В середине 1950-х гг. стало очевидным постепенное отставание вооружений советских средств войсковой ПВО от достигнутых к тому времени возможностей средств воздушного нападения. Непрерывное совершенствование авиации, появление тактических баллистических ракет ставили все более высокие требования перед зенитными средствами сухопутных войск, требуя от них качественного скачка. Достичь его было можно лишь путем создания для войсковой ПВО зенитных ракетных комплексов (3РК), обладавших рядом специфических особенностей.
Эти 3РК должны были действовать как централизованно, так и автономно, осуществляя поиск и обнаружение целей РЛС дивизиона. Высокая вероятность того, что действия сухопутных войск с участием большого количества бронетехники будут динамичными и маневренными, требовала обеспечить их защиту с помощью ЗРК, имеющих время развертывания 5 — 10 минут. При этом сами войсковые ЗРК должны были обладать высокой мобильностью и проходимостью, оснащены аппаратурой навигации и топопривязки, укомплектованы средствами телекодовой радиосвязи для обмена между собой командной и технической информацией, автоматизацией всех боевых операций, иметь встроенные агрегаты питания. Требуемый уровень их надежности и боеготовности при эксплуатации в войсках должны были поддерживать высокоподвижные станции ремонта и контроля.
Впервые задача создания войскового ЗРК была сформирована в Постановлении Совета Министров СССР от 27 марта 1956 г., предусматривавшем разработку комплекса, способного поражать воздушные цели на дальности до 20 км, в диапазоне высот от 2 до 12 — 15 км и со скоростями до 600 м/с. Однако эта работа не вышла из стадии проекта Поэтому решение задач войсковой ПВО несколько ближайших лет должны были выполнять ЗРК С-75 и С-125.
В конце 1950-х гг. руководство СССР вплотную занялось проблемами, стоящими перед войсковыми средствами ПВО. В августе 1958 г. был образован самостоятельный род войск — ПВО Сухопутных войск. Незадолго до этого военно-промышленный комплекс (ВПК) приступил к первой полномасштабной работе по созданию войсковых ЗРК — комплексов «Круг» и «Куб», в тактико-технических требованиях к которым задавались вышеуказанные параметры по проходимости, времени приведения в боеготовность, устойчивости связи между средствами комплекса.
Руководство программой реализации первого войскового ЗРК 2К11 «Круг» было поручено 31-летнему главному конструктору московского НИИ-20 Вениамину Павловичу Ефремову.
Изначально «Круг» предназначался для поражения целей, летящих со скоростями до 600 м/с на высотах от 3 до 25 км, на дальности до 45 км. В его состав должны были войти станция обнаружения и целеуказания 1С12 (головной исполнитель — НИИ-208), станция наведения ракет 1С32 (НИИ-20). Неожиданную проблему вызвал выбор разработчика ракет. В принятом 13 февраля 1958 г. совместном Постановлении ЦК КПСС и Совета Министров СССР о разработке средств войскового ЗРК «Круг» не упоминались уже признанные к тому времени авторитеты в области создания зенитных ракет ОКБ-301 С.А.Лавочкина и ОКБ-2 П Д Грушина Разработка ракеты для «Круга» с самого начала приобрела конкурсный характер Одним из тех, кто получил предложение о ее разработке, стало двигателестроительное ОКБ-670 М.М Бондарюка Причина столь необычного выбора заключалась в том, что уже первые оценки показывали, что основу конструкции новой ракеты составит прямоточный двигатель. Но М.М.Бондарюк справедливо рассудил, что если с двигательной частью его КБ справится, то со всеми остальными элементами ракеты — разработкой планера и разнообразной аппаратурой — вряд ли.
Некоторое время над своим вариантом, ракетой С-134, работали в ЦНИИ-58, возглавляемом знаменитым артиллерийским конструктором В.Г.Грабиным. Однако летом 1959 г, после присоединения ЦНИИ-58 к ОКБ-1 Королева, эту тему закрыли, как не совпадающую с основным направлением работ предприятия.
В результате, «Круг» передали свердловскому артиллерийскому ОКБ-8, который круто повлиял на дальнейшую судьбу предприятия Его руководитель, Лев Вениаминович Люльев, отнесся к заданию на разработку новой ракеты с большим, хотя и не во всем оправданным оптимизмом. Как он говорил в дальнейшем. «В тот момент я плохо разбирался в ракетах и не представлял всех трудностей, с которыми нам придется встретиться при их отработке». Но как показало время, Люльеву удалось найти верные пути и подходы к выполнению этой работы, которая была начата с ускоренной подготовки специалистов. Чтобы не терять драгоценные месяцы на поиски молодых специалистов, заканчивавших профильные (в основном московские) институты, или на уговаривание руководства других КБ отпустить «лишних» специалистов-ракетчиков, Люльев, при поддержке руководства ВПК, договорился о направлении своих ведущих работников в ОКБ-2 П.Д.Грушина, для работы в качестве стажеров в проектных и конструкторских отделах. Приобретя таким образом столь необходимый первоначальный багаж знаний и опыта, свердловчане приступили к проектированию своей ракеты. А учениками они оказались более чем способными. Созданные ими ракета и пусковая установка отличались от аналогов новаторскими решениями.
Изначально ракета для «Круга» создавалась в двух вариантах, с различными системами наведения: ЗМ8 с радиокомандной, и ЗМ10 с комбинированной — радиокомандной на основном участке и самонаведением с помощью полуактивной радиолокационной головки — на конечном Но в дальнейшем остановились на варианте ЗМ8.
Зенитная управляемая ракета ЗМ8М ЗРК «Круг-М»:
1—центральное тело воздухозаборника; 2—гаргрот; 3—кольцевой топливный бак маршевого ПВРД; 4—противофлаттерный балансир, 5—консоль поворотного крыла, 6—камера сгорания твердотопливного стартового ускорителя; 7—консоль стабилизатора; 8—антенны канала радиоуправления, 9—эксплуатационная заглушка воздухозаборника; 10—отсек боевой части, 11 —электрожгут; 12—пиропатроны крепления эксплуатационной заглушки; 13—механизм расталкивания секторов эксплуатационной заглушки воздухозаборника; 14—стартовый бугель; 15—пробка зарядного штуцера пневмосистемы; 16—крышка заправочной горловины пускового топлива ПВРД, 17—крышка дренажной горловины топливного бака маршевого ПВРД; 18—камера сгорания маршевого ПВРД; 19—передний узел крепления ускорителя; 20—пробка штуцера подвода воздуха при наземных проверках ракеты; 21 —пробки зарядных штуцеров пневмосистемы топливных баков маршевого ПВРД; 22—упор крепления эксплуатационной заглушки маршевого ПВРД; 23—эксплуатационный люк приборного отсека; 24—задний узел крепления стартового ускорителя; 25 —сопло маршевого ПВРД, 26—заправочная горловина маршевого топлива; 27—эксплуатационная заглушка сопла маршевого ПВРД; 28—отрывной бортразъем; 29—рукоятка фиксатора консоли стабилизатора, 30—головной обтекатель стартового ускорителя; 31 —пиротехнический механизм отстрела стартового ускорителя; 32—крышка камеры сгорания ускорителя, 33—задний узел крепления ускорителя, 34—пиросвеча запуска стартового ускорителя; 35 и 37—аэродинамические поверхности увода ускорителя; 36—сопло твердотопливного стартового ускорителя
Ракета ЗМ8 была выполнена по аэродинамической Х-образной схеме с поворотными крыльями; а стабилизаторы — по схеме «+».
Конструкция ракеты была двухступенчатой — с твердотопливным ускорителем и маршевым ПВРД, работающем на керосине. Такая двигательная установка в несколько раз превосходила по энергетике другие типы ракетных двигателей. При высоких сверхзвуковых скоростях она была более экономична, чем турбореактивный двигатель, имела простую конструкцию и была относительно дешева. Однако за этими достоинствами скрывалось множество проблем, о путях решения которых многие ракетчики в то время имели лишь самые приблизительные суждения.
В окончательном варианте конструкции корпус маршевой ступени ракеты представлял собой сверхзвуковой прямоточный двигатель ЗЦ4 с заглубленным центральным телом, в котором располагались боевая часть массой 150 кг, радиовзрыватель и шар-баллон воздушного аккумулятора давления. Далее по тракту двигателя располагались спрямляющие решетки, блоки форсунок и стабилизаторы горения. Подача горючего обеспечивалась турбонасосным агрегатом, для работы которого использовалось монотопливо изопропилнитрат. В центральной части кольцевого корпуса двигателя располагались баки с керосином, рулевые машинки, узлы крепления крыльев, а в хвостовой части — блоки аппаратуры системы управления.
Старт и разгон ракеты до сверхзвуковой скорости обеспечивался четырьмя боковыми твердотопливными ускорителями ЗЦ5 с пусковой установки 2П24. Для их отделения от маршевой ступени на каждом из них закрепили по паре небольших аэродинамических поверхностей.
Пусковую установку создали в ОКБ-8 на шасси 100-мм самоходки СУ-100П. Артиллерийская часть пусковой установки включала в себя опорную балку с шарнирно закрепленной в ее хвостовой части стрелой, поднимаемой двумя гидроцилиндрами. По бокам стрелы крепились кронштейны с опорами для размещения двух ракет. Пуск ракет мог выполняться под углом от 10 до 55 градусов к горизонту. При старте ракеты передняя опора резко откидывалась вниз, освобождая путь для прохождения нижней консоли стабилизатора. Ракета в процессе разгона поддерживалась дополнительными опорами, также закрепленными на стреле Одна опора ферменной конструкции подводилась спереди и фиксировала обе ракеты Еще по одной опоре придвигалось со сторон, противоположных стреле.
Первый бросковый пуск изделия ЗМ8, оснащенного натурными стартовыми двигателями, состоялся 26 ноября 1959 г Ракета энергично сошла с пусковой установки, однако при отделении стартовых ускорителей разрушилась. Впрочем, для молодого коллектива результат первого пуска был более чем достойный. А вскоре начались попытки полетов с работающим маршевым двигателем, во время которых свердловчанам довелось столкнуться с множеством ранее незнакомых проблем. Так, первые попытки запуска в полете маршевого двигателя сопровождались возникновением помпажа, во время которого ракета теряла управляемость Как отмечал в дальнейшем один из участников этих работ: «Каждый ПВРД уникален в своем конкретном исполнении. Пришлось отжечь около десяти тысяч форсунок, прежде чем была найдена ее оптимальная форма Каждый шаг при отработке давался с трудом и делался буквально с нуля».