна из причин отбоя — нештатная работа изделия «14». Вот тут-то нам, люльковцам, пришлось страшно поволноваться… А через минут 45 после тщательного анализа циклограммы выяснилось: изделие «14» нашего КБ работало штатно, надежно, без замечаний.
Оказалось, что отмена пуска произошла из-за задержки отхода стендовой мачты.
После устранения этого дефекта вылет наметили на середину ноября 1988 года. Настало 15 ноября. Какое напряжение… Все ли учтено и проверено? Конечно, напряженность в этот день усиливалась предшествующей отменой старта.
15 ноября вся циклограмма предстартовой подготовки проходит без замечаний. Точно в 6.00 московского времени ракета-носитель «Энергия» с многоразовым орбитальным кораблем «Буран» отрываются от стартового стола и уходят в низкую облачность.
Восемь минут выведения на орбиту, и «Буран» начинает свой самостоятельный полет…
Особенность баллистической схемы полета комплекса «Энергия» — «Буран» в том, что после завершения работы носителя высота над поверхностью Земли составляет около 150 км и требуется доведение «Бурана» на рабочую орбиту собственными средствами. Поэтому в первые 40 минут проводятся два маневра довыведения корабля на высоту 260 км.
Бортовой цифровой вычислительный комплекс (БЦВК) автоматически рассчитывает величину, направление и момент импульса-двигательной установки. Первый маневр проходит в зоне связи наземных станций слежения, второй над Тихим океаном.
В этих маневрах участвуют и ракетно-турбовальные двигатели РТВД-14. Четко работает командная радиолиния, исполняются все передаваемые из Центра управления полетом — ЦУПа — команды на управление телеметрической и телевизионной системами «Бурана».
Наступает одна из завершающих операций — перегрузка оперативной памяти БЦВК для работы на участке спуска и перекачка топлива из носовых баков в кормовые для обеспечения посадочной центровки.
Проходят все полтора часа полета, и БЦВК уже рассчитывает и сообщает в ЦУП параметры тормозного маневра для схода с орбиты. В 8 часов 20 минут включается двигатель, отрабатывает заданную величину скорости, и корабль начинает снижение. Еще через полчаса он входит в атмосферу и в 8 ч 53 мин на высоте 90 км связь с ним прекращается из-за плазменных образований. Движение «Бурана» в плазме по расчету 6—19 мин. Наконец, в 9 ч 11 мин, когда корабль находился на высоте 50 км, пошли доклады по громкой связи: «Есть прием телеметрии!», «Есть обнаружение корабля средствами посадочных локаторов!», «Системы корабля работают нормально!»
В этот момент «Буран» отделяло от посадочной полосы около 550 км, а скорость его хотя и уменьшилась, но все еще в десять раз превышала скорость звука.
До посадки чуть больше 10 минут. Скорость корабля в атмосфере интенсивно гасится. Движение «Бурана» идет строго по расчетной траектории снижения. «На высоте около 7 км на сближение с «Бураном» выходит самолет сопровождения МиГ-25, ведомый Магомедом Толбоевым. Начинается завершающее предпосадочное маневрирование. На высоте 4 км — выход на посадочную глиссаду. Изображение «Бурана» начинают передавать аэродромные телекамеры.
«Буран» уже успел сменить курс, заложив разворот против ветра, и его ждут с востока, а не с запада. У стекол диспетчерских залов и на балкончике здания специалисты, летчики, журналисты налезают друг на друга, чтобы не упустить исторические мгновения.