Собирать ракеты в пакет предложил Михаил Клавдиевич Тихонравов. Разочарованный тем, что его проект «ВР-190» («Победа») в НИИ-4 поменяли на «Ракетный зонд», конструктор, обладая полномочиями заместителя начальника института, организовал новый отдел, который должен был заниматься многоступенчатыми ракетами, соединенными не последовательно, а параллельно – в пакет.

Идея появилась не на пустом месте. Дело в том, что привычная схема последовательного расположения ступеней, несмотря на видимую простоту, имела свои недостатки. Прежде всего не была решена задача запуска двигателя второй ступени во время полета. Теоретикам она казалась малосущественной, но практики долго не знали, как к ней подступиться. Второй существенный момент – оценочные расчеты показывали, что высота ракеты, сделанной по последовательной схеме и при этом способной развить первую космическую скорость, будет поистине гигантской: придется строить огромную монтажную башню, а сама ракета от увеличения длины вовсе не станет прочнее и надежнее.

Пытаясь решить очевидные проблемы, Тихонравов обратился к трудам Константина Циолковского, которого безмерно уважал, и в работе «Наибольшая скорость ракеты» (1935) нашел описание «эскадры ракет». Интерпретация идеи, предложенная Тихонравовым, состояла в том, чтобы запускаемые одновременно ракеты, имеющие, по Циолковскому, только гидравлические связи, снабдить дополнительно механическими связями, объединив в один пакет. В такой схеме запуск двигателей всех ракет осуществляется одномоментно на старте, топливо к ним подается сначала от одной ракеты, которая после опустошения отваливается, затем от другой и так далее.

Пакет ракет не имеет ограничений по дальности полета, то есть сначала задаешь дальность, а потом проектируешь под нее пакет. Однако в то время не существовало теории оптимального выбора основных конструктивно-баллистических параметров таких сложных агрегатов – именно ее и предстояло создать новому отделу, учрежденному Тихонравовым. В 1947 году ракетчики еще не располагали мощными электронно-вычислительными машинами, поэтому все необходимые расчеты приходилось выполнять на арифмометрах. Тем не менее к концу года был выпущен предварительный отчет по теории составных ракет, включая анализ пакетных схем.

Тихонравов внимательно следил за работой отдела. Результаты ему так понравились, что он решил доложить их на ученом совете НИИ-4. Оригинальную идею встретили настороженно. Скептики тут же уцепились за плохую аэродинамику соединения ракет, за уязвимость механических соединений. Но Тихонравов верил в осуществимость проекта и 14 июля 1948 года в Академии артиллерийских наук прочитал расширенный доклад «Пути осуществления больших дальностей стрельбы ракетами». Выступление вызвало бурю негодования – мало кто из специалистов поверил в практическую возможность достижения дальностей свыше 1000 км с помощью баллистических ракет. Поэтому сообщение Тихонравова о том, что пакет способен достичь любых дальностей и даже вывести на орбиту искусственный спутник Земли, взбудоражило зал. По иронии судьбы, среди яростных критиков были и те, кто стал впоследствии видными учеными в области космонавтики.

Исторически значимый доклад чуть было не стал катастрофой для научной карьеры Тихонравова. Отдел тут же расформировали как «занимающийся неактуальными проблемами». Самого Михаила Клавдиевича сняли с должности заместителя директора института, низведя до научного консультанта. Тогда в его судьбу вмешался Сергей Павлович Королев. В декабре 1949 года он выдал НИИ-4 официальный заказ на выполнение работы по теме «Исследование возможностей и целесообразности создания составных ракет дальнего действия типа „пакет“». В записке была прямо сформулирована цель исследования – «сравнение возможностей достижения больших дальностей (порядка 10 000 км) с помощью одиночных и составных (последовательных и по типу „пакет“) ракет дальнего действия с целью выбора рационального направления работ в области дальнобойных ракет».

Тихонравову после получения заказа не только вернули тему, но и позволили сформировать большую группу для научно-исследовательской работы. В марте 1950 года он сделал новый доклад – «Ракетные пакеты и перспективы их развития». Тогда прозвучало, что по техническому заданию Королева группой был рассмотрен двухступенчатый пакет из трех больших баллистических ракет и доказано, что такой пакет может не только доставить тяжелую боевую часть на любую дальность, но и вывести на орбиту спутник, масса которого может оказаться достаточной для полета на нем человека. На этот раз доклад выслушали внимательно, хотя в последовавшей дискуссии по-прежнему преобладали саркастические интонации.

Работы по изучению различных проблем создания составных ракет продолжались в группе до 1953 года. Результаты исследований регулярно высылались в бюро Королева. Сергею Павловичу особенно нравилась схема простейшего пакета, и он, видя, что группа Тихонравова не справляется по времени, заказал оптимизацию этой схемы в Отделении прикладной математики имени Стеклова.

В конечном итоге Михаил Тихонравов отправил правительству два письма, в которых аргументированно излагались перспективы применения составных ракет для достижения межконтинентальной дальности. Ответом стало постановление, которое Иосиф Сталин подписал незадолго до своей смерти – 13 февраля 1953 года. В тексте задавалась тема «Т-1» – «Теоретические и экспериментальные исследования по созданию двухступенчатой баллистической ракеты с дальностью полета 7000–8000 км». Цель исследований – разработка эскизного проекта ракеты дальнего действия массой до 170 т, снабженной отделяющейся головной частью массой 3 т.

Позднее, в октябре 1953 года, проектное задание было изменено: массу головной части увеличена до 5,5 т при сохранении дальности полета. Последнее решение приняли под влиянием неофициальной информации о техническом облике термоядерных зарядов нового поколения, которую предоставил один из ведущих специалистов в этой области – будущий академик Андрей Дмитриевич Сахаров. Позднее выяснилось, что масса такого заряда может быть многократно уменьшена. Однако двигатели для ракеты уже разрабатывались, и запас по тяге, который они давали, впоследствии сыграл решающую роль в реализации космических планов.

В декабре 1953 года в ОКБ-1 был подготовлен проект постановления о создании баллистической ракеты большой дальности «7Р» (позже – «Р-7»). Среди прочего в его тексте предлагалось применить ракету «7Р» для запусков искусственных спутников Земли и космических аппаратов к другим планетам. В январе 1954 года прошли совещания главных конструкторов, на которых были сформулированы технические требования к «7Р», согласованы основные тактико-технические характеристики, этапы конструирования и испытаний.

Наконец 20 мая 1954 года было принято Постановление ЦК КПСС и Совета министров СССР № 956-408сс о разработке, изготовлении и испытаниях межконтинентальной ракеты «Р-7». Начался этап эскизного проектирования. При этом сотрудники ОКБ-1 рассмотрели более полусотни вариантов компоновки пакета. В конечном итоге остановились на не самом оптимальном из возможных, но позволявшем использовать многие существовавшие технологические наработки.

Пакет ракеты «Р-7» состоял из пяти блоков (фактически – одноступенчатых ракет): центрального блока «А» и четырех симметрично окружавших его конических боковых блоков «Б», «В», «Г» и «Д». Двигатели всех блоков запускались на старте одновременно. После опустошения топливных баков боковые блоки отделялись (первая ступень), а центральный блок (вторая ступень) продолжал полет. При этом внутренняя компоновка блоков была подобна компоновке ракеты «Р-5», что значительно упрощало работу конструкторам и технологам. Новизну для них представляли лишь узлы связей блоков и магистралей перекачки топлива. Основные компоненты топлива располагались в нижнем (горючее) и верхнем (окислитель) баках каждого блока. Вспомогательные компоненты (жидкий азот для наддува баков и перекись водорода для привода турбонасосного агрегата) размещались в торовых баках непосредственно над рамой двигателя.

Разумеется, в ходе эскизного проектирования пришлось определиться с двигателями. За их создание взялось Опытно-конструкторское бюро № 456 (ОКБ-456), разместившееся на базе авиазавода в подмосковном городе Химки и возглавляемое замечательным ученым Валентином Петровичем Глушко.

Первой задачей бюро Глушко после войны стало конструирование двигателей «РД-100», в точности воспроизводящих двигатели «А-4» («V-2»). Разумеется, сначала предстояло развернуть производственную базу – заброшенный завод в Химках был восстановлен и переоборудован под новые задачи. Понимая, что воспроизведением немецкого опыта работа не ограничится, Глушко подошел к делу с размахом. На территории завода были созданы научно-исследовательская лаборатория, комплекс стендового оборудования и испытательная станция. Первый колышек под строительство будущей станции был забит в сентябре 1947 года в непосредственной близости от бюро – на относительно высоком откосе оврага, в излучине речки Химки. Больших перепадов высот, необходимых для свободного горения факела, здесь найти не удалось, поэтому Глушко предложил конструкцию наклонного стенда. Строительство велось быстрыми темпами, и к маю 1948 года монтаж стенда и кабины управления был завершен. 24 мая 1948 года на стенде состоялся успешный «прожиг» двигателя «РД-100», что является историческим событием для отечественного ракетостроения.

Когда пришло время выбрать компоненты топлива для «Р-7», Глушко оказался перед трудным выбором. Увеличение размеров спиртового двигателя уже не давало требуемого эффекта, что показали работы над двигателем «РД-101» для ракеты «Р-2» и двигателем «РД-103М» для ракеты «Р-5М». Было ясно, что пора переходить на керосин, который более калориен и столь же хорошо освоен промышленностью. Однако при таком переходе возникали серьезные трудности: температура продуктов его сгорания в кислороде почти на тысячу градусов выше, чем у водных растворов спирта, в то время как охлаждающие свойства намного хуже, а ведь именно горючим приходится охлаждать стенки камеры сгорания, если в качестве окислителя используется быстро испаряющийся кислород. Задача охлаждения осложнялась еще и тем, что для обеспечения оптимальных характеристик керосинового двигателя необходимо поднять давление газов в камере по крайней мере в два раза по сравнению с достигнутым на спиртовых аналогах.

Работы над переходом со спирта на керосин Валентин Глушко начал весной 1948 года, когда попытался создать большой кислородно-керосиновый двигатель «РД-110» на основе немецкого опыта. Простая замена горючего не помогла – первые же огневые испытания выявили множество проблем, присущих немецкой конструкции. К примеру, обнаружились высокочастотные колебания давления, приводящие к стремительному разрушению агрегата. Увеличение размеров камеры сгорания и давления внутри нее только способствовали развитию колебаний. Тогда стало ясно: чтобы построить работоспособный кислородно-керосиновый двигатель большой тяги, нужно отказаться от однокамерного варианта и перейти на несколько камер сгорания.

Валентин Глушко принял принципиальное решение – сгруппировать четыре аналогичные камеры сгорания в единый блок с общим турбонасосным агрегатом. При этом высота двигателя уменьшилась, снизилась масса как хвостового отсека, так и всей ракеты в целом, а принцип модульной конструкции позволял начать серию без значительных изменений в существующем производстве.

Концепция многокамерности на многие годы стала «коньком» ОКБ-456, и первые серийные двигатели в этом классе, получившие обозначения «РД-107» и «РД-108», были созданы для «Р-7». Отработка вариантов двигательной установки в целом проводилась на масштабных прототипах. К примеру, для испытаний одновременного воспламенения топлива в 32 камерах рядом с основным огневым стендом был создан отдельный стенд, на котором в общей сложности провели несколько тысяч «прожигов» без выходов на главный режим. Параллельно велась отработка камеры сгорания на главном режиме. В итоге инженеры ОКБ-456 получили огромный опыт для создания основного камеры с давлением газа свыше 60 атмосфер.

Работы собственно с ракетой «Р-7» были начаты в Монтажно-испытательном корпусе Загорского филиала. В конце весны 1956 года группа инженеров отработала операции по сборке блоков в пакет. Первый «прожиг» бокового блока на стенде был выполнен 1 сентября, а успешный запуск многокамерного двигателя на полное ресурсное время состоялся 24 сентября. Всего в 1956 году было проведено четыре испытания «боковушек» и одно центрального блока, после чего началась подготовка к запуску пакета. Все «прожиги» неизменно посещал Сергей Королев.

Наконец, 30 марта 1957 года состоялся запуск так называемого летного варианта пакета с полной заправкой. О важности события свидетельствует тот факт, что на нем присутствовал секретарь ЦК КПСС Леонид Ильич Брежнев. Только после того, как пакет отработал без замечаний, конструкторы смогли вздохнуть с облегчением: ракета «Р-7» была допущена к полетам.

3 марта 1957 года первая «Р-7» прибыла на техническую позицию полигона Тюра-Там. Она имела заводской номер 5Л, а в разговорах ее называли «номер пять» или просто «пятая». Сразу началась разгрузка и укладка блоков на монтажные тележки. Однако 8 марта прибыла группа специалистов с длинным перечнем доработок, которые следовало внести в ракету по результатам стендовых испытаний. Самыми трудоемкими оказались работы по теплозащите хвостового отсека. Во время «прожига» в Загорске обшивка из алюминиевого сплава хвостовой конструкции прогорела во многих местах. Из-за этого были повреждены огнем потенциометры обратной связи рулевых камер и кабели. Предстояло обшить хвостовой отсек тонкими стальными листами, а внутри все уязвимые элементы обмотать асбестовой защитой. После доработок начался «чистовой» цикл испытаний отдельных блоков пакета в Монтажно-испытательном корпусе, и только 5 мая мотовоз потащил платформу с «Р-7» на старт.

Целью запусков было не только проверить все системы «Р-7» в полете, но и доставить макет боеголовки до специально организованного полигона Кура (поселок Ключи, Камчатка), находящегося на расстоянии 6314 км – меньше проектной дальности, но в то время Советский Союз еще не располагал средствами наблюдения в акватории Тихого океана. Кроме того, первые образцы были перегружены измерительным оборудованием (сами конструкторы называли их не «летными», а «измерительными») и, согласно расчетам, не могли выйти на дальность 8000 км.

Установка «Р-7» в стартовое сооружение происходила при большом скоплении «болельщиков». Все работники полигона понимали: начинается самый ответственный этап работы, который определит их жизнь на десятилетия вперед. Только к концу дня главный конструктор комплекса Владимир Бармин, руководивший лично процессом установки, доложил, что свою задачу на данном этапе выполнил. «Теперь испытывайте!» – сказал он. И начался длинный, по современным представлениям, цикл предстартовых испытаний. Только «чистое» время всех электрических тестов на стартовой позиции заняло 110 часов. По ночам старались не работать, но семь суток ушло на проверки с разбором всех замечаний, просмотром пленок, докладами и массой всевозможных процедур.

14 мая прошло заседание Государственной комиссии. Королев доложил о готовности к запуску и еще раз перечислил основные задачи испытаний: отработка техники старта, проверка динамики управления полетом первой ступени, процесса разделения ступеней, эффективности системы радиоуправления, динамики полета второй ступени, процесса отделения головной части и движения головной части до соприкосновения с землей. Боковые блоки первой ступени должны проработать 104 секунды, а центральный блок – 285 секунд. Высота ракеты – 34,22 м, расчетная стартовая масса – 283 т.

Вечером 15 мая 1957 года, через десять дней после вывоза из МИКа, состоялся первый в истории запуск ракеты «Р-7». Ракета ушла со старта нормально. Однако «изделие» упало на землю, пролетев всего 300 км.

Борис Евсеевич Черток вспоминал:

«По пятнадцатиминутной готовности спустились в бункер. <…>

Минутная готовность. Дальше – полная тишина. Сознание, больше чем память, фиксирует ставшие теперь уже стандартными команды: „Протяжка!“, „Ключ на старт!“, „Продувка!“, „Ключ на дренаж!“, „Пуск!“.

Отмечаю, как с особым усердием по команде „Пуск!“ Чекунов нажимает красную кнопку. Евгений Осташев, глядя на пульт, комментирует:

– Прошла „земля-борт“.

Воскресенский не отрывается от перископа:

– Отошла кабель-мачта… Зажигание… Предварительная… Главная!

От пульта доклад:

– Есть контакт подъема.

Воскресенский восклицает:

– Подъем! Ракета ушла!

В бункер проникает рев пяти двигателей.

Евгений Осташев сообщает:

– Пульт в исходном.

В пультовой больше делать нечего. Толкаясь, пробиваюсь вверх, не ощущая крутого подъема, а только досадуя, как медленно поднимается масса людей впереди. Откуда их столько? Наконец выскочил. Темнота, ведь по местному уже 21 час! <…>

На темном небе ярко полыхает быстро уменьшающийся по яркости факел. Но что такое?! Вот он стал какой-то перекошенный. Кроме основного образовался еще один. Ракета выскочила из тени Земли и заблестела, освещенная не видимым нам Солнцем. Феерическое, незабываемое зрелище. Сейчас увидим разделение! Но вдруг на темном небе все гаснет. Маленький огонек еще светится и куда-то уходит с того места, где только что все ярко сверкало.

Стараясь никого не сбить с ног, спускаемся в пультовую, там должен быть доклад телеметристов. Только они способны объяснить, почему раньше времени погасла наша звезда».

Той же ночью расшифровали данные телеметрии, поступившие с борта упавшей ракеты. Оказалось, что в момент старта в хвостовом отсеке бокового блока «Д» начался пожар. Возможной причиной пожара назвали пробой в магистрали подачи керосина. Подобные инциденты случались и ранее – например, на «Р-1». Тряска во время транспортировки «изделий» на полигон часто приводила к нарушению герметичности трубопроводов. В качестве меры по предотвращению повторения аварийной ситуации решили ужесточить контроль герметичности коммуникаций ракеты повышением давления воздуха при пневмоиспытаниях. Это сразу дало эффект при подготовке следующего ракетного пакета – было выявлено такое количество потенциальных источников пожара, что приходилось лишь удивляться, почему на первой ракете загорелся только блок «Д».

Второй запуск «Р-7», назначенный на 10 июня, не состоялся. Сначала дважды прошел отказ по системе зажигания. Неисправность опять выявили телеметристы: почему-то не открылся главный кислородный клапан на боковом блоке «В». Решили, что клапан замерз, поэтому подогрели его прямо на старте. Наконец зажигание сработало, двигатели вышли на предварительную ступень по тяге, но никак не хотели переходить на промежуточную. В результате сработала система аварийного выключения. Факел, бьющий из ракеты, мгновенно погас. «Р-7» пришлось снимать со старта. Тщательное изучение пакета в Монтажно-испытательном корпусе показало, что виноваты сборщики: клапан азотной продувки бортовой пневмогидросхемы центрального блока был поставлен «наоборот». По «горячим следам» была осмотрена следующая ракета, и там обнаружили точно такой же брак.

Третья «Р-7» стартовала через месяц – 12 июля. Запуск закончился аварией. Его предыстория такова: в бункер Королеву доложили, что «минус» бортовой батареи находится на корпусе. Была объявлена тридцатиминутная задержка. Главный конструктор, посовещавшись, решил, что это отказ датчика (такое уже случалось ранее), и принял решение пускать. В полете на прибор прошла ложная команда, и «Р-7» начала вращаться вокруг продольной оси, превысив разрешенный допуск. Автоматика произвела аварийное выключение двигателей. На 33-й секунде пакет разрушился. Блоки упали примерно в 7 км от старта и с грохотом взорвались.

Третий неудачный пуск Королев переживал особенно тяжело, полагая, что падение «изделия» целиком на его совести. «Преступники мы, целый поселок выбросили на ветер», – эти слова приписывают именно ему. И действительно, первый экземпляр «Р-7» обошелся казне в 100 миллионов рублей, второй и третий – по 40 миллионов рублей.

Три неудачи подряд поставили под угрозу срыва всю программу. У бюро Королева хватало конкурентов, предлагавших свои варианты стратегических межконтинентальных ракет. На полигоне состоялось весьма острое заседание Государственной комиссии. Маршал Митрофан Иванович Неделин, выступая от имени заказчика, предложил прекратить испытания, отправить все доставленные на полигон ракеты обратно в Загорск и еще раз на стендах отработать каждую. Ему возразили Королев и Пилюгин, мотивируя свой отказ выполнить требование маршала тем, что перевозка блоков приведет к непроизводительными затратами средств и времени. Но Глушко, выступивший вслед за ними, поддержал Неделина: «Я думаю, что Митрофан Иванович прав! Смысла продолжать испытания не вижу: сорок отработанных в ОКБ-456 двигателей погибли при испытаниях. Если дело пойдет так и дальше, мое производство этого просто не выдержит».

Несмотря на споры конструкторов и угрозы заказчика, 21 августа 1957 года в середине дня состоялся запуск четвертой по счету «семерки». На это раз ракетчикам сопутствовал успех – «Р-7» штатно отработала активный участок траектории. Головная часть отделилась вовремя и достигла полигона на Камчатке. Конструкторы торжествовали, однако в их бочку меда природа добавила свою ложку дегтя – на высоте порядка 10 км макет боеголовки разрушился от перегрева. На земле даже не удалось найти ее фрагментов. То же самое произошло со следующей ракетой, запущенной 7 сентября, – ракета доставила боеголовку, но та развалилась в плотных слоях атмосферы. Конструкторам стало ясно, что уносимой теплозащиты, которая была опробована на «Р-5М», явно недостаточно – надо проконсультироваться с аэродинамиками и поменять форму головной части.

Примечательно, что 27 августа, менее чем через неделю после первого удачного запуска «Р-7», информационное агентство ТАСС опубликовало сообщение, в котором, в частности, читаем:

«На днях осуществлен запуск сверхдальней, межконтинентальной, многоступенчатой баллистической ракеты.

Испытания ракеты прошли успешно, они полностью подтвердили правильность расчетов и выбранной конструкции. Полет ракеты происходил на очень большой, еще до сих пор не достигнутой высоте. Пройдя в короткое время огромное расстояние, ракета попала в заданный район.

Полученные результаты показывают, что имеется возможность пуска ракет в любой район земного шара. Решение проблемы создания межконтинентальных баллистических ракет позволит достигать удаленных районов, не прибегая к стратегической авиации, которая в настоящее время является уязвимой для современных средств противовоздушной обороны.

Учитывая огромный вклад в развитие науки и большое значение этого научно-технического достижения для укрепления обороноспособности Советского государства, Советское правительство выразило благодарность большому коллективу работников, принимавших участие в разработке и изготовлении межконтинентальных баллистических ракет и комплекса средств, обеспечивающих их запуск».

То был беспрецедентный случай! До сих пор информация подобного рода испытаниях засекречивалась строжайшим образом. Сегодня считается, что таким образом Никита Сергеевич Хрущев намекнул американцам: теперь силы уравнялись, и если западный военно-политический альянс пошлет на Советский Союз армады бомбардировщиков с атомными бомбами на борту, то в ответ получит ракетный термоядерный удар по северной части США.

Что касается остальной работы, то ее продолжали скрывать за плотной завесой государственной тайны. Полигонным военнослужащим и гражданским специалистам было категорически запрещено упоминать в личной переписке станцию Тюра-Там, Аральское море, Казахстан, писать о пустыне, верблюдах, сайгаках, скорпионах, змеях, черепахах и реке Сырдарье. Каждое письмо проверялось замполитом и офицером особого отдела. Обратный адрес тоже не мог выдать расположение полигона: в 1955 году использовался адрес «Москва-400», в конце 1956 года ввели новый – «Кзыл-Орда-50», позднее – «Ташкент-90».

Однако все эти меры по сохранению тайны оказались лишними. Когда на НИИП-5 начались запуски «Р-7», американская разведка почти сразу установила его точное местоположение. 5 августа 1957 года, выполняя задание под кодовым обозначением 4035, на поиски полигона вылетел самолет-разведчик «U-2», базирующийся в Пакистане. Аналитики ЦРУ разумно предположили, что полигон снабжается всем необходимым по железной дороге, поэтому часть маршрута разведчика пролегала над магистралью Москва – Ташкент. Специалисты из лаборатории аэрофотосъемки проявили полученные пленки и тщательно их изучили. Наконец, на одной из фотографий они увидели странное сооружение, находящееся севернее железной дороги. Разведчик прошел не над ним, а на значительном удалении, поэтому снимки получились под углом и «смазались». Но местонахождение стартовой площадки уже было определено, оставалось привязать ее к географической карте. Аналитики воспользовались картами, изготовленными в 1939 году немецким Генштабом, и пришли к выводу, что полигон построен в непосредственной близости от станции Тюра-Там.

Второй полет «U-2» в рамках нового задания 4058 состоялся 28 августа – сразу после триумфального сообщения ТАСС. Разведчик, оборудованный фотокомплектом А-2, доставил великолепные вертикальные снимки стартового комплекса «первой площадки». В течение пяти дней аналитики обрабатывали их, после чего построили миниатюрный макет, на котором были отражены все детали этого уникального сооружения. Их общий вывод был однозначен: единственный комплекс с экспериментальной ракетой не представляет серьезной угрозы.

Аналитики ошиблись. Через месяц произошло событие, которое журналисты сравнили по значимости с бомбардировкой Перл-Харбора. На орбиту вышел искусственный спутник!