Работы, выполненные я.и. Колтуновым по ракетно-космической науке, технике и космонавтике (по опубликованным материалам)

Работы, выполненные я.и. Колтуновым по ракетно-космической науке, технике и космонавтике (по опубликованным материалам).

В головных организациях Министерства обороны (НИИ-4 Академии Артиллерийских наук, НИИ-4 Министерства Обороны, ЦНИКС-50 МО) Ян Иванович Колтунов плодотворно работал до 1983г. старшим инженером и старшим научным сотрудником, был членом и руководителем крупных разделов тематики легендарной Группы М.К. Тихонравова, проведшей первые исследования по обоснованию межконтинентальных ракет и искусственных спутников Земли, руководителем и ответственным исполнителем крупных основных разделов комплексной научно-исследовательской тематики, инициатором и автором ряда комплексных предложений по развитию, обоснованию и перспективам создания и отработки ракетных и стартовых комплексов, наземного оборудования, систем и программ комплексных наземных стартовых измерений, проведению специальных исследований на огневых испытательных стендах, в аэродинамических трубах с открытой рабочей частью и при пусках ракет-носителей и антиракет, по газодинамике и динамике старта ракет-носителей, анализу полученных результатов, разработке рекомендаций и использованию изобретений, по критериальной оценке и сравнению отечественных и зарубежных ракетных комплексов, по способам выведения и управления движением космических аппаратов, по конструкциям искусственных спутников Земли и орбитальных станций, ракетных двигателей и ракет, элементов наземного оборудования, прогнозированию перспектив развития ракетно-космической техники, лунных аппаратов, систем спасения личного состава с ферм и башен обслуживания, разработке тактико-технических требований и др.

К числу важнейших его разработок для ракетно-космической отрасли, ракетно-космической науки, техники и космонавтики относятся ниже перечисленные:

- Его впервые в Мире проведенные теоретические исследования, разработанная методология, проведенные им расчеты и разработанные рекомендации по динамике старта и управляемого (с переменными коэффициентами и характеристиками системы управления и автомата стабилизации) движения пакетов ракет и ракет-носителей других типов и их конструкций, как сложных систем переменной массы и момента инерции, переменных физических и механических связей с элементами пусковых установок, элементами наземного оборудования и стартовых сооружений на стартовом участке траектории полёта (1948-1967гг.). Они подтвердили возможность надёжного и безопасного старта принципиально нового типа ракет-носителей – ракет типа «пакет» и имели решающее значение для принятия и создания ракетных, стартовых комплексов и наземного стартового оборудования с пакетами ракет, позволившими опередить достижения ракетно-космической отрасли в других странах, положить основу создания ракетно-космического щита СССР, осуществить создание искусственных спутников Земли, космических аппаратов и кораблей, ракетно-космических оборонных средств, первый и последующие полёты человека на ракетах, создание, обслуживание и обеспечение до сих пор отечественных и международных орбитальных станций, создание многоразовых ракет-носителей, полёты к планетам и др. По пакетной схеме созданы ракеты-носители типа Р-7, Р-7а, «Протон», «Энергия», «Ангара», а вслед за отечественными также ряд зарубежных ракетных комплексов космического назначения.

- Разработанные Я.И. Колтуновым, одобренные и подписанные М.К. Тихонравовым, отправленные С.П. Королёву в 1953г. и реализованные в дальнейшем Предложения «О возможности и необходимости создания Искусственного Спутника Земли» (1952 – 1953гг.), основывались на использовании разработанных Я.И. Колтуновым в 1944 – 1948гг. Программы - минимум и Программы – максимум изучения и освоения космоса, доложенных им впервые в своём докладе «К.Э. Циолковский и будущее» в Московском Планетарии на торжественном заседании энтузиастов ракетных и космических полётов 22.09.1945г., посвящённом десятилетию после кончины К.Э. Циолковского, в Предложениях 1952-1953гг. по созданию: простейшего автоматического ИСЗ для изучения движения его в атмосфере Земли; создание автоматических более сложных и тяжёлых ИСЗ с аппаратурой для изучения верхних слоёв атмосферы и околоземной космической среды, выявления условий, необходимых режимов и обеспечения нормальной работы аппаратуры и конструкций, существования растительных и животных организмов и их жизни на ИСЗ в периоды старта, выведения ракеты-носителя на орбиту и посадки ИСЗ на Землю; создание пилотируемого человеком – космонавтом ИСЗ, рассчитанного на полёт и работу на орбите одного космонавта; затем – создание ИСЗ для полёта и работы 2-3-х космонавтов; затем – создание автоматических и обитаемых крупных орбитальных станций. В качестве начального подварианта им предлагалась в Программе также возможность создания автоматического и пилотируемого ракетного аппарата для кратковременного выхода в космическое пространство, баллистического полёта и посадки на Землю (этот путь был позже реализован в США в состоявшихся после полёта Ю.А. Гагарина кратковременных суборбитальных полётах Алана Шепарда и Вирджила Гриссома; прорабатывается также ныне для туристских вояжей в космос ).

- Разработаны программы - минимум и программы - максимум разработок ракетно-космической отрасли 1943-1945гг., программ создания ракетных и стартовых комплексов, создания искусственных спутников Земли, долговременных программ изучения и освоения космоса, использования достижений ракетно-космической техники оборонного назначения в мирных целях, при конверсии и доработках ракетных и стартовых комплексов, пусковых установок и других элементов наземного оборудования для обеспечения пусков в интересах Академии наук и народного хозяйства.

При этом в Предложениях Я.И. Колтунова предлагалась целесообразная и возможная необходимая кооперация организаций (НИИ, КБ, Академии наук СССР, полигонов и др.) для реализации предложенной Программы и этапности создания ИСЗ.

- Разработанные им и высланные в 1956-1957гг. командованием НИИ-4 МО в Центральные организации (ГУРВО, ВПК, ОКБ-1, НИИ-88 – ЦНИИМАШ комплексные Предложения Я.И. Колтунова «О создании, программе, составе, структуре, тематике, штатах, обеспечении, финансировании научно-исследовательского института ракетного транспорта и освоения космоса», содержали обоснованные расчёты, программу, последовательность формирования и реализацию Предложений с созданием как Специального НИИ, КБ и Экспериментального завода с учётом программ, задач и сроков Первого Геофизического Года, так и варианта кооперации для этой цели уже созданных организаций РКНТК и их укрепления и развития с обоснованным прогнозированием сроков осуществления первых ИСЗ, искусственных спутников Луны, первых пилотируемых полётов, первых посадок на Луну и другие планеты Солнечной Системы и др. (1953-1957гг.). Это прогнозирование в большой степени подтвердилось последующими работами в области РКНТК.

- Разработанные им комплексные Предложения «О развитии мирных направлений ракетной техники» (1954-1957гг.) содержащие программы и пути дальнейшего развития и мирного использования ракетной техники и космонавтики, были направлены в центральные органы (ГУРВО, ВПК, ЦК КПСС, ОКБ-1, ЦНИИМАШ и др.) и нашли реализацию при осуществлении величайших задач и мечты человечества по выходу в Большой космос и по созданию ракетно-космических средств СССР, России мирного назначения. Предложения включали также оценку и рекомендации о возможностях использования снимаемых с дежурства ракет-носителей и стартовых комплексов оборонного назначения, ракетного щита СССР, России, существующих организаций, НИИ и КБ промышленности в целях последующей конверсии в интересах запусков космических аппаратов, исследования космического пространства, создания и использования ракетных и космических средств различного военного назначения для их мирного применения, повышения экономической эффективности и научно-хозяйственной значимости всей ракетно-космической отрасли.

Эти Предложения инженера Я.И. Колтунова, как и его Предложения «О создании, программе, составе, структуре, тематике, штатах, обеспечении, финансировании научно-исследовательского института ракетного транспорта и освоения космоса», были доложены М.К. Тихонравовым и рассмотрены на специальном заседании Президиума Учёного Совета ЦНИИМАШ в феврале 1957 года и в основном одобрены Решением Президиума. В соответствии с Решением Президиума Учёного Совета ЦНИИМАШ по этим Предложениям в ОКБ-1 были созданы специальные отделы и подразделения по дальнейшему развёртыванию - работ в области мирных направлений ракетной техники с более широким осуществлением программ использования ракет в интересах Академии наук СССР, Главного Управления Гидрометеослужбы (ГУГМС), других Министерств и ведомств.

- Проведены (в 1948-1949гг.) специальные теоретические и экспериментальные на моделях исследования, измерения и испытания по определению тепловых потерь из не теплоизолированных баков различных конструкций (отношение длины бака к его диаметру, форма днищ, толщина стенки, используемый материал конструкции) из алюминиевых сплавов, заправленных жидким кислородом, в условиях естественного воздействия солнечного излучения и других физических факторов (ветер, дождь, снег и т.д.). Эти испытания показали возможность и условия применения не теплоизолированных баков вместо дорогостоящих и более сложных конструкций теплоизолированных баков, применявшихся ранее на немецких и некоторых отечественных ракетах, необходимость полномасштабных испытаний.

- Проведены специальные исследования работы системы управления ракетами в процессе старта и возмущённого движения пакетов ракет на начальном участке траектории с возможными в эксплуатации переменными внешними нагрузками, рассогласованиями тяг и циклограмм выхода ракетных двигателей пакета на режим номинальной тяги, изменяемыми параметрами регулирования при различных начальных возмущениях и показана возможность выбирания значительных начальных отклонений положения ракеты перед стартом от расчётного (1948-1960гг.). В результате этих работ была показана возможность и целесообразность обеспечения надёжного и безопасного старта со значительными начальными рассогласованиями, (по азимуту, тангажу и рысканию), выбирания предстартовых отклонений от расчётных в период полёта ракеты на стартовом - начальном участке траектории. Это требовало разработки специальных приборов системы управления и автомата стабилизации, но позволяло за счёт изменения способа прицеливания сухой и заправленной ракеты для выполнения поставленной задачи существеннейшим образом упростить и удешевить стартовую систему, устранить тяжёлый поворотный круг, защитный поворотный стакан с направляющими и поворотную систему заправочных коммуникаций и другие конструкции наземного оборудования для наземных и шахтных пусковых установок, существенно сократить продолжительность подготовки ракеты к пуску. В последующем эти его предложения были реализованы для всех разрабатываемых стратегических ракет и ракет-носителей космических аппаратов. Эти разработки предназначались также для случая пуска ракеты из контейнеров с запуском ракетных двигателей после выхода из контейнера со значительными начальными возмущениями.

- Проведен комплекс расчетов и построены оптимальные баллистические характеристики высотных ракет с постоянным расходом топлива до высот 250, 500, 750 и 1000км. над уровнем моря, определены необходимые относительные запасы топлива по отношению к стартовому весу при различных значениях баллистического коэффициента (1945-1947гг.).

- На основе методик этих расчётов им были рассчитаны и построены баллистические характеристики ракет на жидком, твёрдом и комбинированном топливе системы вооружения полевой реактивной артиллерии с дальностью стрельбы до 150км. с использованием для расчётов зависимостей Н(y) стандартной атмосферы и функции скорости F(v) по таблицам АНИИ. Проведены систематические расчёты и построены баллистические характеристики неуправляемых зенитных ракетных снарядов на жидком, твёрдом и комбинированном топливе (НЖРС, НТРС, НКРС) до высот 50км. (1948-1949гг.). Эта работа была необходима для обеспечения противостояния агрессивным планам США в период холодной войны, когда СССР был окружён системой авиационных баз и были составлены перечни основных городов СССР для атомных бомбардировок, когда в СССР отсутствовали средства зенитной артиллерии и истребители с достаточной досягаемостью по высоте. В этих работах рассматривались ракеты на жидком топливе, ракеты на твёрдом топливе и ракеты с использованием дополнительного порохового заряда, расположенного в камере сгорания, который при запуске позволял получить значительную по величине начальную скорость после схода ракеты с направляющих и получить за счет этого большую дальность или высоту полёта. Эти ракеты были рассчитаны на проведение залпового огня, что компенсировало отсутствие в тот период необходимых для одиночной стрельбы систем управления НЖРС, НТРС, НКРС (1948-1949гг.).

- Рассмотрены возможности использования инжекторов высокого давления (напора) для обеспечения подачи компонентов топлива в камеру сгорания, изучены с этой целью возможности проведения экспериментов с инжекторами паровозных котлов (обеспечение подачи с помощью мятого пара с давлением 2-3 ати в котёл с давлением 18-20 и более ати с использованием материалов, действующих конструкций и экспериментальных установок института железнодорожного транспорта; им изучались также возможности и опыт использования инжекторов мятого пара в технологиях химической промышленности с давлением подачи до 3000 ати. и др. Эта его разработка представляет интерес для создания перспективных ракетных двигателей с высоким до нескольких сот и тысяч ати давлением в камере сгорания, что позволило бы существенно уменьшить размеры и массу ракетного двигателя. В этой работе он неоднократно советовался с академиком Б.С. Стечкиным и профессором В.И. Белоконем. М.К. Тихонравов, Б.С. Стечкин и А.П. Ваничев также поддерживали идею использования инжекторов для подачи жидкого переохлаждённого кислорода и других компонентов топлива в камеру сгорания, однако проведение экспериментов в НИИ-4 в 1948-1949гг. оказалось невозможным из-за отсутствия средств и проблематики обеспечения смешения компонентов топлива в камере сгорания с помощью специальных форсуночных устройств.

- По инициативе и под руководством (руководитель и ответственный исполнитель) Я.И. Колтунова были проведены комплексные научно-исследовательские работы по динамике и газодинамике старта, обоснованию ракетных и стартовых комплексов, обоснованию тактико-технических требований к созданию ракетно-космической техники (с 1949г.). Он был участником боевых расчетов и руководителем ответственных разделов работ по лётным испытаниям и отработке ракет-носителей 17 типов и стартовых комплексов для них при 150 пусках ракет-носителей со многих стартовых площадок 3-х ракетно-испытательных полигонов. По этим работам, представленным в научно-технических отчетах, выполненным им самим, под его научно-техническим руководством и в качестве ответственного исполнителя с участием многих научно-исследовательских, проектно-конструкторских и испытательных организаций и полигонов промышленности и Министерства обороны были получены прекрасные отзывы руководителей головных организаций по ракетной технике и космонавтике и частным направлениям.

- Я.И. Колтунов был в 1957г. участником боевых расчётов и членом рабочих Комиссий по динамике и газодинамике старта, выполнял ответственные работы при комплексном обосновании, расчётах, выборе и отработке оборудования, первых запусках, анализе результатов лётных испытаниях и отработке первой в мире межконтинентальной ракеты пакетной схемы Р-7, первых в мире стартовых комплексов, элементов наземного оборудования и стартовых сооружений для этих ракет-носителей, участником боевого расчёта при подготовке и пуске 12.04.1961г. первой пилотируемой ракеты-носителя с первым космонавтом Мира - Юрием Алексеевичем Гагариным.

- Я.И. Колтунов впервые в Мире в 1948-1953гг. провёл теоретические исследования, разработал методологию и выполнил расчёты по определению возможного воздействия на космонавта космических лучей, всего спектра тяжёлых и лёгких ядер, электронов, фотонов и других элементов солнечной и другой космической радиации, определил получаемые космонавтом дозы и показал их непревышение в обычных условиях длительного орбитального и окололунного полёта над величиной допустимой для человека дозы, а также оценил опасность для здоровья космонавта, летящего в космическом корабле и в открытом космосе от воздействия возможных периодически крупных вспышек на Солнце и идущих из галактического пространства, показал необходимость при вспышках предусматривать специальные защитные средства или возможность экстренной посадки космонавта на Землю. Эти работы Я.И. Колтунова были важным обоснованием возможности и условий обеспечения безопасных полётов космонавтов в космических кораблях и орбитальных станциях, принятия ответственных решений по конструкциям, материалам, схемам и условиям пилотируемых полётов человека, проведению специальных исследований космической радиации на метеорологических и геофизических ракетах, космических аппаратах, космических кораблях и орбитальных станциях.

Я.И. Колтунов был участником проведения первого в Мире полёта на геофизической ракете на высоту около 100 км. и встречи после приземления первых собак (Цыган и Дэзик) в 1951 г. на Государственном Центральном полигоне (ГЦП).

Я.И. Колтунов впервые в 1953-1959гг. рассмотрел, в связи с разработками ракетной отрасли средств для обеспечения посадки на Луну и перемещения по поверхности Луны, теоретические обоснования толщины пылевого слоя на поверхности Луны для вариантов одновременного образования и формирования планеты Земля и её спутника – Луны (расчётная толщина пылевого слоя до сотен метров и более), так и в случае её захвата полем тяготения Земли после взрыва планеты Фаэтон (между Марсом и Юпитером) и образования пояса малых планет и астероидов; в этом случае ожидаемая толщина пылевого слоя составляет до нескольких сантиметров. Им разработаны предложения и проведены расчеты аппаратов для посадки на толстый пылевой слой и посадки на твёрдую поверхность Луны с пылевым слоем малой толщины, а также предложены конструкции аппаратов для перемещения по поверхности Луны в обоих вариантах. Им обоснована целесообразность принятия для разработок лунных аппаратов расчётных схем для условий посадки на твёрдую поверхность Луны. Эти соображения и расчёты были одобрены академиком Барабашевым Н.А. и переданы в виде статьи М.К. Тихонравову, что также было обоснованием для принятия решения о разработке посадки на Луну, как на твёрдую поверхность.

- Разработаны Я.И. Колтуновым конструкции ракетно-посадочно-взлётных транспортных аппаратов (РПВСА) для обеспечения посадки, перемещения по поверхности Луны и других космических тел с тонким слоем космической пыли, последующего ракетного старта и пристыковки к базовому космическому кораблю (защищена авторским свидетельством на изобретение, 1960-1967гг.).

- Я.И. Колтунов рассмотрел впервые с 1943г. возможность использования пондеромоторных сил и разработал ряд конструкций для получения энергии и управления движением космических аппаратов, движущихся в магнитном поле Земли (планеты), с их использованием в космонавтике.

- Я.И. Колтунов был ответственным исполнителем и техническим руководителем специальных комплексных исследований на ГЦП и в районе падения головных частей (Новая Казанка) ракет по применению штатных звукометрических станций СЧЗМ-36 и СЧЗ-6 и радиотехнической аппаратуры РАФ для обеспечения засечки мест падения и оценки точности аппаратурного определения места специально проводимых взрывов авиабомб 1 т. и 3 т. и ракеты Р-1 с остатками топлива на больших расстояниях от места взрыва – до 187км. Работы проводились с целью оценки возможности использования штатной звукометрической аппаратуры для оперативного определения мест встречи с поверхностью Земли в квадрате падения со стороной до 100 км и более (на первом этапе испытаний) и общего времени полёта межконтинентальных ракет и ракет дальнего действия. Работы проводились в сопоставлении с использованием сейсмометрических и оптических средств, показали возможность и надёжность применения батарей и аппаратуры звуковой разведки в равнинных условиях и большую эффективность и надёжность применения специальных оптических средств в условиях сильно пересечённой и гористой местности. Результаты этих исследований были использованы при разработке и выборе состава и размещения оборудования ракетных испытательных полигонов, при разработке и контроле выполнения соответствующих тактико-технических требований.

- Я.И. Колтунов был участником, руководителем и ответственным исполнителем, разработчиком программ, методик, оборудования впервые предложенных и проведенных им подготовленными коллективами испытателей комплексных наземных стартовых измерений при лётных испытаниях ракет-носителей Р-7, Р-12, Р-14, Р-16, Р-9 различных модификаций при пусках с наземных и шахтных стартовых комплексов, при первых запусках ракет-носителей «Протон» и антиракет В-1000, ракет серии «Космос» (1959 – 1967гг.) и др.

Проведенные им теоретические и экспериментальные исследования, расчёты, разработанные изобретения, их практическое осуществление, систематический анализ полученных результатов и разработанные на этой основе рекомендации позволили ускорить отработку и сдачу на вооружение ракетных комплексов с этими ракетами и многими другими.

- Я.И. Колтуновым выбраны на основе теоретических и экспериментальных разработок и огневых стендовых испытаний и испытаний при пусках ракет наиболее стойкие и технологически обоснованные защитные покрытия для пусковых установок и стартовых сооружений, подвергающихся действию газовых струй ракетных двигателей при старте ракет различного типа и назначения, разработаны соответствующие рекомендации, которые реализованы на создаваемых отечественных стартовых комплексах (1953-1967гг.).

- Я.И. Колтунов был инициатором, научным и техническим руководителем и ответственным исполнителем комплексных уникальных сравнительных испытаний при 70 пусках межконтинентальных и космических ракет-носителей Р-7 и Р-7а в 1959-1961гг. разработанного по его Предложениям с 1956-1957гг., устройству конструкции и оборудования экспериментального приближенного экрана с защитной облицовкой из 6-ти натурных чугунных плит размерами 1х1х0,2 м и 3-х плит (3х2х0,2 м) из рекомендованного им на основании стендовых испытаний при пусках экспериментальных и натурных ракетных двигателей жароупорного железобетона «Б» на жидком стекле с шамотным заполнителем и кремнефтористым натрием. Успешное проведение этих испытаний позволило обоснованно существенно сократить размеры газоотводных устройств всех последующих стартовых комплексов для ракет-носителей Р-7, Р-7а, получить при этом экономию средств в 136 млн. рублей. На основе этих и специальных комплексных исследований в аэродинамических трубах с открытой рабочей частью, на огневых испытательных стендах ракетных двигателей и лётных испытаний разработанных им конструкций газоотводных устройств, выбора материалов и конструкций защитной облицовки газоходов при пусках ракет различных типов и назначения, удалось обосновать и реализовать резкое (в десятки раз) сокращение размеров и стоимости газоотражателя и газоходов стартовых комплексов для ракеты-носителя «Протон» с суммарной тягой ракетных двигателей первой ступени в 900 т. при старте в сравнении с размерами и стоимостью газоходов для ракет Р-7, Р-7а с меньшей в 2,25 раза суммарной тягой у Земли около 400т (например, длины газохода с 300 м до 17 м, общей высоты – заглубления газоотводов – стартовой системы с 54 м. до 8 м.); Эти его исследования, эксперименты и расчёты позволили при создании стартовых комплексов для ряда стратегических ракет и ракет-носителей космических аппаратов получить значительную экономию средств, материалов, труда и времени создания важнейших оборонных объектов.

- Я.И. Колтунов был инициатором, руководителем и ответственным исполнителем проведенных впервые в Мире с 1949г. комплексных теоретических и экспериментальных работ, создания автоматизированных экспериментальных установок и их использования для исследований волновой структуры сверхзвуковых одиночных и составных (1, 2, 3, 4, 5, 6, 10, 20 – сопловых) холодных, а так же высоконагретых (до 3600 град. К) газовых струй (основа всей ракетно-космической техники и реактивного движения) по всей их длине в аэродинамических трубах с открытой рабочей частью, при стендовых испытаниях экспериментальных и натурных ракетных двигателей с тягой 2,5- 4,1 тонны в 1954-1956гг., а так же при пусках многих разработанных ракет-носителей (1950-1967гг.).