Работы в ОКБ начались несколько позже по постановлению правительства от 26 марта 1956 года, и ввиду абсолютной новизны задания, чтобы сделать первые шаги в понимании атомных технологий, предлагалось сначала на самом большом самолете — Ту-95 — разместить в бомбоотсеке небольшой ядерный реактор, не связанный с двигателями. Экспериментальный самолет получил название «ЛАЛ» (Ту-95ЛАЛ) — летающая атомная лаборатория.
Схема реактора, предполагаемого к установке на самолет, должна была учитывать условия размещения, то есть иметь минимальные габариты и вес, а также защиту экипажа от всех видов излучения. Требовался и стенд для наземных исследований.
Для размещения на ЛАЛ воспользовались созданным ранее в курчатовском институте экспериментальным водо-водяным реактором (ВВР), где вода использовалась и как замедлитель нейтронов, и как теплоноситель. Причем применялась двухступенчатая схема охлаждения. Первый контур (под защитой): реактор — водо-водяной промежуточный теплообменник (ПТ). Второй контур. ПТ — наружный (в потоке воздуха) теплообменник. Двойной контур охлаждения был нужен, поскольку обеспечить высокую степень очистки воды было достаточно трудно, а посторонние примеси в воде после прохождения горячей зоны реактора становились радиоактивными.
С целью ускорения работ и выяснения возможных неприятностей в этом абсолютно новом для ОКБ, да и для физиков ядерщиков деле в 1958 году был создан наземный испытательный стенд — копия самолетного отсека с ядерным реактором ВВР. Этот стенд начиная с 1959 года испытывался на Семипалатинском полигоне.
После получения положительных результатов стендовых испытаний начались летные испытания на ЛАЛ.
Задачей летного эксперимента было определение возможностей сосуществования экипажа с реактором в полете. Было понятно, что внутри самолета, непосредственно между атомным реактором и кабиной должна быть установлена надежная защита. Однако было совершенно неясно, как будет воздействовать на экипаж излучение, переотраженное воздухом со всех сторон самолета, и нужна ли круговая защита экипажа со значительным увеличением веса. Для проведения исследований в защитных стенках реактора были сделаны закрывающиеся шторками окошки. При их открытии в полете замерялись переотраженные как гамма-излучение, так и нейтронные потоки.
С мая по август 1961 года было выполнено 34 полета с «холодным» и работающим реактором. Полученные результаты позволили определить величины переотраженного излучения на разных высотах, и это обнадеживало в плане разработки полномасштабного самолета.
Эксплуатация Ту-95ЛАЛ обеспечивалась следующим образом. Реактор с системой защиты устанавливался на платформу, которая аналогично системе подвески бомб поднималась в бомбоотсек самолета, и там проводилась стыковка самолетных систем с реактором.
На основании наземных экспериментов и летных испытаний стало возможным с 1965 года приступить к проектированию непосредственно самолета Ту-119.
Проработка нового самолета в объеме предэскизного проектирования велась под руководством Г. И. Зальцмана, заместителя Сергея Михайловича. На совещании у Туполева на вопрос, какой объем будет занимать радиационная защита полноразмерного реактора, атомщики ответили, что примерно с небольшой дом. Андрей Николаевич пояснил, что «дом на своих самолетах мы еще не возили» и поэтому компоновать защиту реактора «будем сами». В результате проект биологической защиты реактора оказался достаточно компактным, что поразило физиков курчатовского института, не привыкших к жестким габаритным и весовым ограничениям.
Тяжелую защиту от гамма-излучений разместили возможно ближе к реактору, легкую — от нейтронного излучения скомпоновали с внешней стороны.
Первоначально предполагалось, что на Ту-119 будут установлены два двигателя НК-14А и два двигателя НК-12М для возможности продолжения полета при отказе ЯСУ.
Для эксплуатации рассматривался вариант, когда после посадки самолет Ту-119 заруливает на бетонированную площадку; экипаж открывает створки бомбоотсека и опускает реактор в специально подготовленную под самолетом яму, имеющую защитные стенки и крышку. Далее самолет перекатывали на другую стоянку.
В 70-е годы изменилась концепция самолета с ЯСУ. Теперь его предполагалось делать в интересах противолодочной обороны, что уже не требовало чрезмерной продолжительности и дальности полета. Оставались еще и нерешенные технические вопросы, вопросы эксплуатации на земле, где предполагались роботизированные системы, и т. д. И, наконец, существовал самый главный вопрос — что делать, если самолет потерпит аварию? Не приведет ли его падение к ядерному взрыву со всеми вытекающими отсюда последствиями?
В конце 60-х годов работы по проекту Ту-119 были прекращены. Однако была показана принципиальная возможность применения на самолете ядерной энергетики, намечены пути решения этой задачи.
Значимой вехой в деятельности ОКБ стала работа над самолетом Ту-128. Этому предшествовал ряд событий. Сергей Михайлович отдыхал в Пицунде. С ним вместе лежали на пляже уже упоминавшийся ранее Магдесиев, начальник теоретического отдела КБ-1, занимавшегося мощными ракетными комплексами ПВО, и Лившиц — начальник отдела аэродинамики у Лавочкина, разрабатывавшего в то время беспилотный самолет — носитель ракет. Инженеры в то время не умели отдыхать, «отключаться» от работы, и речь зашла о тяжелой пилотируемой платформе для ракет ПВО. По возвращении из отпуска отец рассказал содержание разговора Туполеву. Туполев хмыкнул и ничего не ответил.
15 апреля 1952 года осуществил свой первый полет новый американский стратегический бомбардировщик В-52. Самолет проектировался сразу как носитель ядерного оружия. Пресса широко рекламировала его возможности — донести ядерные бомбы и ракеты до любого объекта Советского Союза. Угроза стала очевидной, а развязанная «холодная война» не вызывала сомнений в реальности такой угрозы.
В марте 1953 года умер Сталин, и ориентироваться во вновь создавшейся ситуации пришлось Н. С. Хрущеву. Военные доложили ему, что от угрозы ядерного нападения США на Советский Союз ПВО СССР может обезопасить лишь направления на Москву и Ленинград. Вокруг этих городов построено кольцо зенитных ракетных комплексов, а истребители-перехватчики с имеющихся аэродромов базирования из-за малой дальности полета и отсутствия предварительного оповещения не успевают выйти на рубежи перехвата до пуска с самолета В-52 крылатых ракет с ядерными боеголовками. Хрущев устроил страшный разнос и спросил, почему к работам по ПВО не привлечен Туполев. Туполеву доложили, и он был очень удручен, поскольку истребительной тематикой ОКБ не занималось.
Как рассказывал отец, Туполев вызвал его: «Какие ты байки сообщал мне с Черного моря? Не забыл, запомнил, — приглашай ко мне обоих, и со своими Главными; будешь организовывать эту работу». Я говорю: «Нужны ракетчики». Туполев: «У нас в авиационной промышленности есть толковый мужик — Бисноват. Есть и свои локаторщики — Викторов, Волков. Еще поищите, и давайте делать».
Так в 1958 году начинался комплекс Ту-28-80.
Идея создания летающей стартовой площадки для ракет большой дальности класса «воздух — воздух» должна была наполниться реальным содержанием. Через руководство ВВС Сергей Михайлович связался с головным институтом Министерства обороны в области ПВО — НИИ-2 в городе Калинине (ныне — Тверь) и с монинской Академией ВВС, анализирующей и разрабатывающей тактику действия истребительной авиации, в том числе и ведение воздушного боя. Вместе с военными утвердили, что основным расчетным случаем является налет стратегической авиации США через Северный полюс с пуском крылатых ракет «воздух-земля» типа SRAM, для удара по основным промышленным и политическим центрам севера Советского Союза. При этом отсутствует предварительное оповещение о налете, поскольку радиолокационные посты на льдах Северного Ледовитого океана могут быть выведены из строя или подавлены постановкой помех. Противодействие должен осуществлять истребитель-перехватчик, длительное время барражирующий над Ледовитым океаном на значительном удалении от берегов Советского Союза и обнаруживающий самолеты противника собственной радиолокационной станцией. Таким образом, самолет Ту-28 решал задачи дальнего обнаружения, предварительного удара и дезорганизации налета в режиме автономного наведения. При этом ставилась задача — в одной атаке обеспечить поражение нескольких целей. Если В-52 сопровождают истребители, то необходимо выиграть с ними воздушный бой за счет максимальной дальности обнаружения цели и большей дальности пуска ракет.
Перед конструкторами ОКБ встали совершенно новые задачи, не имеющие отношения к собственно созданию планера и агрегатов самолета:
— определение дальности обнаружения, распознавание в группе, опознавание типа, захват и сопровождение цели и т. д.;
— выбор системы наведения ракет (радиолокационная полуактивная, активное самонаведение и т. д.), а также дальности пуска ракет и их маневренности;
— расчет углов обзора РЛС, что определяло габариты антенной системы, а следовательно, и диаметр носовой части фюзеляжа;
— обоснование собственных маневренных характеристик, исходя из возможного воздушного боя с истребителями сопровождения противника и обеспечения собственной безопасности.
Военные в целом приняли идею такого самолета положительно, хотя и настороженно, поскольку она не укладывалась в рамки имеющегося опыта ПВО с перехватчиками ОКБ Сухого, действующий в ЗУРовской тактике вылета в район обнаруженной с земли цели, сближения с максимальной скоростью, пуска ракет и возвращения на аэродром вылета.
Не было и зарубежных аналогов. Американские перехватчики F-102 и F-106 предполагались для действий в автоматизированной объединенной системе ПВО североамериканского континента NORAD, имеющей выдвинутую на островной архипелаг Канады линию радиолокационных станции дальнего обнаружения «Дью Лайн». Поэтому хотя они и осуществляли дежурство в воздухе, но действовали по предварительному целеуказанию и наведению с земли.
В такой ситуации на плечи ОКБ ложилась не только роль головного разработчика системы в целом с необходимостью выдавать соисполнителям частные технические задания на ракету, РЛС, систему управления и т. д., но и на составление общего ТТЗ на комплекс перехвата, которое потом военные обсуждали, корректировали и выдавали от лица Министерства обороны.
Правда, в существовавших тогда условиях понимания важности задачи всеми участниками разработки ситуация не превращалась в конфликтную и решалась в тесном сотрудничестве.
К сожалению, в условиях, сложившихся позже, в условиях становления рыночных отношений, когда частные и даже личные интересы стали превалировать над общими государственными, такая ситуация кажется невозможной, но это время ни Сергей Михайлович, ни все туполевское руководство ОКБ, к счастью, не увидело.
Для решения указанных выше задач отец создает у себя в отделе бригаду боевого применения (БП), с целью разобраться в методологиях военных по обоснованию боевых авиационных комплексов и для совместной деятельности в разработке технических требований к самолету, его системам и комплексам управления вооружением. Надо было определить места базирования, рубежи перехвата, количество одновременно «обслуживаемых» целей и т. д. Требовалось согласовать зоны обзора локатора с зонами пуска ракет, возможности по захвату маневрирующих целей головками ракет и т.д
Впервые в авиационной промышленности СССР самолетостроительное ОКБ ставит такие задачи и начинает их решать.
Создание бригады БП было выражением признания отцом факта качественного изменения процесса проектирования. Боевой самолет стал сложным авиационным комплексом. Критерием успешности разрабатываемого комплекса становится оценка боевой эффективности, куда летно-тактические характеристики входят только в качестве одного из слагаемых. Появляются составляющие, связанные с характеристиками вооружения, с качеством системы управления оружием, с точностью навигации и боевой живучестью самолета. Без решения этих вопросов, их оптимального согласования уже нельзя определить проектные параметры нового самолета — носителя системы вооружения. Формируется системный подход к проектированию самолета.
Cepгeй Михайлович, очевидно, был первым в авиационной промышленности, кто понял этапность наступившего момента, необходимость нового мышления и принял конкретные меры к решению этой проблемы.
К руководству вновь созданной бригады отец приглашает генерал-майора, бывшего командующею ВВС Тихоокеанского флота Жатькова Анатолия Владимировича. Он был из тех «отцов-командиров», которые появляются только после тяжелой и кровопролитной войны, когда отношения между командиром и подчиненными перерастают в товарищеские и почти семейные. Он легко завоевал доверие коллектива бригады, набранной из молодых, только что окончивших институт сотрудников, а потому самонадеянных и амбициозных. Жатьков, попав в ОКБ от тренировочных и хозяйственных забот войскового гарнизона, не пытался учить, как надо работать. Он просто знал, исходя из своего громадного опыта, какой результат может получиться, и не вникал в тонкости расчетов, быстро схватывая логические обоснования. Семейная жизнь у него как-то не складывалась. Но на поприще руководства бригадой боевого применения он оказался на своем месте и как руководитель, и как специалист. Можно ли сказать, что Сергей Михайлович хорошо разбирался в людях, или хорошие люди сами «прибивались» к нему в силу его общительности и благожелательности.
Создание нового направления исследований в ОКБ, непосредственно не связанного с конструкцией самолета, стало необходимым не столько в силу частных причин разработки комплекса вооружения Ту-28-80, сколько в силу того, что с развитием техники стало возможным одну и ту же задачу решать разными способами.
Как видно из предыдущего, задача перехвата позволяла решить ее несколькими методами. Трудной оказалась проблема выбора метода наведения ракет (методы погони, параллельного сближения, пропорциональной навигации). Появилась возможность устанавливать на ракетах тепловые и радиолокационные головки самонаведения, использовать радиокомандное наведение, по лучу, полуактивное с подсветом, активное и т. д. Необходимо было проводить сравнение этих различных технических решений, для чего нужен был один или несколько критериев оценки. Здесь новая бригада БП столкнулась с задачей оценки боевого успеха — эффективности, вычисляемой на основе вероятностных расчетов. Требовалось оценить вероятность обнаружения и захвата цели локатором, вероятность распознавания цели в группе и пуска ракет, вероятность попадания ракеты в зону срабатывания взрыва теля и, в конце концов, вероятность поражения цели. Следует напомнить, что вычислительная техника делала лишь первые шаги В ОКБ только что появилась машина «Урал», отсутствовали квалифицированные программисты.
В этом случае оказался полезным контакт с монинской Академией ВВС. Там, в группе старших научных сотрудников, возглавляемой полковником П. П. Закревским, придумали метод графического моделирования относительного движения ракеты и цели, позволяющий моделировать процесс перехвата, так называемый «метод подвижной кальки», разработанный полковником Расторгуевым Германом Гавриловичем.
Более полугода ежедневных поездок сотрудников бригады БП в Монино позволили оценить углы подхода ракет к маневрирующей цели и определить оптимальный метод наведения, углы визирования цели локатором и головкой самонаведения ракеты, зоны срабатывания взрывателя. Графически вычислялись вероятности попадания и поражения цели. Полученные в Монино расчетным путем результаты подтверждались методами полунатурного моделирования, проводимого в НИИ-2 ПВО под руководством полковника Германа Петровича Бескинского на аналоговой технике, где в Первом управлении Олега Александровича Чембровского был собран стенд с имитаторами локатора «Смерч» и головками самонаведения ракеты К-80.
Надо отметить не только результирующую ценность совместной работы промышленности с военными, но и эффект познавательного взаимодействия. Многие военные, работавшие в Монино, жили в Москве и ездили на электричке, в том числе и полковник Г. Г. Расторгуев, который полтора часа постоянно что-то писал.
Оказалось, что он, будучи кандидатом технических наук, защитившим диссертацию по гидродинамике, пытался приложить законы гидродинамики к вопросам строения Вселенной.
Он считал, что вся Вселенная заполнена материей, только в межзвездном пространстве она имеет мизерную плотность. Возрастание этой плотности связано с вихревым движением. Колоссальные поля материи, находясь в броуновском движении, «трутся» своими границами, образуя завихрения. Вихрь имеет свойство втягивать внутрь окружающую материю. Замкнутый вихрь образует вихревое кольцо, а в пространстве — вихревой шар, в котором сила затягивания внутрь достаточна, чтобы собрать и спрессовать материю для начала ядерных реакций. Именно в такой постановке вопроса можно объяснить спиральную форму практически всех наблюдаемых галактик и присутствующую во всем мироздании вращательную форму существования всех материальных тел и их систем.
Расторгуев пытался в электричке написать дифференциальные уравнения вихревого движения и математически точно определить условия существования вихревых образований при различной начальной плотности материи.
К концу совместной деятельности с монинской академией, помимо реальных результатов определения технических параметров, вошедших в ЧТЗ на РЛС «Смерч» и ракету К-80, а также вероятностных оценок, ставших частью эскизного проекта, сотрудники бригады БП получили новый взгляд на строение Вселенной.
Возвращаясь к основному содержанию, следует отметить, что, создав бригаду боевого применения для решения военно-технических вопросов, Сергей Михайлович поставил аналогичные вопросы и перед головным институтом авиапрома в области вооружения — НИИ-2. Заместитель начальника института, а позже и начальник института Федосов Евгений Александрович активно поддержал идею создания комплекса Ту-28-80, развернул работы по моделированию ракетного вооружения в подразделении у Е. И. Чистовского и вскоре взял на себя всю тяжесть отработки этого комплекса, начатой в НИИ-2 ПВО, базируясь на уже сформулированных I 11 и на опыте отработки микояновской системы «Ураган-2».
Как всегда, при создании туполевским ОКБ нового авиационного комплекса вставали и новые научно-технические проблемы. Помощники Туполева, его заместители, и в том числе Сергей Михайлович, определяли эти проблемы, формулировали способы решения и ставили их перед Андреем Николаевичем. Он умел донести до руководства Военно-промышленной комиссии (ВПК) и страны необходимость и важность этих проблем, настоять на их решении, брал на себя ответственность за конечный результат.
В процессе разработки комплекса Ту-28-80 такой проблемой стал частотный диапазон радиолокатора «Смерч» и головок самонаведения ракет К-80, работающих в полуактивной системе, т. е. по отраженному от цели сигналу, посылаемому станцией «Смерч». Это требовало их единого частотного диапазона. Разрабатываемые до станции «Смерч» бортовые радиолокаторы работали в 2-сантиметровом диапазоне. Был освоен диапазон 2,5 см. Коротковолновый диапазон позволяет создать электронные приборы меньших габаритов и веса. Например, размеры волновода просто соответствуют длине волны. Однако чем короче длина волны, тем быстрее затухает мощность радиолокационного излучения в атмосфере, особенно на молекулах воды и снега, что в большом количестве пребывает 8 атмосфере Севера, над Северным Ледовитым океаном.
На основании этих факторов в бригаде боевого применения были получены результаты расчетов, говорившие, что при одинаковой мощности локатора дальность обнаружения и подсвета воздушной цели в северных условиях в 3-сантиметровом диапазоне может быть почти в полтора раза больше, чем в 2-сантиметровом. Поскольку дальность обнаружения являлась основной характеристикой комплекса Ту-28-80, то проблема выбора частотного диапазона становилась принципиальным вопросом.