НА СТАРТЕ — МОДЕЛИ-КОПИИ

Очень часто школьники, увидев по телевизору или в журнале старт космического корабля, проявляют живой интерес к тому, как это происходит. Вот бы построить подобную ракету! Причём модели-копии очень близки к настоящим ракетам: те же формы, только размер намного меньше.

Модели-копии ракет играют большую роль в аэрокосмическом образовании молодёжи. В процессе работы над ними «ракетчики» учатся читать, подбирать и составлять техническую документацию, знакомятся с историей создания и развития ракетно-космической техники, изучают конструкции ракет. В это же время идёт процесс познания основ конструирования и технологии изготовления отдельных узлов и модели в целом. В данном творческом процессе вырабатываются навыки решения технических задач, главной из которых и является создание летающей копии ракеты.

Одни из интереснейших в ракетно-космическом моделизме модели-копии категории S7. На мой взгляд, это «высшая математика» в ракетомодельном спорте и в техническом творчестве.

Категория S7, модели-копии на реализм полёта, — единственная неделимая на классы. Соревнования в этой категории — пожалуй, самые интересные не только для участников, но и для зрителей. Ведь не многим из нас удаётся увидеть, что называется, «живой» старт настоящих ракет. А запуски миниатюрных моделей-копий дают возможность воочию наблюдать этот процесс.

Первой начали моделировать ракету-носитель «Восток».

После полёта Юрия Гагарина тысячи школьников мечтали построить модель ракеты, выведшей в космос корабль «Восток». Но сдерживало мальчишеский порыв только одно — не было чертежей. Впервые летающая копия «Востока» была запущена летом 1968 года. А в августе того же года на первых Всесоюзных соревнованиях школьников было разыграно первенство в классе моделей-копий. Чемпионкой стала школьница из подмосковного города Электросталь Наташа Курастикова. Приятно сознавать, что я был к этому причастен: Наташа много лет занималась у меня в кружке на Станции юных техников.

Интересная история создания её модели. Когда созрело желание сделать летающую копию «Востока», мы стали просматривать газеты и журналы, писать письма в фотохронику ТАСС, знакомиться с книгами по ракетной технике. Собирая по крупицам материал, удалось создать, используя один достоверный размер — диаметр сопла двигателя первой ступени, чертёж, по которому мы построили летающую модель РН «Восток», уменьшенную в 100 раз. С ней мы начали лётные испытания и участие в соревнованиях.

Каждый опытный копиист, мечтающий о победе, останавливает выбор на сложном прототипе. К ним сегодня можно отнести ракеты-носители космических аппаратов «Союз», «Протон», «Сатурн-1» в «Сатурн-V», «Ариан» всех модификаций, «Зенит-З», «Циклон». Во многом преимущество закладывается уже на первом этапе — на «стенде». Это подтверждается и статистикой. Чаще (по семь раз) чемпионами мира становились спортсмены, выступающие с моделями-копиями ракетоносителей «Сатурн» и «Союз» различных модификаций.

Так, на первом и втором мировых первенствах (в 1972-м и 1974 годах) чемпион Отакар Шаффек (ЧССР) выступал с копией ракеты «Сатурн-V». А на двух последних чемпионатах мира в 2004-м и 2006 годах с явным преимуществом побеждал Александр Левых (Россия), спортивным «оружием» которого была копия ракеты-носителя космического корабля «Союза ТМ-12», уменьшенная в 50 раз. Летающая копия легендарного «Союза» впервые появилась на международных соревнованиях в 1978 году. Её представил ставший чемпионом мира Морис Машиах (Болгария). Он же повторил успех и на следующем мировом первенстве. И тоже — с «Союзом».

Соревнования

Требования к моделям-копиям категории S7: стартовая масса — не более 1,5 кг, масса топлива — не выше 125 г; суммарный импульс — до 100 н.с., число ступней — не более трёх.

Исходя из требований кодекса ФАИ, соревнования моделей-копий S7 включают в себя два этапа. Первый — стендовая оценка, максимальное количество очков — 850. Эта сумма присуждается судьями по следующим позициям: представленная документация на прототип — 50 очков, соответствие масштабу — до 250 очков, мастерство изготовления — максимально 350 очков, степень сложности — до 200 очков.

Второй этап — лётные характеристики, максимальное количество очков — 250.

Сумма складывается из очков, присуждаемых за демонстрацию эффектов, свойственных прототипу, которые модель реализует в полёте: разделение ступеней, сброс обтекателя, отстрел ускорителей и т.д.

Это не более 60 очков. Остальная сумма приходится на оценку старта, полёта, приземления (наличие парашютов) и использование «рабочих» модельных
двигателей (до 30 очков) более одного. Причём все спецэффекты должны быть подтверждены документально (в описании или чертежах).

С чего начать?

Такой вопрос всегда возникает у того, кто впервые собирается строить модель-копию. Ответ — с выбора прототипа для копирования. Сразу хочу уберечь «ракетчиков» от ошибки, которую допускают многие. Не надо на первых порах, не имея достаточного опыта и навыков, браться за сложный прототип. Из своего многолетнего опыта педагога ракетомодельного кружка СЮТ я вынес, что школьник, не справившись с трудной и объёмной работой, может навсегда бросить это увлечение. Мой совет начинающим копиистам — остановите выбор на простом по конфигурации прототипе. Это могут быть первые советские ракеты от Р-1, Р-2 (разных модификаций) и Р-5 до исследовательских ракет — МР-12, МР-2, М-1006.

Следующий этап в работе над моделью-копией — подбор документации и выбор масштаба. Копия — это уменьшенная модель существующих или существовавших ракет, управляемых снарядов и ракет-носителей космических аппаратов. Для подтверждения соответствия прототипа и модели участник должен представить судьям информацию о самом прототипе: его размерах, форме, цвете и рисунке окраске, маркировке. Минимальными данными, наличие которых гарантирует классификацию копии, являются длина и диаметр, фотография ракеты в целом.

 Эти сведения должны быть из достоверных источников: журналов, книг, заверенных чертежей предприятия-изготовителя, ксерокопий, опять же заверенных печатью Федерации ракетомодельного спорта России. Фотографии могут быть из любого источника. Но минимум документации не гарантирует получения максимальной оценки (50 очков) за документацию. И, как следствие, повлечёт снижение оценки по другим позициям. Для этого желательно иметь фотографии деталей, отдельных узлов, агрегатов и рабочий чертёж модели. К тому же они окажутся полезными при работе над копией.

 Сегодня нет недостатка в печатной продукции, которой можно воспользоваться для постройки моделей-копий. Это книга «Космодром на столе» (1999 г.) — автора этих строк, «Спортивные модели-копии ракет» (2006 г.) Владимира Минакова, журналы: «Российский космос», «Новости космонавтики», «Моделист-конструктор» и другие.

 Масштаб модели-копии в итоге определяет размер будущего летательного аппарата. Кстати, масштаб уменьшения модели от размеров оригинала (прототипа) не обязательно должен выражаться целым числом. Оно может быть и дробным. Иногда это диктуется диаметром сопла двигателя настоящей ракеты и диаметром МРД, которые предлагаются для установки на летающую модель. А иногда и наличием подходящих оправок для изготовления элементов копии. Особенно вышекомментируемое актуально для тех «ракетчиков», у которых нет возможности их изготовить.

И ещё. При выборе масштаба модели необходимо сразу же «заложить» её энергетику. Иными словами, определиться, на каких двигателях она будет стартовать.

Так, для одного МРД импульсом 20 н.с. её длину желательно выбирать в пределах 800 — 900 мм, а диаметр — около 50 — 60 мм. Стартовая масса должна быть равна приблизительно 300 г. Могу заверить, что такую копию вполне по силам изготовить из бумаги.

Завершается этап подбора документации и выбора масштаба изготовлением рабочего чертежа модели, составлением эскизов отдельных элементов и оправок для узлов будущей миниатюрной ракеты.

Модель-копия ракеты Р-5В

На мой взгляд, для «специализации» в копиях наиболее подходят образцы из серии первых советских баллисти-ческих ракет, созданных в ОКБ-1 под руководством С.П. Королёва. Полагаю, что постройка моделей-копий отечественных ракет в немалой степени способствует патриотическому воспитанию молодёжи.

Геофизическая ракета Р-5В

Пуски первых исследовательских ракет, начиная с созданных на базе Р-1, стали проводить в 1951 году, Р-2А — с 1957 года. Дальнейшим развитием их стала ракета Р-5, потом — Р-5М, на базе которой была разработана целая серия исследовательских геофизических ракет от Р-5А до Р-5ВАО. В 1963 году родилась последующая модификация — ракета Р-5В (иногда её обозначают В-5В). Она имела стабилизированную головную часть для исследования ультрафиолетового излучения Солнца. Сферический контейнер (высотная астрофизическая обсерватория — ВАО) размещался под коническим обтекателем, который отделялся от ракеты после активного участка её полёта. Ракету Р-5В с успехом можно реализовать в полётных демонстрациях модели-копии.

Изготовление

Итак, с выбором прототипа мы определились. Полагаю, я «уговорил» будущих копиистов: строим модель ракеты Р-5В. Её технические данные: длина — 22,66 м; длина головной части — 5,5 м; диаметр корпуса — 1,652 м; размах стабилизаторов — 3,452 м; стартовая масса — 29,5 т; время работы двигателя — 120 с. Максимальная высота полёта около 500 км. Масса поднимаемого полезного груза достигала 1350 кг. Управление полётом ракеты Р-5В осуществлялось аэродинамическими и газовыми рулями.

Конструкция ракеты Р-5В — не сложная. Весь её корпус длиной 17,16 м сварной, с клёпаным усилением служил баками топлива — этилового спирта и жидкого кислорода. Электропроводка, кабели были вынесены наружу и закрывались гаргротами и коробками.

Вверху корпус имел конус (оживальной формы) длиной 1,837 м, к которому крепился приборный отсек длиной 2,05 м. В головном обтекателе (длина его — 3,48 м) размещались (в зависимости от программы полёта) герметичные кабины для животных, шар-зонд, датчики и приборы для забора проб и геофизических исследований.

Ознакомившись с основными техническими данными прототипа, выбираем степень его уменьшения. На мой взгляд, для категории S7 наиболее приемлем масштаб 1:25. Длина модели при этом получается 906,4 мм, наибольший диаметр корпуса — 66,08 мм. На моей памяти многие модели-копии, особенно призёров соревнований имели как раз такой масштаб. Остаётся пересчитать все размеры с таким уменьшением и сделать рабочий чертёж. Сразу же «заложим» материал изготовления — чертёжная бумага толщиной 0,2 — 0,25 мм.

Для изготовления модели-копии необходимо выточить три оправки (лучше — из металла): для основного корпуса диаметром 65 мм и длиной около 650 мм: переходного конуса оживальной формы длиной около 110 мм с диаметром на базовой длине 99 мм — 65 и 54,8 мм; верхнего цилиндра (приборного отсека) — длиной 100 мм и диаметром 54,8 мм. Все диаметры оправок должны быть уменьшены на 1 мм (по 0,5 мм на толщину стенки).

Корпус клеят из двух слоев чертёжной бумаги с использованием казеинового клея на оправке диаметром 65 мм. Помните, что бумага при этом даёт большую усадку, но детали получаются значительно жёстче, чем при применении других клеев. Бумажную заготовку размерами 600×430 мм (волокна бумаги всегда располагают вдоль оправки) обматывают один раз (в один слой) вдоль оправки. Оставшуюся поверхность промазывают клеем, немного дав ему подсохнуть, туго наматывают на первый слой и тщательно проглаживают всю заготовку.

После просушки заготовку корпуса обрабатывают наждачной бумагой и покрывают двумя слоями нитролака. Затем, зажав оправку в патрон токарного станка, торцуют корпус до нужного размера по длине 587 мм. Частота вращения при этом минимальная — около 100 об/мин. И здесь же, на станке, наносят карандашом разметку сварных швов, после чего клеят на ней отрезки тонкой хлопчатобумажной нитки, имитируя сварные швы. Затем, поместив оправку около ведра с водой, снимают полученный корпус. Таким же способом изготавливают и верхний цилиндр (приборный отсек), длина его — 80 мм.

Переходный корпус, имеющий оживальную форму, изготавливают методом папье-маше. Делают это так. Слегка нагревают оправку и смазывают её мастикой или воском. Затем вырезают из писчей бумаги лепестки длиной 110 мм и шириной на концах 30 мм и 25 мм. Смачивают их, смазывают клеем ПВА и накладывают на оправку широкой стороной на больший диаметр. На один слой необходимо 8 — 9 лепестков, ширина перехлёста лепестков — 5 — 7 мм. Всего нужно наклеить 5 — 6 слоёв. После просушки оправку с заготовкой зажимают в токарном станке и на малых оборотах обрабатывают поверхность мелким напильником и наждачной бумагой. Затем, при вращающемся патроне, наносят слой жидкой шпаклёвки, дают просохнуть и снова обрабатывают. Если есть неровности, надо снова прошпаклевать, обработать и обрезать остро отточенным резцом по нужной длине — 99 мм.

Соединение элементов корпуса проводят следующим образом. Из липы вытачивают три втулки: одна (нижняя) играет роль силового шпангоута; две других служат для скрепления корпуса, переходного конуса и приборного отсека. Ширина втулок — 22 мм и 13 мм. Толщина стенок — 2,5 мм. Сначала втулкой диаметром 54,8 мм соединяют верхний цилиндр и конусный элемент, а в нижнюю (кормовую) часть основного корпуса вклеивают силовой шпангоут шириной 48 мм. При этом соединяемые детали желательно установить вертикально на ровную плиту, а сверху придавить небольшим грузом.

После высыхания окончательно собирают корпус, вклеивая в его верхний (свободный) конец на эпоксидной смоле вторую втулку диаметром 65 мм, и ставят два (уже склеенных) элемента — конус и приборный отсек (малый цилиндр). Места соединений слегка ошкуривают и покрывают весь корпус нитролаком. В кормовой части корпуса, по окружности, делают четыре фигурных выреза на длину 18 мм. Оставшиеся четыре элемента служат местом крепления стабилизаторов, креплением изнутри деталей газовых рулей для копийности и опорами при старте. Все наружные элементы донной части корпуса изготавливают из липы, шпаклюют и красят в чёрный цвет. Крепят их к готовой модели.
Снаружи по всей длине корпуса наклеивают нитки, имитируя сварные швы (если не было возможности сделать эту операцию на станке). Отрезки хлопчатобумажной нити длиной более 200 мм предварительно надо промазать 2 — 3 раза нитролаком с последующим удалением ворса. Все выступающие и наружные детали (люки, переходные бандажи и пр.) делают из бумаги, имитацию клёпок выполняют методом прокатки шестерёнки с шагом 1,5 — 2 мм. Гаргроты для укладки кабелей, штепсельные разъёмы, колодки — из липовых реек соответствующих размеров.

Антенны штыревые (их четыре) выпиливают из полоски стеклотекстолита толщиной 2 мм, а рамочные (их шесть), ромбовидной формы, паяют из иголок от шприца диаметром 1 мм. Крепят антенны в месте соединения элементов корпуса, где есть усиление изнутри втулкой шириной 22 мм. Предварительно их красят в чёрный цвет.

Стабилизаторы (их четыре) вырезают из бальзовой пластины толщиной 6 мм, собирают в пакет на каплях клея и обрабатывают по контуру наждачной бумагой, наклеенной на брусок. При этом их размеры (длину и ширину) делают на 2 — 2,5 мм меньше. Затем расклеивают и окантовывают все стороны (кроме самой большой) липовыми рейками (для усиления краёв). После чего доводят их по контуру до нужных размеров и профилируют. Далее покрывают нитролаком, а боковые стороны оклеивают писчей бумагой, из которой вырезают заготовки и делают имитацию заклёпок.

Головной обтекатель вытачивают из липовой заготовки, внутри облегчают фигурным расточным резцом. Посадочная юбка имеет диаметр 54,8 мм и длину 25 мм. В связи с тем, что у прототипа обтекатель клёпаный, имитацию заклёпок делают следующим образом. Из предварительно покрытой нитролаком писчей бумаги (плотность 80 г/м3 ) вырезают по шаблонам четыре заготовки: две — на верхний конус, две — на нижний. На них чертят линии клёпок и прокатывают шестерёнкой. (Кстати, так же имитируют клёпку и на кормовой части корпуса). После этого клеят их на обтекатель и опять покрывают нитролаком. Имитация наружных элементов — из липовых реек и чертёжной бумаги (люки). Дав хорошо просохнуть, обтекатель красят в белый цвет.

Окраска и отделка

Выбор красок сегодня достаточно широк. Описанная выше модель окрашена нитрокрасками разных цветов согласно чертежу. Во избежание потёков и задувов окраску следует производить по частям — отдельно корпус, стабилизаторы и т.д. Маркировки (надписи, линии опор, номера деталей) выполнены дэкалями.

Запускается модель на одном двигателе МРД-20-10-4. Стартовая масса — около 285 г.