"Как закалялся Клан"

Несмотря на неясные перспективы с исследованием космического корабля инопланетян мечта о Космосе не угасла, наоборот, активизировались "ракетчики". Или как они себя иронично звали - "Кружок юных ГИРД-овцев", хотя многие из "ракетчиков" уже были вполне взрослыми. И начали они само собой - с изучения истории, это когда стало понятно, что с наскока старые советские зенитные ракеты запустить нельзя. Тщательно изучалась история советской космической программы и история американской NASA тоже, для избежания уже сделанных ошибок. Первой начала строиться стендовая испытательная база - для тщательной наземной отработки всех систем ракет. Стенды для "прожига" двигателей, как жидкостных, так и твердотопливных. Вибростенды, климатические камеры, барокамеры и вакуумные камеры, даже аэродинамическая труба. Русский Клан уже обладал достаточно серьезными ресурсами и после общего голосования проект получил "зеленый свет", так что с материалами, рабочей силой и изготовлением нужного оборудования особых проблем небыло. Кроме тщательной наземной отработки будущего "изделия" вторым слагаемым успеха была признана качественная электронная начинка. Именно из-за не очень надежной электронной начинки множество космических аппаратов было потеряно в ходе миссий к Марсу и Венере. Особенно обидным было фиаско с уже Российским "Фобос-Грунтом" потерянным из-за отказа не очень грамотно спроектированной и построенной на "бытовых" компонентах управляющей электроники. Так что разработке надежных систем управления ракетами, а в будущем и космическими аппаратами было уделено большое внимание. Лаборатория радиоэлектроники и так была в приоритете, теперь же это стало еще актуальней. Некоторых успехов они уже достигли - например полностью изучив топологию и схемотехнические решения микросхем серии К155/555/NS74, смогли изучить и топологию и схемотехнические решения 8-битного микропроцессора Zilog Z80, ППЗУ с УФ-стиранием 27Сххх, SRAM и DRAM оперативной памяти. С пониманием, что и как работает "внутри микросхемы", была написана собственная САПР для создания Verilog-моделей, симуляции их работы и формирования готовых топологий слоев полупроводниковых интегральных схем с необходимыми переходами между ними. Но мало было скопировать топологию надежных ИС-БИС-СБИС "бытового" назначения, необходимо было их модифицировать в радиационно-стойкие варианты. Некоторая информация как это можно сделать у Клана была изначально, еще с Земли, но необходимо было ее перевести в схемотехнические решения и испытать их. Начиная с самого простого - с формирования полупроводниковых структур "КНС" - "Кремний на Сапфире". При использовании для создания микросхемы на кремниевой подложке заряженная частица попавшая в элемент схемы могла создать в ней не просто единичный сбой, а постоянный проводящий канал и вызвать необратимое "тиристорное защелкивание". Использование сапфировой подложки которая была стойким диэлектриком решало эту проблему. А для борьбы со сбоями использовались уже схемотехнические решения. Из-за чего выполненная по радиационно-стойкой технологии микросхема имела размер схемы на кристалле на треть больший чем обычная. Микроэлектронное производство, даже лабораторного уровня, было очень сложным делом. Получение очищенного кремния "металлургического" качества со степенью очистки 98-99%, потом получение "солнечного" кремния со степенью очистки 99.99%. Что кстати позволило наладить выпуск солнечных батарей собственного производства. Конечно пока КПД "своих" солнечных панелей не дотягивал до 15-17% как у тех что попали на Лимбо с Земли, но технология производства постепенно совершенствовалась. Наладив производство "солнечного" кремния смогли наладить и выпуск "электронного кремния" чистотой 99.999% (5N) для простых ИС. Но для освоения "тонких" техпроцессов в будущем необходимо было достичь чистоты кремния в 99.9999999% (т.н. «девять девяток» 9N). Отдельной сложной темой было выращивание из очищенного кремния монокристаллов необходимого размера с дополнительной очисткой их от примесей методом "зонной плавки", когда зона расплавления двигалась вдоль тела монокристалла кремния и "тянула" за собой примеси к его концу. Многократно прогоняя кристалл кремния через установку зонной плавки получилось достигнуть необходимой чистоты для микроэлектронного производства. Отдельной темой была технология распиловки кристалла на заготовки, их механическая и химическая полировка до высокой чистоты поверхности, при этом без внесения в нее примесей. Так же потребовалось решить вопросы с получением химических реагентов высокой степени чистоты для процессов фотолитографического формирования элементов схемы на кристалле полупроводника - получения фоторезиста, химикатов для травления, металлов для формирования токопроводящих слоев, других веществ для осаждения примесей формирующих разные полупроводниковые структуры, реагентов для формирования слоев оксида, чистого кремния, получения дейтерия для отжига пластин в процессе обработки. Это не говоря о постройке самого "оптического степпера" для проекции изображений с фотошаблонов на кристалл. От варианта использовать "металлические маски" прижимаемые к кристаллу отказались еще на стадии испытаний технологий производства ИС и первых БИС, поняв насколько быстро такие "маски" выходят из строя и загрязняют образцы своим материалом катастрофический снижая "выход годных". Благодаря "послезнанию" начиная от большого количества советской научной литературы кончая статьями из Интернета и роликами с Ютуба о микроэлектронных производствах удалось сэкономить десятилетия исследований избежав множества тупиковых путей. Но все равно пришлось создавать множество новых отраслей опытных производств. И одним из таких послезнаний была информация о "контейнерном мини-ФАБ-е профессора Берга". Суть идеи была в использовании множества соединенных между собой шлюзами металлических герметичных контейнеров со смонтированными внутри системами и устройствами микроэлектронного производства. Полная автоматизация, простота поддержания высокой чистоты, высокая скорость "откачки" небольших герметичных объемов позволяли осуществлять весь цикл производства структуры микросхем на полупроводниковой пластине в течении дней или недель вместо полугода на "большом ФАБ-е". Пока микроэлектронщики работали над системами управления - химики наладили выпуск топлива и окислителя для ЖРД зенитных ракет В-750. Часть ракет полностью разобрали и четыре двигателя прожгли на стендах снимая параметры их работы и изучая то как они разрушаются в процессе работы. Еще четыре двигателя полностью разобрали составляя подобные чертежи и изучая конструкторские решения. Профили сопла, конструкцию и профили камеры сгорания, конструкцию форсунок, устройство турбонасосов и так далее. Конечно было множество споров как и какие делать свои ракетные двигатели, но в конце концов было выбрано три направления. Разработка ТТРД - твердотопливных реактивных двигателей. Конечно они скорее военного применения, чем гражданского, но твердотопливные ускорители вещь полезная. Как и возможность "оживить" зенитные ракеты от С-125 или даже сделать свои, лучше. Причем, по большому счету все для этого было - синтетические каучуки которые были типичным связующим для ТТРД производили, перхлораты - окислители вполне можно было синтезировать, вот насчет массового производства алюминиевой пудры пока еще были вопросы. Второй веткой была разработка жидкостных реактивных двигателей на высококипящих компонентах топлива - окислителя, сиречь на "вонючке" АТ-НДМГ. Азотный тетраоксид и несиметричный диметил-гидразин были конечно опасной отравой и самовоспламенялись при контакте, но маневровые двигатели и разгонные для спутников, межпланетных станций и тому подобного на чем-то делать надо было. И лучше вариантов для них чем АТ-НДМГ не просматривалось. "Вояджеры" улетели за границы Солнечной Системы Земли как раз на "вонючке". Потому что криогенный окислитель - жидкий кислород и топливо хранить в космосе было намного сложнее. Третьей веткой двигателей для более-менее серьезных ракет - носителей было решено разрабатывать ЖРД на топливной паре метан-кислород. Конечно оба компонента топлива-окислителя были криогенными, конечно придется долго возиться подбирая режимы работы двигателя, чтобы избегать выпадения углеродной сажи внутри камеры сгорания и сопла с нехорошими последствиями, но зато метан можно будет использовать напрямую не перегоняя его в синтетический керосин тратя на это время и ресурсы. И пока потихоньку шли опыты по созданию своих двигателей постепенно были перебраны и приведены в рабочее состояние оставшиеся ракеты В-750 переделанные в геодезические. После чего их запускали стараясь добиваться достижения максимально возможной высоты варьируя режимы полета. В режиме вертикального запуска ракеты "в зенит" удалось добиться достижения высоты в 20-22 километра с легкой нагрузкой на электронике из компонентов с Земли. Зато при пуске по наклонной траектории, когда использовалась подъемная сила рулей и корпуса самой ракеты - удалось достичь максимальной высоты в 35 километров. Сказалась меньшая сила тяжести и плотность атмосферы чем на Земле. Отработавшие свое ракеты опускались на парашютах, но спасали в основном только их "полезную нагрузку", сами старые ракеты после своего полета шли в утилизацию. Пару штук оставили для музея, как и пару пакет от С-125, но все остальные постепенно были переработаны на ценное вторсырье и годные для дальнейшего использования запчасти. Конструкция зенитных ракет никогда не предполагала многоразовость, несмотря на всю надежность использованных компонентов. И пытаться использовать одноразовую В-750 повторно после первого запуска было идеей сродни попытке использовать б/у презерватив. Нервов уйдет много, а удовольствия в результате - ноль. К тому времени когда кончились последние В-750 двигателестроители уже добились некоторых успехов. Была отработана технология получения смесевого твердого топлива, хотя все еще оставались вопросы с массовым получением алюминиевой пудры. Но тем не менее отработать технологию производства шашек твердого топлива достаточно крупных размеров смогли, конечно не обошлось без взрывов на испытательных стендах, но десяток ракет созданных по мотивам ЗУР от С-125 успешно запустили. Намного проще, быстрее и в некоторой степени легче шел проект двигателей на высококипящих компонентах. Конечно топливо-окислитель для них были ядовиты и коррозионно активны, но зато они самовопламенялись в камере сгорания. Да и изначлаьно под них делали двигатели небольшой относительно мощности - маневровые и разгонно-тормозные. Граммы, килограммы, десятки и сотни килограмм тяги. Вполне достаточно для спутников и автоматических межпланетных станций. Попутно как-то сами собой "родились" электрореактивные двигатели. Повторить конструкцию ранних советских ионных двигателей коррекции с испаряемым нагревом твредым рабочим телом оказалось проще всего. Потом уже с полученным опытом и с оглядкой на изучаемые ионные двигатели корабля чужаков стали строить свои на газовом рабочем теле. Испытали "классическую конструкцию" в виде увеличенной и усиленной "монно-лучевой пушки" похожй на электронно-лучевую из кинескопа старого лампового телевизора. Принцип электростатической фокусировки и разгона был тот-же, но вместо потока электронов использовался поток ионов большой плотноссти, да ступеней ускорения было намного больше. Конструкция получилась интересная, но очень уж громоздкая... Плазменно-электрореактивный двигатель инопланетян тоже в общих чертах повторить получилось, но из-за несовершенства используемых технологий он оказался раз в десять больше размерами при меньшей тяге и скорости истечения. Все-таки на фактический кустарных технологиях 50-60х повторить конструкцию на сотни лет опередающую было трудно. Но даже в таком виде и с такими характеристиками "копия VASIMR" уже была годной для установки на автоматические межпланетные станции. Конечно для реального использования конструкция требовала доработки в плане компактности, повышения культуры веса и надежности, но она уже работала! А вот у "метанщиков" дело шло тяжело. Маленький демонстрационный образец жидкостного реактивного двигателя на метане и кислороде с вытеснительной подачей они построили достаточно быстро. И он даже не взорвался израсходовав все рабочее тело с окислителем из баков-термосов. Но вот дальше двигаться пришлось тяжело и не быстро. Фактический пришлось повторять путь развития ЖРД в СССР совершенствуя конструкцию, технологии, материалы шаг за шагом. Трудностей было очень много, двигатель то в итоге должен был быть мощным, для космической ракеты-носителя, двигатель для новой геофизической ракеты был просто одной из планируемых ступеней. Основных проблем было несколько. Баки-термосы криогенных компонентов на земле для хранения топлива-окислителя перед заправкой. Баки на самой ракете, которые бы не становлись хрупкими при охлаждении выдерживая все нагрузки и вибрации при запуске. Второй и самой серьезной проблемой были турбонасосы подачи топлива с окислителем. Самые отвественные и склонные к авариям элементы жидкостного ракетного двигателя. Третьей проблемой была конструкция самой охлаждаемой топливом камеры и самой ее важной части - форсунок. Историю как американцы мучались с низкочастотными пульсациями приводящими к взрыву двигателя на двигателе F-1 ракеты Сатурн-5 разработчики знали и опыт их учитывали. Прожиг на стендах, подбор конструкции форсунок, подрыв микрозарядов взрывчатки в камере сгорания для имитации пульсаций... Последней и самой долго решаемой проблемой достаточно ожидаемо оказалось выпадение в двигателе углеродной сажи. Но постепенно справились и с этим, после чего наконец запустили новую, уже полностью свою геодезическую ракету. С новой геофизической ракетой не стали мудрить, просто построив свою "по мотивам" советской Р-5. Тоже жидкостную одноступенчатую стартовой массой в 30 тон, тягой двигателя в 50 тон и на метан-кислороде. Ракету назвали так-же как и прототип - Р-5, а двигатель - РД-50, по его тяге. Опыт уже был и ракета полетела практический с первого раза благодаря очень тщательной наземной отработке на стендах и проведенным перед реальным пуском многочисленным бросковым испытаним частично-фунциональных макетов. Было решено, что дешевле и проще все испытать, чем расхлебывать последствия взрыва на пусковой или падения ракеты на важный объект инфраструктуры. Конечно во время первых пусков вылезали всевозможные проблемы наборту геофизических которые вылавливали по анализу телеметрии, но в полете взорвалась только самая первая. Пока доводили до ума Р-5 народ задумался не только о микро-спутнике "кубсате" который ей в принципе уже было можно запустить, но и о ракете способной вывести серьезную полезную нагрузку на устойчивую орбиту. Да-да, долговременный тяжелый многофункциональный спутник или даже корабль с космонавтом... Желающие уже были. А вот с тем какую именно ракету делать возникла долгая и местами вестма жаркая дискуссия. Часть специалистов предлагала делать ракету "по мотивам" Р-7 и "Союза". Благо сделать аналог советского РД-107 из своего двигателя РД-50 было куда легче. Все-таки 2 "горшка" чтобы получить 100 тон тяги это не 4 "горшка" ради 85 тон у земли. Все будет намного проще и надежней. Эволюционный прогресс с достаточно небольшими измененями. А вот другая часть специалистов топила за разработку большого и мощного однокамерного двигателя хотя-бы на 150 тонн тяги из которого потом можно легко сделать "спарку" на 300 и "счетверенку" на 600 тон тяги. Конечно это будет дольше, но зато ракета-носитель будет сразу большой, мощной и позволяющей запускать серьезные полезные нагрузки вроде космической станции, больших спутников и АМС. Ведь Р-7 в СССР была по своему компромиссной ракетой, которую делали изначально как военную в спешке "из того что было" ради возможности обезопасить себя от ядерного нападения со стороы САСШ. Здесь же их никто бомбить не собирается и спешить с ракетой чтобы выйти на орбиту "хоть тушкой, хоть чучелком, но в космос!" - не надо. Р-5 хватит для запуска тестовых "кубсатов", заодно и электронщики активней будут шевелиться в сторону надежности и миниатюризации, а там уже когда будет готов нормальный двигатель и нормальный носитель - сразу построят серьезную космическую станцию. И уже с опорой на нее можно "далее везде". И тяжелые АМС запускать, и на спутник планеты думать как высадиться.... Да и производства на орбите тех-же полупроводниковых кристаллов сверхвысокой частоты - дело очень полезное. Аргументы обоих сторон были весомыми, обсуждение в узком, а после и широком кругу было долгим. В конце концов вопрос был вынесен на всеобщее обсуждение сообщества и по итогам общего голосования было решено не торопиться. Пусть двигателисты делают мощный двигатель, под него проектруют мощную ракету, под ракету - космический корабль и нормальные модули орбитальной станции. А пока использовать Р-5 по полной, как для геофизичесикх исследований, так и для запуска "кубсатов". Там со временем заодно и ресурсно-промышленная база разовьется достаточно, все-таки даже сейчас постройка и запуск ракеты уровня Р-7 были достаточно "разорительным" по ресурсам делом. Не говоря уже о чем-то большем.