M15: появился из-за беспокойства относительно большого объема работ по верхним ступеням. Вариант включал жидкостную высотную ракету Aerobee— Hi[37] (вторая ступень) и новую твердотопливную третью ступень. На разработку требовалось 2,5 года; РН могла вывести на орбиту высотой 489 км (303 мили) груз массой 9 кг (20 фунтов).

Как уже упоминалось, «Особая группа по специальным средствам», называемая также комиссией Стюарта, высказалась именно за вариант M15. Комиссия молчаливо приравняла «политический заказ» лидеров США к приоритету «гражданского» ИСЗ, создаваемого без привлечения немецких спецов во главе с Вернером фон Брауном. Стоимость же программы определялась из соображений, что «публика не должна ошеломленно вздрогнуть[38]»…

Задача формирования технического облика первой американской космической РН оказалась исключительно трудна, поскольку, по замыслу разработчиков, успех должен был зависеть от «журавля в небе» — удачных инновационных подходов. Если добавить сюда неизбежные доработки «по ходу дела», амбиции и «вкусовые пристрастия» специалистов NRL и GLM — получался громадный «букет» проблем, которые необходимо было решить в ходе реализации проекта.

В частности, техническая комиссия (Technical Panel), возглавляемая Ричардом Портером (Richard W. Porter), которая отвечала за выбор научных приборов для спутников NRL, рекомендовала выводить на орбиту не «носовой конус», а сферу диаметром 30 дюймов (76 см), что позволяло корректно провести исследования плотности верхней атмосферы. Для РН с ограниченными резервами подобные идеи были «критическими».

Много времени отнимало исследование альтернатив. Казалось, команда «Авангарда» никак не может «заморозить» основные технические решения по РН. Так, острый конфликт возник из-за типа телеметрии, которую предполагалось реализовать в программе. Обнаружилось, что у ВВС США нет радиооборудования, работающего в режиме широтно-импульсной (передача) и частотной (прием) модуляции (блоки, работавшие в таком режиме и имевшие малую массу, предполагалось установить на борт ракеты). Значит, «Авангарду» требовалось собственное телеметрическое оборудование и радиолокационные станции (РЛС) сопровождения РН и ИСЗ[39].

К марту 1956 г. была завершена «шлифовка» проекта, реструктурировано управление программой и определены научные цели миссии.

Руководителем программы стал Джон Хаген (John P. Hagen), техническим директором — Милтон Розен (Milton Rosen). Кстати, именно жена Розена — Джозефина — предложила название «Авангард» (Vanguard) для этой программы.

Первая ступень РН Vanguard состояла из удлиненной до 13,4 м зондирующей ракеты Viking второго этапа постройки с кислородно-керосиновым двигателем Х-405. Последний был создан фирмой General Electric на базе наработок по программе армейской ракеты Hermes A-3B. Двигатель Х-405 имел турбонасосную систему подачи топлива и развивал тягу 120–125 кН. Камера сгорания с регенеративным охлаждением горючим устанавливалась в кардановом подвесе для управления по каналам курса и тангажа; газогенератор ТНА работал на перекиси водорода; отработанные на турбине газы истекали через качающиеся сопла управления по каналу крена.

С первой ступенью практически сразу начались проблемы. Так, группа специалистов GLM, которая разрабатывала ракету-прототип Viking, к началу рабочего проектирования «Авангарда» была расформирована, большинство ее членов получили новые назначения, в частности, в рамках проекта Titan (ВВС). А так как разработка «Авангарда» «не должна [была] тормозить военные ракетные программы», NRL пришлось довольствоваться «малыми силами» — группой ученых, участвовавших в предварительных исследованиях по ИСЗ, и остатками группы Viking на фирме Martin.

Основные агрегаты двигателя Х-405 были готовы к стендовым испытаниям в конце 1955 г. Огневые испытания, начатые в декабре, выявили неудачную конструкцию форсуночной головки («тяжелый» или «пушечный» запуск: в момент зажигания в камере скапливалось некоторое количество непрореагировавшего топлива, которое вызывало взрывы). Головку переделали.

В результате увеличения диаметра спутника ракета Aerobee в роли второй ступени стала выглядеть «слишком тощей». Было принято решение разработать новую вторую ступень большего (81 см) диаметра на базе двигателя AJ-10-37 фирмы Aerojet General. ЖРД развивал тягу 33 кН (7500 фунтов), используя долго хранимые компоненты топлива — ингибированную белую дымящую азотную кислоту (АК) и несимметричный диметилгидразин (НДМГ), вытесняемые в камеру сгорания сжатым гелием.

Необходимо особо упомянуть, что при проектировании системы Vanguard исключительно большое внимание уделялось «дисциплине веса». Для столь малого носителя критерий «скорость»-«масса» был очень чувствительным. Вот, например, к чему приводило увеличение конечной массы каждой ступени всего на один фунт (0,454 кг). Уменьшение скорости составляло:

— для 1-й ступени 0,31 м/сек;

— для 2-й ступени 2,44 м/сек;

— для 3-й ступени 24,4 м/сек.

На второй ступени стояло оборудование системы управления полетом и «вращающийся стол» (для закрутки третьей ступени). Довольно сложную — во всяком случае, для своего времени — СУ, работающую как на активном участке полета первой и второй ступеней, так и на пассивном участке до момента включения РДТТ третьей ступени, взялась проектировать и строить фирма Minneapolis Honeywell Regulator. Управляющие органы на первой ступени — камера сгорания основного ЖРД, качающаяся в кардановом подвесе, и два поворотных сопла управления по крену, через которые выпускался отработанный в ТНА газ. На второй ступени для тех же целей служили качающийся ЖРД и небольшие микродвигатели, через которые при работе основного двигателя выпускался сжатый пропан, а в свободном полете, после отключения основного двигателя, — сжатый гелий из системы наддува баков ступени.

Для программы Vanguard в 1956–1957 гг. фирма Aerojet изготовила 11 летных вторых ступеней.

Цилиндро-конический головной обтекатель из армированного металлическими кольцами асбеста закрывал спутник и третью ступень при прохождении через плотные слои атмосферы. Он сбрасывался, раскрываясь на две половины.

Неуправляемая третья ступень стабилизировалась закруткой перед включением своего двигателя с помощью небольших тангенциально расположенных РДТТ. Подобные же двигатели отделяли пустую вторую ступень от сборки «спутник — третья ступень».

Следует отметить, что третья ступень требовала инновационного «скачка» в технологии РДТТ. В августе 1955 г. наиболее вероятным субподрядчиком представлялась компания Thiokol Chemical: она хорошо проявила себя при разработке РДТТ различной размерности для боевых ракет. Однако уже в конце сентября 1955 г. фирма столкнулась с трудностями, связанными со спецификой задачи. Проблемные моменты:

— тонкостенный стальной корпус (всего 18 % от массы топлива);

— продолжительное время работы (более 30 сек);

— сопло с большой степенью расширения;

— высокий удельный импульс (более 235 сек);

— заряд нового гетерогенного топлива на основе перхлората калия, скрепленный со стенками камеры сгорания.