В середине 50-х годов в США начались работы по созданию твердотопливной МБР. После запуска первого ИСЗ, темп этих работ, значительно ускорился. В июле 1958 г была утверждена кооперация разработчиков, а в сентябре этого же года Сенат объявил программу создания МБР «Минитмен» наивысшим национальным приоритетом. Работы успешно продвигались и уже в декабре 1962 года первые 20 ракет LGM-30A «Минитмен-1» заступили на боевое дежурство. Примерно в тоже время ВМС США приступили созданию БРПЛ «Поларис»
Работы по ракетам с РДТТ начались и в СССР. Начало им положили Постановления ЦК КПСС и Совета Министров СССР 1958-59 гг. о разработке ракеты для подводных лодок (комплекс Д-6), ракеты «Темп» (9М71), ракеты РТ-1 (8К95). К отработке технологии изготовления корпусов двигателей из стеклопластика привлекался з-д «Электроизолит» (Хотьково), на котором 13 июня 1960 г. был организован специальный конструкторский отдел (СКО) из 23 человек.
Сразу следует сказать, что работы по этим комплексам не привели к реальным результатам, ввиду значительного отставания промышленности СССР в области полимерных материалов и специальной химии. Тем не менее, они позволили, как разработчикам, так и изготовителям, приобрести определенный опыт, создать минимальный научно-технический задел.
Руководство Советского Союза понимало, что стоящие задачи не могут быть решены без соответствующего развития химической промышленности. В мае 1958 года было принято Постановление» «Об ускоренном развитии химической промышленности и особенно производства синтетических материалов…», выполнение которого обеспечило резкий рост количественных и качественных показателей в этой отрасли. Однако для этого были нужны годы.
В то время, единственной используемой в СССР, технологией намотки – была технология намотки стеклопластиковых цилиндров, стеклотканью шириной около 1м, для электротехнической промышленности, с прочностью 15-20 кг/мм2. Расчеты показывали, что при прочности менее 40 кг/мм2 преимущества стеклопластиков перед традиционными материалами теряются.
Технологической проблемой была намотка равнопрочных цилиндрических труб с длиной больше чем ширина полотна стеклоткани. Были выданы технические задания на разработку новых стеклотканей с более прочным волокном и другим соотношением нитей по утку и основе (ТУПР, ТС8/3-250).
Для получения равнопрочности трубы, сотрудниками СКО, был предложен метод смешения стыков (разгон) для чего оправке для намотки придавалось возвратно-поступательное движение. И сегодня этот метод широко используется при намотке аналогичных деталей. Была разработана конструкторская документация на станок СИТ 1500Х4000
Однако было понятно, что значительного увеличения прочности (до 60-80 кг/мм2) этим методом нельзя из-за структурных свойств самой стеклоткани. Совместно с НИИ-125 (ФЦДТ «Союз») на изготовленном им станке началась отработка метода продольно-поперечной намотки (ППН). Однонаправленная стеклолента одновременно укладывалась в продольном и поперечном направлениях, в соотношении 1:2, что являлось оптимальным армированием для оболочек, работающих под внутренним давлением.
В 1962 г. вышло Постановление о разработке грунтового мобильного комплекса оперативно тактического назначения «Темп-С». Предполагалось разработать стеклопластиковый корпус двигателя, стеклопластиковые нагревательные элементы и платы для установки приборов
Принимаемый в это время на вооружение ОТРК «Эльбрус» с ракетой на жидком топливе, не смотря на свою простоту, имел и все недостатки характерные для неампулизированных жидкостных ракет и не обладал необходимой дальностью. Именно по этой причине ОТРК «Эльбрус» стал первым и единственным комплексом класса «Земля-Земля» Сухопутных Войск СССР на жидком топливе.
В этот же период, под техническим руководством ВИАМ, проводилась освоение производства неметаллических стеклопластиковых нагревателей (НЭСТ) для использования в системах термостатирования ракет. Данные нагреватели имеют значительные преимущества перед традиционными металлическими, обеспечивают равномерное температурное поле по всей поверхности нагревателя, пожаробезопасность, огромный ресурс работы, превышающий 60 000 часов.
К этому времени стало понятно, что сама организация производственного процесса, система контроля качества принятые на заводе «Электроизолит» не соответствуют требованиям производства ракетной техники. В свою очередь у руководства завода, имеющего отличную репутацию в производстве продукции электротехнического назначения, работа по ракетному направлению энтузиазма не вызывала.
Было принято решение о создании Самостоятельно Специального Конструкторско Технологического Бюро (ССКТБ) оформленное Приказом от 6 мая 1963 г. В январе 1983 г. ССКТБ было преобразовано в Центральный Научно Исследовательский Институт Специального Машиностроения (ЦНИИСМ)
В первом полугодии 1963 г проходят испытания первых двигателей (стеклопластиковая труба ф950 мм) с зарядами со смесевого твердого топлива, а в марте 1963 г на полигоне Капустин Яр был произведен первый пуск ракеты комплекса «Темп-С». Комплекс был принят на вооружение 29 декабря 1965 года. Всего же за период выпуска было изготовлено порядка 1200 ракет 9М76. Особенностями ракеты 9М76, использовавшейся в ракетном комплексе, являлись унификация первой и второй ступеней, применение смесевых твердых топлив (ПЭУ 7ФГ). Автономная система управления впервые в отечественной ракетной технике включала бортовое цифровое вычислительное устройство. Из 427 произведенных пусков (в том числе и при уничтожении) лишь 3 были аварийными.
Вместе с тем проблема получения изделий стабильного качества не была решена, существовала проблема обеспечения прочности корпусов как по законцовкам, так и по оболочке. Конструкторы НИИ-1 заменили резьбовое крепление днищ, на штифто-болтовое соединение, таким образом, была решена проблема законцовок. Для повышения прочности оболочки были использованы новые стеклоткани на основе титаносодержащего стекла, изменена технологическая схема намотки с трехвалковой на одновалковую. Это позволило резко улучшить прочностные характеристики корпусов за счет исключения возможности «обеднения» стыков и внутренних слоев изделия, а так же снижения травмируемости стеклоткани.
Первой самостоятельной разработкой ССКТБ был проект стеклопластикового корпуса транспортно пускового контейнера (ТПК) для ракеты УР-100М комплекса Д-8 Длина контейнера – 20 м, диаметр 2,7м. В конце 1964 г были изготовлены и испытаны первые крупногабаритные секции контейнера. Однако, не смотря на поддержку Н. Хрущевым идеи унифицированной ракеты, руководство ВМФ пришло к выводу о ее нецелесообразности, и работы были прекращены
В это время произошло ускорение работ по комплексам РТ-2 шахтного базирования (МБР 8К98) и РТ-15 на шасси танка Т-10 (БРСД 8К96). ЦКБМ-34 (КБСМ) приняло принципиальное решение о разработке ТПК для новых стратегических ракетных комплексов из стеклопластика. Это стало одним из основных направлений работы ССКТБ на многие десятилетия вперед.
Основными преимуществами ТПК из композитов по сравнению с металлическими являются:
- Примерно в два раза меньший вес. Это одна из определяющих характеристик для применения в подвижных ракетных комплексах. Для комплексов шахтного базирования масса контейнера при диаметре более 2 м и длине более 20 м имеет существенное значение для систем подвески и амортизации. Облегчается транспортировка изделия к месту эксплуатации и его установки.
- Возможность достижения высокой жесткости и прочности, снижения массы не только за счет применением новых материалов, но и за счет оптимизации конструкции использую анизотропию ПК.
- Отсутствие в процессе эксплуатации коррозии. Не требуют обслуживания в период всего срока эксплуатации, который превышает 20 лет.
- Низкая теплопроводность значительно повышает термическое сопротивление стенки контейнера и как следствие — снижение энергетических затрат системы термостатирования.
- Высокая технологичность, технологический цикл изготовления контейнера из ПКМ в три раза короче, чем металлического. Количество же технологического оборудования и оснастки меньше в 4 раза. Коэффициент использования материала составляет 0,7-0,75 против 0,3-0,4 у конструкций их металла.
Все вышеперечисленные факторы позволяют значительно сократить время изготовления контейнеров при повышении их технических характеристик, снизить себестоимость изготовления и затраты на эксплуатацию.
Чертежи стали поступать из ЦКБМ-34 с середины 1964 г. Трехслойная конструкция была наиболее оптимальной с точки зрения достижения минимальной массы при выполнении заданных технических требований. В дальнейшем эта конструкция стала базовой при изготовлении подобных изделий.
В октябре 1966 г начались летные испытания ракеты 8К96 в составе подвижного ракетного комплекса, после их завершения комплекс был рекомендован для укомплектования ракетного полка.
Пусковой контейнер комплекса 8К98 шахтного базирования имел Ф 2,2 м и состоял из четырех секций однослойного стеклопластика, соединенных с помощью штифтово-шпилечного соединения. Длина стакана составляла 23 м. Предусматривались силовые пояса толщиной до 100 мм в зонах соединения секций, люков, расположения узлов подвески.
Масса оправки для намотки составляла 24 тонны.
26 февраля 1966 года был произведен успешный запуск первой советской МБР шахтного базирования на твердом смесевом ракетном топливе. В октябре 1968 г программа испытаний была завершена и комплекс РТ-2 (8К98) был принят на вооружение. РВСН получили высоконадежную твердотопливную ракету, был достигнут паритет в ядерно-ракетном противостоянии с США. В дальнейшем на ее базе была создана ракета РТ-2П с повышенными энергетическими характеристиками и оснащенная средствами преодоления ПРО.
В июле 1966 г. решением ВПК организация была привлечена к разработке и изготовлению двигательной установки МБР «Гном» разрабатываемой Коломенским бюро машиностроений. Это была единственная МБР оснащенная твердотопливным ПВРД. Максимальный диаметр корпуса двигателя составлял 2,6 м, а длина 7м. В виду специфики работы это было исключительно сложное изделие с использованием различных стеклоармирующих материалов и разнородных связующих, стеклотканевых сотовых наполнителей, что создавало значительные технологические трудности. Опытный образец корпуса двигателя был изготовлен, но тема была закрыта.
В 1967 г СКТБ включилось в работу по разработке дивизионного ракетного комплекса «Точка», а с 1973 – армейского ракетного комплекса «Ока». Для этих систем были созданы термостатирующие контейнеры для защиты ГЧ от воздействия внешней среды и обеспечения в процессе боевого дежурства поддержания положительной температуры с неравномерностью температурного поля не более 50 С. Был разработан термоконтейнер, трехслойного исполнения, повторяющий форму ГЧ ракеты. Створки, расположенные вдоль продольной образующей, раскрывались в предпусковом режиме.
Работы по созданию подвижного грунтового ракетного комплекса «Темп-2С» с МБР 15Ж42 начались 6 марта1966 г. Это был новый этап в развитии предприятия, впервые ССКТБ привлекалось как самостоятельный разработчик ряда важнейших изделий. Для данного комплекса было необходимо разработать корпус ТПК и крышку, комплект бункеров для размещения аппаратуры и оборудования СПУ, защитные короба бортовой кабельной сети (БКС). По техдокументации МИТ и НИЭТИ предстояло освоить изготовление облицовок раструбов, воротников и других узлов и деталей сопловых блоков из эрозионностойких полимерных материалов.
МИТ задал жесткие требования к массе ТПК (2400 кг). Предварительные расчеты показывали, что этого достичь не удастся. Тем не менее, руководство СКТБ приняло эти требования, вероятно исходя из желания избежать конфликта с Главным конструктором комплекса и закрепиться в кооперации по его созданию и изготовлению.
Испытания контейнера были проведены в конце декабря 1969 г и закончились полным провалом. Вместо заложенной по ТЗ сосредоточенной нагрузки в 101 тону, контейнер выдержал лишь 13
В ходе разбора создавшегося положения и МИТ и вышестоящие организации стали понимать, что создание контейнера с заданным весом не представляется возможным. Были разработаны мероприятия по снижению веса, в том числе и выпуск стеклотканей с новой структурой. В середине 1971 г. года контейнер массой 3400 кг был изготовлен и успешно прошел и ЗРИ, МВИ. В ходе проведения летных испытаний контейнер не выдержал воздействия высокотемпературного газового потока и загорелся. Было проведено большое количество различных исследований, построена физическая, а затем и математическая модель тепломассопереноса внутри ТПК. В результате было подобрано соответствующее требованиям теплозащитное покрытие
Для производства бункеров был выбран способ ручного формования, который позволял получить конструкцию сложной формы с минимальной массой и при минимуме специальной оснастки. Бункера, изготовленные по этой технологии способны выдерживать все виды эксплуатационных нагрузок. Ввиду их устойчивости к знакопеременным нагрузкам, при кручении не возникает никаких усталостных явлений. Для их изготовления была использована полиэфирная смола ПН-62, что позволило несколько улучшить условия труда по сравнению с подобными смолами применяемыми ранее.
К началу Совместных Летных Испытаний в марте 1972 г отработка технологий материальной части комплекс была в основном закончена. Серийное производство комплекса началось в 1974 г, а принят на вооружение он был 30 декабря 1975 г.
За участие в разработке это комплекса ССКТБ было награждено орденом Октябрьской революции в 1977 году.
По предложению руководства СКТБ и МИТ в 1969 г вышел приказ Министра оборонной промышленности о создании из стеклопластика ДУ третьей ступени ракеты 15Ж42 комплекса «Темп-2С». Был дан старт началу работ по созданию цельномотанных РДТТ по схеме «кокон». На данном этапе еще из стекловолокна. Тем не менее, это был революционный шаг в деле внедрения ПКМ в отечественную ракетную технику, позволяющий значительно повысить ее эффективность. Даже предварительные оценки показывали, что масса таких корпусов могла быть на 25-30 % меньше металлических аналогов.
Получение цельномотанных корпусов, совместно с днищами и теплозащитным покрытием корпусов давало значительные технические преимущества. В соответствии с данной схемой армирующие волокна укладываются по траекториям, совпадающим с траекториями главных напряжений при нагружении. Днища выполняются методом спиральной намотки и имеют равновесную форму, при которой внутреннее давление воспринимается за счет растяжения армирующей нити. На цилиндрической части для достижения заданной прочности производиться кольцевая намотка. Использование при намотке жгутов (ровингов) повышает механически свойства армирующего материала за счет исключения его травмирования в процессе ткацкой переработки. В 1972 году необходимый уровень прочности был достигнут и работы по корпусу были переданы в НИХТИ.
В самом начале 70-х годов возникла необходимость замены ракетного вооружения (комплекс Д-5) АПЛ проекта 667А. Исходя из необходимости минимальной переделки уже эксплуатирующихся ПЛ, было принято решение о создании двухступенчатой твердотопливной МБР Р-31 (комплекс Д-11). В июне 1972 г разработка корпуса двигателя второй ступени была поручена СКТБ.
Ввиду жестких требований по массе и высоких нагрузок единственным вариантом изготовления двигателя был цельномотанный «кокон». Из стекловолокна изготовить корпус с заданными свойствами было невозможно. Был необходим материал превосходящий стекловолокно по прочности на 20-25 процентов и имеющий более низкую плотность.
В США для подобных изделий уже применялся кевлар. По заданию ВПК, ВНИИ синтетических волокон приступил к разработке аналогичного материала. Первые образцы арамидного волокна, полученного там, обладал низкой прочностью, но ввиду плотности в 1,8 раза меньшей, чем стекловолокно, органопластик на его основе, уже изначально превосходил стеклопластик по удельной прочности. Улучшение нового материала проводилось в период с 1972 по 1975 гг.
Конструктивно была заложена большая разнополюсность, что не давало возможности применить при намотке геодезическую траекторию укладки. Потребовалось создать математическое обеспечение для программирования процесса намотки, по линии постоянного отклонения (ЛПО) При изготовлении корпусов РДТТ типа «кокон» этот метод был реализован впервые и это предложение на 7 лет (по датам публикаций) опередило аналогичное американское. Была разработана технология получения песчано-полимерных оправок. При изготовлении корпуса были применены заранее изготовленные гидроавтоклавным способом теплозащитные покрытия.
По параметру массовой эффективности (произведение рабочего давления на объем корпуса отнесенное к его массе) корпус из композиционных материалов превосходил корпуса из высокопрочных сталей усиленных композитами и корпуса из композиционных материалов с металлическими днищами в 2,5 и 1,5 раза соответственно.
В связи с тем, что на подходе были новые ракетные системы, на комплекс Д-11 была перевооружена всего одна лодка, количество изготовленных ракет составило 36 штук. В последствии все они были уничтожены пусками в соответствии с договором ОСВ-1. Следует заметит, что сама ракета Р-31 уступала американской «Посейдон С-4». При близких стартовых массах и сопоставимых дальностях стрельбы (-15%) забрасываемая масса Р-31 была меньше почти в два раза.
После начала разработки в США тяжелой БРПЛ «Трайдент» (1971 г.), Советский Союз приступил к созданию аналогичного комплекса Д-19 с ракетой Р-39 (Вариант) для вооружения ТРПКСН проекта 941. Разработка двигателей первой и второй ступени была поручена СКТБ
Корпуса этих двигателей, первые изготовленные в СССР корпуса такого размера, выполненные по схеме «двойной кокон». Применение второй оболочки «кокона» обеспечивало необходимую прочность при воздействии осевых транспортных и полетных нагрузок. Были разработаны новые клепанные соединению «юбок» обеспечивающие необходимую прочность и герметичность. При изготовлении корпусов были использованы лучшие материалы выпускаемые отечественной промышленностью: арамидный жгут ЖСВМ с прочностью 380-400 кг/мм2, резина 51-2135 в качестве материала внутренней теплозащиты, обеспечивала работоспособность при воздействии агрессивной фазы топлива.
По своему техническому уровню разработанные корпуса превосходили корпуса РДТТ ракеты «Трайдент», в том числе и по параметру массовой эффективности. В 1979 г. документация на корпус двигателя второй ступени была передана ПО «Искра», где были созданы соответствующие мощности для проведения дальнейшей работы и организации серийного производства.
За создание корпусов двигателей для ракет Р-39 в сентябре 1984 институт был награжден орденом Трудового Красного Знамени.
По мере улучшения американо-китайских отношений возрастала угроза полномасштабного военного столкновения с Китаем. Война с КНР, в СССР всегда рассматривалась только как ядерная. Заключение договора ОСВ, ограничивающего количество МБР, привело к их нехватке для уничтожения целей на средних дальностях. Возникла потребность в усилении группировки РВСН на дальневосточном направлении.
В апреле 1973 г было принято решение о создании ракетного комплекса средней дальности «Пионер». Для сокращения сроков и снижения стоимости этот комплекс создавался на основе систем и агрегатов ПГРК «Темп-2С». Для этого комплекса СКТБ должно было разработать новый контейнер и его крышку. В данной конструкции впервые в качестве теплозащитного покрытия внутренней части контейнера, была применена ткань ТЭМС-К(М). Ее использование позволило отказаться от ручного нанесения пастообразного теплозащитного покрытия, исключить многочисленные доводочные операции призванные обеспечить одновременно и толщину слоя покрытия и точный внутренний диаметр контейнера. В отсеках бункеров СПУ были впервые применены НЭСТ с двумя греющими слоями (27 и 220/380 В). Первый пуск состоялся в сентябре 1974 г, а в марте 1976 г. было принято Постановление Правительства о постановке на боевое дежурство комплексов РСД-10. Первый полк приступил к его несению 30 августа. За время эксплуатации было произведено 190 пусков, все успешные.
В 1986 г началась разработка ракеты Р-39УТТХ (Барк) которой предполагалось перевооружить подводные лодки 941 проекта, а впоследствии, вооружить подводные лодки проекта 955 «Борей». Конструкцией ракеты предусматривалась система прохода через лед, имелась возможность стрельбы не только по баллистической траектории, но и по настильной, что сокращает подлетное время на 40 и более процентов.
ЦНИИСМ разрабатывал двигатель первой ступени. Для этого двигателя использовались новые армирующие материалы на основе органических волокон, новые резины, разработанные по ТЗ ЦНИИСМ. Совместно с миаским КБМ, впервые была решена задача, размещения кабелей БКС в стенке корпуса двигателя. Это техническое решение применялось и в дальнейших разработках. Была решена важнейшая задача, для крупногабаритных высокодеформативных оболочек-обеспечение работоспособности внутреннего теплозащитного покрытия, путем введения специальных компенсаторов, что исключило образование трещин.
Для снятия статического электричества вместо традиционного электропроводящего лакокрасочного покрытия (часто повреждаемого на дальнейших технологических операциях) в наружную поверхность корпуса была введена специальная токопроводящая нить, обеспечивающая решение этой задачи. Уже традиционно по своему техническому уровню корпус превзошел корпус двигателя первой ступени ракеты «Трайдент-2»
После трех неудачных пусков, в 1998 г МО приняло решение отказаться от дальнейших работ по комплексу. Основной причиной было отсутствие финансовых средств. Для окончательной отработки комплекса требовалось еще 8 пусков, а при существующем уровне финансирования для изготовления одной ракеты требовалось три года.
Для ПГРК «Тополь» с ракетой 15Ж58 СКТБ предстояло разработать корпус двигателя второй ступени, деталей сопловых трактов трех ступеней, корпус и крышку ТПК, бункера для оборудования и аппаратуры размещаемых на СПУ.
Двигатель 2 ступени — твердотопливный двигатель, длина 4,6 м; диаметр 1,55 м; управление и стабилизация по тангажу и рысканию обеспечиваются вдувом в закритическую часть сопла горячих газов от специальных газогенераторов, расположенных на наружной части сопла и связанных с камерой сгорания и блоками вдува; управление по крену обеспечивается посредством двухсопловых блоков, смонтированных на газоходах блоков вдува
Для изготовления корпуса двигателя было использовано высокопрочное арамидное волокно, что позволило обеспечить необходимую прочность с учетом ограничения по массе. Для полного использования возможностей армирующего материала была повышена точность укладки и оптимизирована конструкция нитетракта с целью исключения повреждения волокна при его прохождении. Именно при отработке данной конструкции были разработаны оптимальные режимы процесса намотки, определяющие стабильность качества изготавливаемой продукции. Для повышения жесткости узлов стыков был разработан новый материал – стеклоборопластик. Были решены вопросы обеспечения монолитности тонкостенного ТЗП состоящего из разнородных резиновых смесей.
Конструкция ТПК обеспечила необходимую прочность и жесткость, для восприятия мощных силовых и тепловых нагрузок, особенно при подъеме контейнера и старте изделия. Высокая продольная изгибная жесткость значительно снизила нагрузки на ракету при ее транспортировке, подъеме и старте. Стеклопластиковые бункера так же внесли весомый вклад в снижение массы комплекса.
Совместные испытания ракеты 15Ж58 начались в феврале 1983 г а в декабре 1984 ПГРК «Тополь» стал изготавливаться серийно. В 2000 г начались работы по продлению сроков эксплуатации ПГРК («Зарядье») в которых принимает участие и ЦНИИСМ. Срок боевого дежурства ракеты -15 лет, однако пуски ракет находящимися на боевом дежурстве 25 лет, так же были успешными.
В ракете «Тополь» реализованы все передовые решения — твердые топлива с высоким удельным импульсом, корпуса РДТТ из органопластика, двигательная установка боевой ступени, состоящая из четырех поворотных РДТТ, работающих в «толкающем» и «тянущем» вариантах, и др.
В январе 1984 г было принято решение о разработке ПГРК «Скорость» с ракетой средней дальности 15Ж66. Ракету предлагалось разработать, изготовить и представить на испытания в течении 9 месяцев. Данный ракетный комплекс являлся одной из основных составляющих т.н. «Плана Устинова» позволяющего, по мнению советского руководства, добиться вывода американских БРСД «Першинг-2» и КРБД из Европы, в обмен на вывод советских систем из Восточной Европы и европейской части СССР, то есть сохранить группировку БРСД на восточных рубежах страны, где она была главным сдерживающим фактором в противостоянии с КНР. Минимальные сроки разработки потребовали максимального использования уже применяемых на других комплексах изделий и систем
Сегодня бы «Скорость» назвали убийцей Першингов, благодаря возможности их уничтожения в период проведения предстартовой подготовки. Для РК «Скорость» ЦНИИСМ разрабатывал (дорабатывал) двигатель первой ступени, сопловые аппараты, корпус ТПК и бункера
За основу был взят двигатель второй ступени МБР «Тополь», который был доработан исходя из новых условий работы и снижения массы, для чего на юбках применили гибридную армирующую органо-стеклоткань. Доработка сопловых аппаратов, повлекла за собой, разработку большой номенклатуры прессованных деталей из эрозионностойких материалов, впервые в ЦНИИСМ было применено литьевое прессование. Проблем с корпусом ТПК не возникло, бункера были изготовлены на существующей оснастке. В январе 1985 г был проведен первый пуск ракеты «Скорость». После прихода к власти М. Горбачева работы по комплексу были заторможены, а в 1987 г прекращены. Воткинским заводом было изготовлено 10 ракет.
Во многом этапной работой, открывшей новые возможности применения КМ в ракетостроении, стало участие СКТБ (1983 г.) в создании ПГРК с малогабаритной межконтинентальной ракетой «Курьер». Это был советский ответ на американскую программу «Миджитмен», в ходе которой, американцы попытались решить проблему создания самой маленькой в мире МБР.
Предполагалось решить проблему выживаемости группировки РВСН путем созданием комплекса повышенной мобильности и скрытности. Создание ПГРК замаскированного под трейлер «Совтрансавто» и имеющего возможность движения по существующим автомобильным дорогам, существенно повышала вероятность нанесения ответного удара, но в то же время и создавало проблемы, решения которых не найдены до сих пор. Взаимный отказ в октябре 1991 г. от разработки данного типа ракетно-ядерного оружия представляется наиболее правильным решением из возможных.
ЦНИИСМ должен был разработать корпус ТПК, бункера, корпус двигателя третьей ступени и впервые соединительные отсеки и носовой обтекатель. Необходимо было так же освоить технологию производства углерод-углеродных насадков, отработать технологию производства сопловых трактов (по чертежам разработчика).
Для обеспечения минимальной массы ТПК его силовые оболочки были выполнены переменного сечения, как в диаметральном, так и осевом направлениях, с использованием армирующих волокон различных типов. Шпангоуты были изготовлены переменного сечения. При изготовлении бункеров максимально использовался принцип унификации внутренних обводов, что позволило использовать имеющуюся оснастку.
Корпус двигателя третьей ступени является лучшим из отечественных корпусов за всю историю их разработки. Для силовой оболочки применялось органическое волокно «Армос». Теплозащита низкой плотности (1 г/см3) изготавливалась методом литья под давлением.
В конструкции соединительных отсеков впервые были применены «сетчатые структуры», что позволило значительно расширить области применения композиционных материалов в ракетостроении. В сложнейших условиях работы, соединительные отсеки на основе сетчатых структур, имели массу на 25% меньше, чем металлические. В дальнейшем эти конструкции станут широко применяться в разработках института.
В ходе этой работы был разработан углерод-углеродный КМ, обеспечивающий необходимую теплостойкость и эрозионную стойкость при работе с высокоэнергетическими топливными смесями. При этом масса соплового блока существенно снижалась. Был разработан сложный технологический процесс (длительностью до 3-месяцев) проводимый в высокотемпературных вакуумных печах. В ходе обработки армирующего наполнителя, которым является углеродная ткань и фенольного связующего, переходящего в кокс насыщенный пиролитическим углеродом, на выходе получается изделие состоящие практически из чистого углерода. Насадок для третьей ступени, изготовленный по этой технологии имел массу на 25 % меньше, чем изготовленный по технологии «традиционной».
Работы над комплексом «Тополь-М» начались в 1989 г. но были прекращены в связи с развалом СССР. В 1993 указом Президента РФ была поставлена задача создания универсальной ракеты силами российский предприятий, при этом гарантировалось необходимое финансирование, но что такое гарантии в те годы многие знают не понаслышке.
ЦНИИСМ должен был разработать корпуса ТПК для вариантов шахтного и мобильного базирования, бункера, корпус двигателя, пеналы, соединительные и хвостовые отсеки, носовой обтекатель. Было так же необходимо отработать по техдокументации МИТ большое количество деталей соплового тракта. Всего за ЦНИИСМ закреплялась 41 позиция.
В мобильном варианте данного комплекса была впервые обеспечена бронестойкость ТПК от огня стрелкового оружия. Для защиты ДУ от поражающих факторов был разработан специальный пенал. Носовой обтекатель обеспечивал необходимую аэродинамику, термоэрозионностойкость и радиопрозрачность. В 1993 г. была изготовлена материальная часть для совместных испытаний. И уже в декабре 1994 г. МБР РК «Тополь-М», шахтного варианта базирования, успешно поразила цель на Камчатке.
К этому времени в ходе «экономических реформ» предприятия лишились оборотных средств, были разрушены производственно-технологические цепочки. Многие из них, выпускающие необходимое сырье и материалы просто прекратили свое существование. Начался процесс деградации высокотехнологичных предприятий под названием «конверсия».
Даже если какая-то продукция и была нужна, на нее отсутствовал платежеспособный спрос. Немалую роль сыграло практически полное открытие внутреннего рынка.
ЦНИИСМ не мог остаться в стороне от этого процесса и пытался «вписаться в рынок». Предпринимались попытки организации выпуска лопастей для ветрогенераторов для Якутии, различных яхт, труб и другой подобной продукции. Иногда получалось получить заказы почти «по профилю» — разработка гребных валов для модернизации АПЛ проекта 949А, позволяющим снизить ее шумность. После изготовления двух комплектов работы были прекращены по причине отсутствия финансирования.
Началось сотрудничество с фирмой « Макдоналд-Дуглас». По ее заказу был разработан переходной отсек (ф12 м, дина 20) для создаваемого ей космического корабля «Дельта-Клипер» Отсек при испытаниях на осевую сжимающую нагрузку выдержал 460 тон, при требовании ТЗ в 430 т. Для ракеты «Дельта-3» разрабатываемой этой же фирмой ЦНИИСМ изготовил переходной отсек (ф 4 м, длина 5м) испытанный на осевую разрушающую нагрузку в 250 тон.
Однако было ясно, что подобные, т.е. практически разовые заказы положение исправить не могли в принципе.
В середине 90-х годов было принято решение о возобновлении серийного производства РК «Тополь-М». ЦНИСМ, при поддержке МИТ и ВМЗ, внес предложение об организации серийного производства материальной части на производственных мощностях предприятия. Ранее институт, как правило, занимался только проектированием, изготовлением опытных изделий для проведения испытаний и отработкой технологии. После чего их производство передавалось серийным заводам. После определенных раздумий (ухудшалось и без того сложное положение серийных заводов) командование и Главком РВСН В.С. Сергеев поддержали это предложение.
В 1996 г. начались работы по восстановлению (а практически по созданию) кооперации поставщиков сырья и материалов. К этому времени часть предприятий просто прекратила свое существование, часть осталась за пределами Российской Федерации. Это было далеко не тривиальной задачей. В условиях минимального, к тому же неравномерного финансирования чуть ли не единственным способом воздействия, оставалось взывание к патриотическим чувствам партнеров. Как правило, это находило отклик с их стороны. Нередки были поставки в долг, под честное слово. Можно сказать, что и сегодня задача обеспечение сырьем и материалами для изготовления высокотехнологичных изделий из композиционных материалов не решена окончательно, во всяком случае, по адекватным ценам. Это один из основных факторов препятствующих развитию композиционной отрасли в нашей стране.
В начале 1997 г началось изготовление и поставка изделий для серийных комплексов «Тополь-М» шахтного базирования. В конце декабря 1999 г была осуществлена поставка комплектации для изготовления первого комплекса «Тополь-М» мобильного базирования. Первый пуск МБР с мобильной пусковой установки был осуществлен 27 декабря 2000 года.
В 1998 г. МИТ, получивший к этому, времени функции ведущей организации при создании перспективных средств ядерного сдерживания, приступил к созданию ракетного комплекса Д-30 с ракетой Р-30 (Булава-30) для вооружения АПЛ 955 проекта «Борей».
В комплексе «Булава-30» ЦНИИСМ задействован для производства более 30 позиций. Наряду с изделиями уже имеющими предшествующие аналоги была разработана целая группа абсолютно новых, для предприятия, узлов и деталей. Уже «традиционно» разработаны корпус двигателя второй ступени, хвостовой и соединительные отсеки, элементы блока увода обтекателя, наконечник головного обтекателя, 19 позиций эрозионностойких деталей двигателя управления боевой ступенью, облицовки раструбов и насадки, корпус ТПК. Однако многие из них были перепроектированы в связи с необходимостью выдерживать большие внешние давления в сочетании со сжимающими нагрузками. Претерпела значительные изменения конструкция соединительных отсеков. Вместо трехслойной была применена однослойная конструкция.
В связи с морской спецификой комплекса впервые были разработаны амортизаторы, сектора опорно-ведущих поясов (ОВП) и мембраны.
В системе подвески транспортно-пускового контейнера с находящейся в нем ракетой, для снижения динамических нагрузок на него, в процессе эксплуатации и старта предусмотрены вертикальные и радиальные амортизаторы. Для вертикальных амортизаторов была использована оригинальная концепция упругого расслоения – слои стеклопластика чередуются слоями фторопластовой пленки, при этом масса амортизаторов была уменьшена на 50%. Улучшены значения логарифмического декремента колебаний, коэффициент относительного рассеивания энергии, значительно возрос срок службы. Композитные радиальные амортизаторы имеют на 25% меньшую массу, чем основанные на сложной системе гидроцилиндров, применяющиеся ранее.
Для центрирования ракеты при старте, и опирания ракеты в процессе транспортировки и эксплуатации, предназначены опорно-ведущие пояса ракеты. Конструкция разработанная в ЦНИИСМ представляет собой сложный композиционный материал. Наружный слой секторов ОВП представляет собой капроновую ткань, пропитанную эпоксидной смолой с добавлением дисульфида молибдена, что обеспечивает низкий коэффициент трения. Далее идут слои органической ткани и сферопластика армированного тканью, что обеспечивает достаточную прочность на сжатие при малой массе. В кратчайшие сроки были разработаны и изготовлены трехслойные мембраны обеспечивающие прочность и герметичность в условиях воздействия высоких температур и давлений.
ЦНИИСМ принимает участие в производстве материальной части для БРК «Ярс» и последующих типов ракетных комплексов различного назначения. В связи с внедрением новы топлив с высокой энергетикой, разрабатываются новые изделия из высокотемпературных эрозионностойких материалов. Так разработанная решетка высотного двигателя предназначена для работы при температуре 37000 С и имеет при этом минимальную массу.
Основной задачей ЦНИИСМ, на протяжении всего времени существования, было обеспечение потребности разработчиков боевых ракетных комплексов в новых материалах и изделиях из них. Однако это далеко не единственное направление работы сотрудников института в разработке (производстве) вооружений и специальной техники. Эти работы значительно расширились после придания ЦНИИСМ (ССКТБ) функций Головной организации по пластмассам Министерства оборонной промышленности в октябре 1968 г.
В 1964-65 гг. была отработана технология и организовано производство пусковой трубы для ПЗРК «Стрела-2» (Ф 72,5 мм) и его последующих модификаций. Применение в качестве материала пусковых труб (различного назначения) стеклопластиков обеспечивает снижение общего веса носимого комплекта, возможность получения высокоточного внутреннего канало без дополнительной механической обработки и дает возможность дешевого массового производства при коротком технологическом цикле. Ввиду отсутствия пластических деформаций при ударах, коррозионной стойкости, долговечности значительно улучшаются эксплуатационные характеристики. Так применение высокомодульного стекловолокна в изготовлении пусковой трубы ПТРК «Конкурс» (Ф 135 мм, длина – 1180 мм) позволило снизить массу на 10%. Интересно, что во многом благодаря именно этому изделию, был разработан, и сегодня широко применяемый, намоточный станок РПН-380. Производились (производятся) пусковые трубы для других изделий «Штурм-С», «Штурм-В», «Штурм-ВМ», «Верба», различных комплексов производства тульского КБП.
Несмотря на кажущуюся простоту, разработка подобных изделий требует проведения определенных исследовательских работ, например для обеспечения многоразовости применения (до 5 раз) пусковых труб некоторых ПТРК. В ЗРАК «Тунгуска» для придания вращательного движения ракете, под углом к ее оси установлены направляющие ножи, которые врезаются в корпус пусковой трубы. Материал внутренней поверхности трубы не должен срезать ножи во время движения. Для этого была выбрана хлопчатобумажная бязь, пропитанная эпоксифенольным лаком. Однако пройдя 2 метра даже по такому мягкому материалу, ножи все равно уменьшались в высоте. Для обеспечения постоянной глубины врезания ножей, трубе была придана конусообразная форма, то есть диаметр уменьшен в сторону переднего торца.
В конце 60- начале 70-х годов начались работы по внедрению композитов в бронетанковую технику. Совместно с КМЗ была проведена ОКР по изучению возможности применения ПКМ в БМП-1 и БМП-2. Были рассмотрены 120 наименований деталей и элементов агрегатов (моторная перегородка, пол элеватора подачи боеприпасов, трубы и гребной винт водометного движителя, детали торсионов, различные крышки и т.д.). Однако было принято к производству всего 18 из них. Такой результат можно объяснить, в том числе и тем, что происходила простая механическая замена материала деталей, без изменения их конструкции. В дальнейшем эта ошибка была учтена.
Уже на двухзвенных гусеничных транспортерах серии «Витязь» были применены полимерные ведущие и направляющие колеса, катки, подшипники опор скольжения балансиров подвески. Для современных боевых и транспортных машин получили распространение топливные баки взрывобезопасного исполнения.
Резиноармированные гусеницы снижают уплотняющее воздействие на грунт на 15-30%, вибронагруженность и шум в 6-8 раз, обеспечивается снижение массы гусениц на 20-50 %, ресурс повышается в 3-5 раз. При их использовании сохраняется покрытие дорог, значительно уменьшается травмирование чувствительных почв в северных районах.
В конце 60-х годов проводилась работа по создания облегченного варианта миномета М-82. Если опорная плита прошла все испытания, и имела при этом массу всего 11 кг, то обеспечить, необходимую стойкость ствола не удалось, его ресурс составил всего 90 выстрелов.
В это же время начались работы по созданию пусковых направляющих труб для РСЗО. Проводились работы по подбору армирующих материалов и связующих, отрабатывалась конструкция и технология производства направляющих, исследовались различные варианты закрутки снаряда при выстреле, требования к рабочей поверхности и другие параметры. В то время эти работы к реальным результатам не привели, однако был создан необходимый научно-технический задел.
В середине 90-х годов был определен облик РСЗО нового поколения. Важнейшим решением был отказ от многоразовости и переход на систему сменяемых, снаряженных вне пусковой установки «пакетов». Применение композитов обеспечило на 30% меньший вес, отсутствие коррозии, снижение трудоемкости. Отпала необходимость в специальной таре, для хранения реактивных снарядов. Для системы РСЗО «Ураган-1М» предусмотрено три варианта ТПК: 330 мм – для РС «Смерч», 220 мм – для РС «Ураган» и 220 мм – для РС «Ураган-1М». Для закрутки снаряда при старте использованы штифты.
В 1970 г по ТЗ КБСМ начались работы по созданию корпуса контейнера ПКР «Гранит» для установки на атомных крейсерах в индивидуальных надпалубных пусковых установках. Контейнер имел диаметр 1,3 м и состоял из двух состыкованных штифтово-шпилечным соединением частей. В конце 1971 г были произведены первые пуски, а в 1973 г началось их серийное производство. В конце 90-х годов, так же по техническому заданию данной организации, начались работы по созданию ТПК для новой корабельной ракетной установки. Этот контейнер отличается повышенными характеристиками по тепловому воздействию, герметичности и ограничением по электрическому сопротивлению внутренней поверхности. При производстве, в качестве ТЗП и антистатического покрытия, была использована специальная полимерная ткань, Для повышения герметичности в стенку корпуса при намотке была введена полимерная пленка. В результате был получен очень технологичный контейнер с точно ориентированными вдоль образующей направляющими, на внутренней поверхности.
Для лазерных и энергетических установок («Омега» и т.п.) разрабатывались кюветы разрядных камер и другие элементы конструкций мощных газовых лазеров, корпуса и элементы конструкций МГД генераторов, диэлектрические элементы импульсного электроэнергетического оборудования.
Одним из направлений деятельности предприятия является создание средств защиты. Всего изготавливается более 30 наименований продукции этого типа (локализаторы взрывных устройств, автомобильная броня, бронированные папки, кейсы, зонты и т.п.).
В 1996-2001 по заданию ГРАУ был разработан комплект средств защиты экипажей боевых машин. Огнестойкий комбинезон защищает 80% поверхности тела от открытого пламени, с температурой до 1100 градусов в течении 15 секунд, а противоосколочная каска и бронежилет, защищают жизненно важные органы члена экипажа, от осколков массой 1-2 гр. летящих со скоростью до 550 м/с. Общий вес комплекта – 6 кг. Защитный комплект 6Б15 по данным военно-медицинской службы сокращает уровень боевых потерь в 2,5 раза.
Разработан общевойсковой защитный шлем, который при весе 1,3 кг обеспечивает защиту от осколков, летящих со скоростью до 580 м/с и многих видов стрелкового оружия. Композитный шлем для подразделения «Альфа» весит 2,9 кг, ранее использовавшийся шлем имел вес 4,3 кг.
В начале 2000 годов начал появляться платежеспособный спрос на высокотехнологичную продукцию и у предприятий гражданских отраслей.
Началась совместная работа с ГКНПЦ им. М.В. Хруничева по повышению энергомассовых характеристик РН «Протон» (первый старт в 1965 г., а изготовление в «современном» виде в 1967). Для снижения массы были использованы сетчатые конструкции. Первым (2004 г.) был заменен адаптер (элемент соединения ракеты носителя и КА). При размерах: Ф нижнего основания -2500 мм, Ф верхнего основания- 1300 мм и высоте 900 мм, его масса была на 60% меньше заменяемого алюминиевого, а стоимость меньше на 30%. Адаптер разрушился при изгибающей нагрузке, эквивалентной осевой сжимающей силе в 214 тон.
В дальнейшем на сетчатые конструкции были заменены верхний и нижний переходные отсеки второй ступени. Диаметр 4100 мм, длина – около 3000 мм. Разрушающая нагрузка верхнего отсека около 765 тон, уменьшение массы на 20%. Для нижнего переходного отсека эти цифры составляют 1224 тоны и 38% соответственно. Для ракеты были разработаны комбинированные баки для гелия и азота на рабочее давление 320 атм. Весом 12,5 кг. Ранее применявшиеся титановые баки имели массу 19 кг. При этом стоимость комбинированных баков была значительно ниже. Данные мероприятия позволили получить выигрыш в весе порядка 500 кг.
Все современные российские спутники имеют т.н. «центральную трубу» представляющую собой сетчатую конструкцию. Широко применяются разнообразные фермы, балки и другие подобные конструктивные элементы. Совместно с АО «ИСС» им. Академика М.Ф. Решетнева и ВМЗ был разработан сосуд для хранения криптона на давление 105 атм., объемом 350 литров. Данный баллон сохраняет работоспособность в космических условиях в течении 15 лет.
В период 2002-2003 гг. были изготовлены узлы и детали из композиционных материалов для комплектации 6 составов московской монорельсовой дороги. Были изготовлены кабины, включая пол и спойлер, крыши, крышки люков, двери, потолочные панели, системы вентиляции, межвагонная гармошка, всего более 15 наименований.
Для каскада Волжских ГЭС (28 станций) были разработаны и изготовлены углеэпоксидные подшипники лопаток турбин. Подшипники имеют следующие характеристики: Ф300-1600 мм, длина до 800 мм, максимальное давление 50 МПа, скорость скольжения до 0,1 м/с. Коэффициент трения по стали составляет без смазки 0,07-0,09, со смазкой водой 0,015-0,03. Срок службы 20 лет. Ранее применявшиеся бронзовые подшипники имели срок службы 2-4 года, а ежегодный сброс турбинного масла в Волгу составлял 60-80 тон.
Применение композитов в гражданских отраслях промышленности гарантирует не только технический, но и экономический эффект. Так изготовление решетки реверса двигателя ПД-14 из композиционного материала позволяет снизить его вес на 60 кг. Для двигателя это весьма значительная величина.
За годы своего существования АО «ЦНИИСМ» из маленького СКО Хотьковского завода «Электроизолит», насчитывающего в своем составе 23 человека, к 1990 г. превратилось в крупное научно-производственное предприятие с численностью работающих 3180 человек, площади производственных и бытовых помещений увеличились до 85,5 тысяч м2 . Институт пережил и «перестройку» и разгул экономических реформ, во многом сохранив свой научный и производственный потенциал.
Сегодня, как и прежде, АО «ЦНИИСМ» является одним из ведущих предприятий композиционной отрасли Российской Федерации
