Газовые центрифуги для разделения изотопов. История создания в СССР. Часть 2
Дата: 20/02/2019
Тема: Время и судьбы


Рождение русской центрифуги в Ленинграде

Г.М. Скорынин, к.т.н., ветеран атомной отрасли

 (продолжение. Часть 1 см. здесь)

2.1. Начало работ в ОКБ по надкритической центрифуге Штеенбека

После объединения в 1950 году институтов «А» и «Г» вновь образованный институт в Сухуми находился в ведении Первого Главного Управления (ПГУ) при СМ ССР и стал называться НИИ-5 /12, т.2, кн.5, с.228/.



Главный конструктор Особого конструкторского бюро Ленинградского Кировского завода (ОКБ ЛКЗ) Н.М. Синев в конце 1951 года после работы в комиссии ПГУ вернулся из НИИ-5 и стал готовиться к новому направлению деятельности.

В качестве основного разработчика новой техники его выбор остановился на молодом конструкторе В.И. Сергееве, хорошо зарекомендовавшем себя при конструировании нескольких моделей газодиффузионного оборудования, которые разрабатывались в ОКБ с 1946 года. Синев поручил Сергееву собрать бригаду специалистов для командировки в Сухуми, чтобы детально ознакомиться в НИИ-5 с конструкцией газовой центрифуги Штеенбека.

В конце февраля 1952 года серым дождливым утром из ОКБ в Сухуми прибыли начальник измерительной лаборатории П.Ф. Василевский, специалист-электрик Г.В. Кудрявцев, инженер-конструктор В.И. Сергеев и опытный технолог С.А. Смольский. В НИИ-5 доктор Макс Штеенбек и несколько его сотрудников начали знакомить прибывших с конструкцией лабораторного образца трехметровой газовой центрифуги. Первое, что поразило специалистов ОКБ, это микронные точности при изготовлении вращающихся деталей составного ротора, а также необходимость ручной «юстировки» каждого собранного ротора. Основным же недостатком центрифуги Штеенбека был способ отбора обогащенного гексафторида урана путем его конденсации в охлаждаемых жидким азотом ампулах /13, с.170/. Такой способ был удобен для проведения лабораторных испытаний одиночной центрифуги, но совершенно не подходил для передачи рабочего газа из одной центрифуги к другой при их соединении в каскад. Сам Штеенбек предполагал, что для перемещения рабочего газа из одной ступени каскада центрифуг в другую можно будет использовать внешние компрессоры подобно тому, как это было реализовано в газодиффузионных каскадах /7, с.37/ .

Именно такой способ подачи и извлечения рабочего газа применялся в газовых центрифугах, разрабатываемых в рамках Манхеттенского проекта. В 1945 году Карлом Коэном в соавторстве с Гарольдом Юри была подана заявка на изобретение. Патент на изобретение центрифуги /US2,536,423/ был выдан 2 января 1951 года, и неизвестно был ли знаком с ним Штеенбек, или это были его самостоятельные соображения. Заметим, что при использовании центробежных компрессоров в качестве насосов, потребление энергии было бы не намного меньше, чем энергопотребление диффузионного каскада. В январе 1944 года американцы отказались от дальнейшей разработки центрифужного метода из-за технических трудностей, отдав предпочтение электромагнитному и газодиффузионному методам разделения изотопов урана. Именно этими методами был получен обогащенный уран для первой атомной бомбы, сброшенной на Хиросиму 6 августа 1945 года.

По воспоминаниям Сергеева /13, с.171/, он при осмотре лабораторного образца задал Штеенбеку вопрос, почему нельзя для передачи газа от одной центрифуги к другой применить отборники типа трубок Пито и использовать скоростной напор вращающегося газа. На что Штеенбек категорически ответил — «они будут тормозить поток, вызывать турбулентность и сведут разделение изотопов на нет!».

Несмотря на явные недостатки конструкции, идея была очень заманчива и, вернувшись из НИИ-5, специалисты доложили Н.М.Синеву о том, что задача по созданию надкритической газовой центрифуги довольно сложная, но надо сделать попытку все же решить ее. Н.М.Синев письмом информировал руководство ПГУ о том, что считает необходимым расширить работы по центрифужному методу разделения изотопов урана, перенеся их из лаборатории НИИ-5 в ОКБ Кировского завода. Начальник ПГУ Б.Л.Ванников, его заместители А.П.Завенягин и B.C.Емельянов подготовили Проект Постановления СМ СССР, который был представлен 19 мая 1952 года на рассмотрение Заместителя Председателя Совета министров СССР Л.П. Берии. В сопроводительной записке они сообщили Берии, что в ОКБ Кировского завода уже создана конструкторская группа, возглавляемая Синевым, и совместно с НИИ-5 начаты экспериментальные и конструкторские работы по созданию опытного образца надкритической центрифуги промышленного типа /12, т.2, кн.5, с.734/.

Формальным руководителем КБ-6 (так назвали новое подразделение по разработке центрифуг в ОКБ ЛКЗ) был назначен секретарь партбюро ОКБ Г.В.Кудрявцев, его заместителем - беспартийный В.И.Сергеев. В состав КБ-6 для работы по центрифугам из других подразделений ОКБ были переведены также Ю.А.Ушаков, В.И.Сулягин, В.И.Богданов, И.Б.Старобин и И.А.Чесноков. Вновь созданную в ОКБ лабораторию по испытаниям газовых центрифуг возглавил П.Ф.Василевский. Начальник КБ-6 Г.В.Кудрявцев взялся за разработку конструкции магнитного стабилизатора и электропривода, включая расчеты схем его электропитания. В обязанности В.И. Сергеева входили непосредственная разработка конструкции ротора, нижней демпфирующей опоры и общая компоновка центрифуги в целом. В работах активное участие принимали П.Ф.Василевский, начальник расчетно-теоретической лаборатории Х.А.Муринсон, а после перевода из НИИ-5 в ОКБ ЛКЗ к работам подключились немецкие специалисты М.Штеенбек, Г.Циппе, Р.Шеффель и советские специалисты, работавшие в НИИ-5: А.С.Вознюк и И.Н.Арзамасов. Контроль за ходом работ осуществлял непосредственно Н.М.Синев /14, с.20/.

Постановление СМ СССР № 3089-1203сс/оп от 8 июля 1952 года «Об использовании немецких специалистов…» обязывало ОКБ ЛКЗ «спроектировать, изготовить в IV кв. 1952 г. и испытать опытный образец центрифуги промышленного типа, использовав в качестве научного руководителя указанных работ немецкого специалиста доктора Штеенбека». Штеенбек с двумя немецкими сотрудниками и семью советскими специалистами переводились из Сухуми в Ленинград с сохранением получаемых ими окладов, обеспечением квартирами и прочим бытовым обслуживанием. За режим секретности предусматривалась надбавка в размере 25-50 % от основного оклада. Численность инженерно-технического персонала ОКБ ЛКЗ увеличивались на 50 человек с соответствующим увеличением фонда заработной платы /12, т2, кн.5, с.458/.

Для улучшения руководства научно-исследовательской работой немецких специалистов в отрасли штат научно-технического отдела ПГУ был увеличен на 13 человек, введена должность заместителя председателя Научно-технического совета ПГУ по данному направлению работ, на которую Постановлением был утвержден начальник Научно-технического отдела профессор И.И.Новиков, ранее курировавший работы немецких специалистов в Сухуми.

В «Плане научно-исследовательских, проектных и опытно-конструкторских работ по Первому главному управлению при Совете Министров СССР на 1952-1953 гг.», утвержденному в тот же день (8 июля 1952 года) другим Постановлением СМ СССР № 3088-1202сс/оп, разработка центробежного метода разделения изотопов включена в раздел XI Приложения № 2. В 1953 году планировалось определение основных характеристик опытных ультрацентрифуг, а также разработку, изготовление и испытание блока центрифуг промышленного типа /12, т.1, кн.5, с.446/.

Еще до приезда немецких специалистов Н.М.Синев поручает В.И.Сергееву начать разработку агрегата газовых центрифуг, состоящего из шестизвенных роторов, выполненных по схеме НИИ-5. Уже в ходе проработки агрегата с центрифугами, выполненными по схеме НИИ-5, у конструкторов ОКБ ЛКЗ начали возникать большие сомнения в целесообразности продолжения работ в этом направлении. Но учитывая, что Постановление, обязывающее ОКБ использовать опыт работ НИИ-5, было принято на самом высоком уровне, решили закончить разработку конструкции агрегата, выпустить рабочие чертежи и изготовить два агрегата /14, с.21/.

Штеенбек, прибывший в Ленинград в сентябре 1952 года, участвовал в оперативках, еженедельно проводимых Н.М. Синевым для решения различных технических и организационных вопросов.  При обсуждениях технологии изготовления и сборки многозвенных роторов Штеенбек понял, что без «умелых рук» Циппе, виртуозно собиравшего ротора в Сухуми, вряд ли удастся добиться успеха. В октябре Штеенбек обратился в ПГУ с просьбой о переводе Циппе в Ленинград, которая была быстро одобрена советской стороной, но была осуществлена с задержкой в три месяца /8, с.132/.

 Вероятно, задержка была связана с тем, что Штеенбек еще в Сухуми письменно подтвердил, что Циппе  успешно завершил работу над лабораторным образцом центрифуги и может быть отпущен из СССР в соответствии с контрактом, подписанным 29 ноября 1950. Циппе по приказу прибыл в ОКБ только в январе 1953 года. Две центрифуги с шестизвенными роторами были собраны уже после прибытия Циппе в начале 1953 года /7, с.5/ .

Как в процессе изготовления деталей для этих агрегатов, так и в процессе их сборки всем, включая и доктора Штеенбека, стало ясно, что такая конструкция непригодна для серийного производства и эксплуатации. Изготовленные агрегаты даже не испытывались, так как к этому времени определенные успехи были получены в реализации новой идеи по созданию альтернативной центрифуги с коротким ротором.


2.2. Шаг назад, два вперед…к короткой центрифуге

В начале войны Виктор Иванович Сергеев был отозван из ополчения, куда пошел добровольцем в июне 1941 года, и продолжил учебу в Бауманском училище, которое было эвакуировано в Ижевск. Учебу в МВТУ будущий инженер-механик совмещал с работой – по ночам трудился техником на оружейном заводе № 74, который делал винтовки. С тех времен он хорошо усвоил требования, которые предъявляет массовое производство к конструкции изделий: изделия должны не собираться, а «складываться» из отдельных узлов, а применяемые методы контроля не вызывать сильного умственного утомления работающего персонала. С учетом этих принципов конструировалась газовая центрифуга с коротким жестким ротором, разработка которой проводилась одновременно с работами по центрифуге Штеенбека с многозвенным ротором.

Концепция короткороторной центрифуги родилась в ОКБ в период выпуска рабочих чертежей и заказа в производство двух опытных агрегатов с длинными роторами. Компоновка докритической газовой центрифуги, которую осуществлял В.И. Сергеев, производилась в отдельной изолированной комнате. Допуск сотрудников ОКБ ЛКЗ в эту комнату был строго ограничен и производился только с личного разрешения Н.М. Синева. В ПГУ новое направление работ ОКБ ЛКЗ  поддерживал генерал-майор А.Д. Зверев, который после образования в июне 1953 года Министерства среднего машиностроения (МСМ) до 1986 года возглавлял Четвертое Главное управление МСМ (до 1955 года называлось ГУХО - Главное управление химического оборудования).

При компоновке короткороторной центрифуги были удачно решены все ее основные элементы, которые без изменения или с небольшими уточнениями стали применяться во всех последующих модификациях опытных и промышленных газовых центрифугах. Конструкторы сразу отказались от длинной надкритической машины, так как поняли, что изготовление гибкого многозвенного ротора возможно лишь в лабораторных условиях, а для серийного промышленного производства требовалось прецизионное металлообрабатывающее оборудование, которое в послевоенном СССР отсутствовало /14, с.21/.

Если короткий ротор был «шагом назад» - возвратом к ранним центрифугам, успешно испытанным в группе Штеенбека в 1948-1949 годах, то все остальные элементы конструкции, предложенные конструкторами ОКБ, были принципиально новыми. От центрифуги НИИ-5 в новую конструкцию была взята лишь опорная игла, конструкция которой непрерывно совершенствовалась и до настоящего времени применяется во всех отечественных газовых центрифугах /13, с.173/. Наиболее существенными новшествами были отборники типа трубок Пито, обеспечивавшие извлечение из ротора обогащенного и обедненного продуктов при низком потреблении энергии, а также молекулярное уплотнение, работающее по принципу винтового насоса Хольвека и создающее вакуум внутри корпуса центрифуги с наружной стороны вращающегося ротора. Винтовой насос, совмещенный с ротором, позволил отказаться от внешнего диффузионного насоса, обеспечивавшего вакуум при работе центрифуги Штеенбека.

Для увеличения в несколько раз первичного эффекта разделения, возникающего под действием центробежных сил, вдоль оси ротора создается циркуляция рабочего газа. В центрифуге НИИ-5 циркуляция возбуждалась путем  поддержания разности температур в верхней и нижней частях центрифуги. Механический способ возбуждения циркуляции, предложенный  конструкторами ОКБ, позволил отказаться от нагревателя, применяемого в центрифуге НИИ-5 для создания циркуляции.

Эффект механического возбуждения циркуляции был случайно обнаружен еще при экспериментах в Сухуми, когда Штеенбек, чтобы не разогревать ротор до нежелательно высоких температур, дал указание своим сотрудникам навесить на неподвижную трубку, подводящую в ротор газ через отверстие в верхней крышке, длинный тонкий конус. Это значительно улучшило результаты, однако, при разборке центрифуги выяснилось, что при монтаже шайба для крепления конуса была насажена, а сам конус — забыт! Штеенбек вскоре теоретически объяснил влияние неподвижной шайбы и при обсуждении этих неожиданных результатов на собрании специалистов получил поздравление от М.Д. Миллионщикова с открытием нового эффекта /5, с.180/.

Штеенбек по достоинству оценил нововведения конструкторов ОКБ и сам взялся провести расчеты оптимальной геометрии трубок Пито и определить размеры винтовых канавок молекулярного уплотнения. В книге воспоминаний 1978 года по этому поводу Штеенбек написал: «…группа моих советских сотрудников нашла оригинальное решение проблемы, остававшейся открытой еще со времен Сухуми. Речь идет об оптимальном методе соединения отдельных газовых центрифуг в один каскад. В технике этот принцип давно известен и неоднократно использовался в других случаях применения центрифуги, важно было и здесь распознать такую возможность. Раньше о таком элегантном решении мы с фон Энгелем (соавтор учебника 1932 года - Г.С.) сказали бы с известной долей самоиронии: «Идея, достойная того, чтобы исходить от нас». Но мне оно в голову не пришло, я предполагал ввести усовершенствование в другом направлении. Большая часть сухумских достижений сохранилась, но какой простой стала вся установка!» /5, с.221/.

Гернот Циппе по приезду в Ленинград застал период споров на тему: короткие роторы против длинных роторов. У центрифуги с длинным ротором больше производительность, а короткороторная центрифуга проще в изготовлении. Часть сотрудников ОКБ сомневалась в преимуществах короткой центрифуги. Циппе же,  ознакомившись с предложением об использовании трубок Пито и молекулярных насосов Хольвека, вспомнил удачные эксперименты с короткой центрифугой в Сухуми и понял, что это должен быть самый быстрый способ добиться успеха /7, с.32/ .

В конструкцию короткой центрифуги был внесен и ряд других нововведений, которые, хотя и не имели столь принципиального значения, как отборники или молекулярные уплотнения, но привели к существенному упрощению центрифуги и улучшению ее эксплуатационных характеристик. Электропривод со стальным кольцевым ротором, одетым на дюралевую трубу ротора центрифуги НИИ-5, был заменен на гистерезисный торцевой двигатель с ротором в виде диска из магнитного материала, размещенного на нижней крышке ротора центрифуги. Это позволило увеличить обороты ротора, за счет устранения элемента конструкции с диаметром, большим чем диаметр ротора центрифуги. Кстати, выпуклые гибкие элементы – сильфоны также выступали за пределы диаметра самого ротора, следовательно, ограничивали скорость его вращения и производительность центрифуги НИИ-5.

Вместо сухого демпфера, состоящего из стальной струны с подвешенными на ней цилиндрами с ртутью,  верхняя опора ротора была выполнена из постоянного магнита из сплава «алнико» (сплав алюминия, никеля и кобальта) в форме цилиндра с отверстием. Бесконтактный магнитный подшипник удерживал ротор в вертикальном положении и уменьшал его давление на нижнюю опору. Демпфер нижней опоры поместили в масляную среду, а для подпятника, на который опирается игла ротора, вместо твердого сплава «победит» был подобран новый материал - искусственный камень. Более подробные сведения об особенностях новой модели центрифуги можно найти в сборнике под редакцией В.И. Сергеева /14, с.14, с.80/ и отчете ЦРУ /7/ .

2.3. Первое испытание на прочность и принятие решения

По воспоминаниям В.И. Сергеева первое испытание короткого ротора на механическую прочность проводилось в ОКБ в начале февраля 1953 года /14, с.23/. Пустой цельнометаллический ротор без «начинки» и  какого - либо упрочнения был помещен в «прозрачный» стенд, позволяющий наблюдать через смотровые окна за колебаниями верха и низа ротора как при его разгоне и торможении, так и на номинальных оборотах. По причинам, обусловленным секретностью и нежеланием, чтобы за разгоном наблюдали «лишние» люди, пуск ротора начали в 22 часа. На пуске присутствовали только работники ОКБ П.Ф. Василевский, В.И. Сергеев, Ю.А. Ушаков и майор госбезопасности П.С. Росляков, «опекавший» немецких специалистов, прикомандированных к ОКБ ЛКЗ. 

Взволнованные испытатели, не очень уверенные в успехе первого  пуска жесткого ротора, в шутку решили, что после набора ротором половины номинального числа оборотов, за каждые следующие  100 оборотов они будут «принимать для бодрости» по 100 грамм известной промывочной жидкости, разведенной до нужной концентрации. Но ротор быстро набирал обороты, и испытатели поняли, что эту норму надо резко уменьшить. К половине четвертого ночи ротор вышел на номинальное число оборотов без каких либо заметных колебаний в процессе разгона (кроме пусковых частот в диапазоне 3-6 Гц). После работы на номинальных оборотах в течение 15-20 минут, ротор был переведен в режим самоторможения путем отключения электропитания. Полной остановки ротора испытатели не дождались - к восьми утра, когда начиналась работа в ОКБ, ротор снизил обороты только на половину от номинала. О результатах ночной работы доложили Н.М. Синеву и, получив от него благодарность (без выговора за легкий «запах» от испытателей), поехали домой снимать усталость этой памятной ночи. За процессом торможения до полной остановки ротора наблюдал заместитель начальника исследовательской лаборатории  Г.С.Минин.

После неоднократных пусков и остановок ротора и внесения некоторых изменений в конструкцию ротора, его верхней и нижней опор, у разработчиков появилась твердая уверенность в механической надежности и работоспособности короткой газовой центрифуги. Постепенно в конструкцию газовой центрифуги были внедрены все необходимые элементы, в том числе отборные трубки и молекулярные уплотнения. Рождение новой концепции центрифуги было зарегистрировано в отправленном в ПГУ отчете о работе ОКБ за I квартал 1953 года, который 16 апреля подписали главный конструктор Н.М. Синев и научный руководитель М.Штеенбек /8, с.135/,  С этого момента длиннороторная центрифуга стала историческим артефактом. Будущее было на пути коротких роторов!

Чтобы избежать наказания за неисполнение решения Правительства,  обязывающего директора Кировского завода Н.И. Смирнова и главного конструктора ОКБ Н.М. Синева провести разработку и испытания длиннороторной центрифуги, ответственные исполнители 20 апреля 1953 года направили заместителю председателя Совета Министров СССР В.А. Малышеву и  первому заместителю ПГУ А.П. Завенягину письмо за исходящим №170сс.  Малышев в то время одновременно был Министром транспортного и тяжелого машиностроения СССР, к которому относился Кировский завод, а с 29 июня 1953 года возглавил образованное на базе ПГУ Министерство среднего машиностроения. В письме предлагалось прекратить работы над длинными газовыми центрифугами конструкции НИИ-5 и все усилия сосредоточить на разработке конструкции газовой центрифуги с коротким жестким ротором, предложенной ОКБ ЛКЗ. На четырех листах письма была подробно изложена концепция короткой центрифуги. Предложение Н.И.Смирнова и Н.М.Синева было принято и уже через три дня (!) ПГУ в письме от 23.04.1953 №ОП-342 дало указание начать работы по центробежному методу в новом направлении.

Поразительную скорость принятия решения чиновниками ПГУ можно объяснить двумя причинами. Во-первых, атмосфера в кабинетах высоких начальников после смерти Сталина 5 марта была «наэлектрилизована» ожиданием предстоящих перемен в Правительстве. Во-вторых, в подготовке решения наверняка участвовал начальник Второго управления ПГУ генерал-майор А.Д. Зверев, который был в курсе нового направления работ ОКБ и оказывал им энергичную поддержку. Зверев был хорошо знаком с работами Штеенбека еще в Сухуми, когда был заместителем Завенягина в 9-ом управлении НКВД (МВД) и был включен в состав инвентаризационной комиссии по передаче институтов «А» и «Г» и других объектов в ведение ПГУ. Как член комиссии в 1949 году он участвовал в подготовке справки о состоянии работ немецких специалистов в институтах и лабораториях 9-го Управления НКВД /12, т.2, кн.4, с.610/.


2.4. ПГУ «дало добро» - работа закипела!

На следующий же день после одобрения ПГУ нового направления на разработку центрифуги с коротким ротором было утверждено техническое задание, проект которого был подготовлен заранее. Разработка короткой центрифуги вышла из «подполья». В мае 1953 года начались эксперименты по измерению давления газа в трубках Пито с использованием фреона с молекулярной массой, близкой к гексафториду урана. Опыты, проведенные сотрудниками ОКБ с участием Циппе, подтвердили возможность передачи газа разделенных фракций из одной центрифуги в другую без применения дополнительных насосов. Штеенбек вычислил подходящую геометрическую форму трубок Пито для отбора газа, определил  размеры и оптимальные углы винтовых канавок для молекулярных насосов вокруг ротора. Немцы выполняли окончательную доводку толщины стенок и тестирование роторов. В июле в адрес В..А. Малышева, только что назначенного министром среднего машиностроения, был направлен отчет о работе ОКБ во II квартале 1953 года, подготовленный Н.И. Смирновым и Н.М. Синевым с участием Штеенбека. В отчете представлены результаты экспериментов по переходу от длинной сверхкритической центрифуги к разработке коротких докритических центрифуг /8, с.136/. Технологические испытания первого опытного образца короткой центрифуги проводились сначала на модельном газе (фреоне), а затем на гексафториде урана и были завершены к началу августа /15/.

В.И.Сергеев в своей книге не приводит размеры первых роторов, ограничившись общими словами: «При компоновке газовой центрифуги диаметр ротора и его длина, были выбраны без каких либо теоретических расчетов, а исходя из удобств задания всех остальных размеров центрифуги, опираясь на ровные «круглые» числа значений диаметра и длины». По-видимому, тут у автора сработал условный рефлекс, сформировавшийся за десятилетия работы с секретными сведениями в окружении строгих плакатов типа изречения римского императора Клавдия: «Не всегда говори, что знаешь, но всегда знай, что говоришь!». В отличие от Сергеева, Гернот Циппе, без комплексов нарушив условия подписанного им контракта /12, т.2, кн.5, с.237/, после отъезда из СССР передал западным спецслужбам предусмотрительно прихваченные чертежи с устройством и технологическими характеристиками первой русской центрифуги. В рассекреченном ныне отчете ЦРУ /7/ , составленном группой американских «экспертов» по результатам опроса Циппе в 1957 году, приведены схема центрифуги и график ее основных характеристик, полученных при испытаниях в июле-августе 1953 года.

Из данных отчета ЦРУ следует, что ротор центрифуги длиной 25 см, диаметром 58 мм и толщиной стенки 0,3 мм вращался с  окружной скоростью 340 м/с. Максимальный коэффициент разделения αmax=1,2 был достигнут при малом отборе, а в режиме с максимальной разделительной способностью оптимальный коэффициент разделения составил α0 =1,14. Разделительная способность в оптимальном режиме составила 32% от теоретической, которая по формуле Поля Дирака пропорциональна длине ротора и четвертой степени его периферийной скорости. Концепция разделительной способности, используемая для оценки эффективности работы центрифуги, стала общедоступной после открытой публикации в 1951 году монографии Карла Коэна /16/. До публикации этой  книги производительность центрифуг обычно оценивали в «натуральных» показателях. Так Циппе сообщил экспертам, что для получения в сутки одного килограмма урана-235 с обогащением до 96% потребуется каскад центрифуг с общей длиной роторов 20 километров. При этом такой каскад будет потреблять менее 3000 киловатт мощности. Правда источник  не вспомнил, какая концентрация урана-235 в отвале принималась при этой оценке.

Сравнение размеров (диаметр 58 мм, длина 25 см) ротора первой центрифуги с надкритической центрифугой, испытанной в НИИ-5 в 1951 году, наталкивает на мысль, что для изготовления ротора короткой центрифуги в качестве заготовки было использовано одно из десяти звеньев трехметровой центрифуги, привезенной из Сухуми. Вероятно, что и для первого механического испытания, описанного выше, в феврале 1953 года использовали такой же ротор. Образно выражаясь, можно сказать, что первая русская центрифуга сделана «из ребра» центрифуги Штеенбека!

В отчете ЦРУ также сообщается, что у следующей центрифуги, про которую слышал Циппе, ротор имел длину 45 см и в ОКБ планировалось в начале 1954 года создание трех таких центрифуг. Обсуждалось также изготовление опытной партии из 40 центрифуг того же типа, однако Циппе не мог сообщить авторам отчета о принятом решении, так как немцев неожиданно отстранили от работы над проектом центрифуги сразу после успешных испытаний по разделению на первой модели короткотрубного ротора. По этой причине характеристики центрифуги с ротором 45 см в отчете отсутствуют. От одного из советских специалистов Циппе узнал, что стоимость лабораторного образца короткотрубной центрифуги, без диффузионного насоса и опорной станины, составила 2 000 рублей.

2.5. Кризис научного руководителя 

В главе книги «Кризис и пробуждение» /5, с.212/ Штеенбек  откровенно признается, что «…два года — с осени 1952 по лето 1954,— проведенные в Ленинграде, стали для меня периодом взлетов, какие редко выпадают на долю человека, но и, подчас, бессильного отчаяния, чуть ли не самой глубокой внутренней депрессии, которую мне когда-либо пришлось испытывать». В отличие от Сухуми, где Штеенбек заново создавал научный коллектив, в Ленинграде он влился в уже сложившийся коллектив опытных специалистов, в котором он не должен был оказаться в роли стороннего наблюдателя, а должен утвердить себя руководителем, причем не только формально. В области механики и машиностроения Штеенбек не чувствовал себя специалистом такого ранга, каким был в области физики плазмы, работая в Москве с Арцимовичем в Лаборатории измерительных приборов АН СССР (ЛИПАН).

Режим секретности в ОКБ оказался намного строже, чем был в НИИ-5 или, даже, чем в ЛИПАНе. Осенью 1952 года Завенягин утвердил новые правила для работы немецких специалистов. Теперь Штеенбек был начальником только в помещениях, выделенных для его непосредственных сотрудников, все остальное находилось под запретом. Особенно его удручал запрет на посещение конструкторского бюро и опытных мастерских, где можно было бы, как он привык, решать возникшие вопросы непосредственно у чертежной доски или у фрезерного станка. Общение осуществлялось через советских сотрудников из группы Штеенбека, которые понимали трудности, вызванные ограниченностью передвижения немцев, но не могли как-либо изменить этот порядок. Единственное, что было отменено по просьбе Штеенбека, это пронзительный звонок, который давал постовой милиционер каждый раз, когда кто-нибудь из немцев покидал отведенные им помещения, отправляясь на обед или домой.

Как по территории завода, так и в городе, немцы могли перемещаться только с сопровождающими, оставаясь наедине с собою только в неуютном гостиничном номере. Все сопровождающие – а их было более чем достаточно - были чрезвычайно любезны: часто доставали билеты в театры и на концерты, помогали делать покупки в магазинах, но постоянный  надзор создавал чувство отрезанности от внешнего мира. Штеенбек с ностальгией вспоминал «свободные прогулки» по экзотическому парку института в Сухуми, или на даче под Москвой, где они поддерживали более или менее тесные контакты с другими людьми и прежде всего с немцами. В Ленинграде же их было всего пятеро и еще двое детей.

Общение с работниками ОКБ доставляло удовольствие Штеенбеку. Их замечания, возникающие при обсуждении теоретических вопросов в ходе лекций Штеенбека, свидетельствовали о желании действительно разобраться в предмете, а не получить от лектора готовый рецепт. Однажды, прослушав лекцию Штеенбека по теории волчка с затуханием колебаний, участники дискуссии захотели понять, почему крутое яйцо, вращающееся на утолщенном конце по гладкой поверхности, через некоторое время переворачивается им кверху, продолжая вращение. К удивлению Штеенбека «…на следующий день он получил в подарок выточенный на станке обыкновенный по виду волчок, немного напоминающий гриб. Если его запустить, крутнув, как обычно, тонкий конец двумя пальцами, то он сначала вертится «нормально» на поверхности стола, а затем вдруг сам по себе переворачивается, встает на тонкий конец и уже таким образом продолжает вращение до полной остановки. Форма этого «волшебного» волчка полностью соответствовала условиям только что преподанной теории — они уже успели проверить ее на практике» /5, с.220/.

В период обсуждения концепции короткой центрифуги с сотрудниками ОКБ Штеенбек начал сознавать, что ученики в этой узкой области переросли его, и что он сам становится лишним. Мозг, освободившийся от длительного нервного напряжения, расслабил весь организм, и Штеенбек умудрился заболеть, причем по-настоящему — с температурой и вызовом врача. В отчете И.И. Новикова, который в январе приезжал в Ленинград для ознакомления с ходом работ по проекту, отмечено, что Штеенбек по болезни отсутствовал на работе несколько дней /8, с.134/.

Вероятно, пребывая в гостинице во время болезни в январе 1953, Штеенбек «накатал» письмо Завенягину на 7 листах, где указал на фундаментальные трудности, которые он не может решить сам, и которые ставят под угрозу реализацию проекта /8, с.134/. Как научный руководитель он, в конечном итоге, должен был отвечать за общий результат по разработке центрифуг, но режим секретности этому препятствовал.  Он пожаловался на бюрократический аппарат, которому для пересылки из Сухуми его отчета «Самокаскадирующая центрифуга», написанному перед отъездом в Ленинград, потребовалось в общей сложности более трех месяцев, несмотря на неоднократные запросы в Москву. Для проведения непрерывных испытаний центрифуг Штеенбек потребовал привлечь дополнительно 10-13 инженеров-механиков, 3-4 электрика и 2-3 физика до мая 1953 года, в противном случае он отказывался выполнять работу, потому что прошлогодний опыт в Сухуми показал, что нехватка рабочей силы может привести к несчастным случаям /8, с.135/.  О некоторых опасных инцидентах в Сухуми, связанных с разрушением роторов, разгерметизацией лабораторной установки и выбросом гексафторида урана, рассказано в  воспоминаниях бывшего лаборанта Н.Ф.Лазарева /10/.

Наконец, в письме Штеенбек напомнил о предоставлении отдельной квартиры – он все еще жил в отеле – и об обеспечении автомобилем не только себя, но и своих коллег: Циппе, Шеффеля с семьей и мисс Берген. Попытки решить эти проблемы с местным руководством оказались безуспешными, и Штеенбек предложил Завенягину назначить «достаточно знающего советского сотрудника своим научным представителем и последующим преемником».

Просьбы Штеенбека были удовлетворены лишь частично. Был решен вопрос с транспортом. Ему за скромную плату подыскали небольшую дачу на берегу Финского залива в 50 км к северо-востоку от Ленинграда, где по воскресеньям они с Эмми в зимние холода наслаждались жаром толстых поленьев, горящих в большой каменной печке. В феврале ПГУ решило ввести должность заместителя научного руководителя (Штеенбека), но долгое время это место оставалось незанятым /8, с.135/. Только в июле для ускорения работ в ОКБ Завенягин назначил профессора кафедры физики изотопов Ленинградского политехнического института Б.П.Константинова специальным представителем МСМ. В то время Константинов осуществлял научное руководство по созданию промышленной технологии разделения изотопов лития в Ленинградском физико-техническом институте (ЛФТИ). «Центробежный» эпизод в деятельности Константинова остается пока не отраженным в электронной библиотеке «История Росатома» и в других источниках!

В книге Сергеева не совсем точно Константинов называется не заместителем, а научным руководителем проекта. Завенягин в то время был против отстранения Штеенбека от руководства проектом, так как считал, что специалисты ОКБ  еще не в полной мере переняли его знания и навыки, необходимые для внедрения центробежного метода в промышленность /8, с.136/.

Сообщение об аресте и устранении из руководства страны Берии вряд ли прибавило энтузиазма Штеенбеку. Он был лично знаком с Берией, которого в книге 1978 года называл не по фамилии, а просто «маршалом из состава высшего руководства страны», написал ему несколько писем с обещанием довести центрифужный проект до внедрения и ощущал его поддержку. Начиная с середины 1953 года  Штеенбек постепенно отстранялся от научного руководства проектом. В июле — августе он, наконец-то, вместо денежной компенсации воспользовался отпуском, во время которого они с Эмми любовались красотами озера Байкал /5, с.214/. Осенью в Ленинград в гости приехали мальчики Хенниг и Клаус, не видевшие отца с 1950 года, когда они с матерью и сестрой Лизелоттой с разрешения Берии уехали из Сухуми в ГДР и обосновались в городе Йена.

После отъезда сыновей из Ленинграда, у Штеенбека возникла мысль послать в Йену свой портрет, так сказать, в качестве своего предварительного представителя, причем живописный портрет. В Русском музее он обратил внимание на картину Иосифа Серебряного «Одинокий партизан», которая произвела на него сильное впечатление. Они с маститым художником договорились о цене и после почти сорока сеансов позирования, каждый — два раза по полчаса с перерывом для перекуса и беседы, портрет был готов. Под подписью художника стоит дата пятидесятилетия Штеенбека – 21 марта 1954 года, когда он находился в глубочайшей депрессии. Портрет, доставленный в Иену, родным понравился. Для супруги Марти на портрете Макс предстал, как живой. Сын Клаус написал, что он рассматривал портрет целый час и не нашел ни одной чужой черты. Сейчас портрет хранится в архиве города Йена.

Одна из основных причин депрессии была связана с тем, что в декабре 1953 года, возвращаясь с дачи, Штеенбек вдруг увидел левым глазом сразу три серпика луны, которые, частично перекрещиваясь, высоко маячили над световым куполом ночного города. Очки оказались в порядке. Диагноз врача гласил: в левом глазу четко выраженная катаракта. Теперь для него переставал существовать автобус, если он отдалялся более чем на пять метров. К счастью, катаракта довольно быстро «созрела», и левый глаз был успешно прооперирован хирургом А.А. Гастевым в ленинградской глазной клинике уже в апреле 1954 года /8, с.37/.

Весной 1954 года в официальной беседе Завенягин сообщил Штеенбеку о завершении секретных работ с участием немецких специалистов. Для того чтобы «остыть», им нужно было проработать в Советском Союзе еще около двух лет над какой-нибудь открытой темой, которую Штеенбек мог выбрать по своему усмотрению. Штеенбек выбрал работу в Киеве, где в Институте физики Украинской АН заведовал лабораторией по исследованию полупроводников. До отъезда в Киев в июне 1954 года немцы продолжали получать зарплату несколько месяцев, не покидая гостиницы в Ленинграде. В Киеве Шеффель по просьбе Штеенбека проводил кое-какие эксперименты в совершенно новой для него области. Циппе же отбывал два года «карантина», не влезая ни в какие новые проблемы. Он основательно занялся обобщением результатов проделанной работы по центрифугам и целеустремленно изучал русский язык, используя для этого энциклопедию /5, с.229/.

Из Киева Штеенбек дважды съездил в Одессу, где в глазной клинике прославленного профессора В.П. Филатова в 1955 году молодой хирург Шевелев прооперировал ему катаракту на правом глазу, а в начале 1956-го сделал повторную операцию левого глаза. Каждый раз его сопровождала Эмми, которая жила в одесской гостинице, пока он лежал в клинике. За проявленное внимание и заботу Штеенбек назвал ее «лучшим глазным хирургом».

27 июля 1956 года рейсом 117 Штеенбек из Москвы прибыл в Берлин, встретился с семьей, по-прежнему проживающей в Йене на территории ГДР. Циппе и Шеффель местом своего дальнейшего пребывания избрали ФРГ /8, с.139/.

2.6. Защита интеллектуальной собственности

Многие элементы, использованные в конструкции первой русской газовой центрифуги, по отдельности были ранее известны человечеству. Еще в 1732 году французский ученый Анри Пито с помощью изогнутой под углом трубки измерил скорость воды в реке Сена и описал прибор, известный сегодня под названием трубка Пито. Бесконтактный магнитный подшипник вверху и шарнир в виде точечной опоры внизу разрабатывал в конце XIX века английский инженер Сидней Эвершед в конструкции своего счетчика электроэнергии /патент US 611809 от 1898 года/. Молекулярный вакуумный насос с винтовыми канавками вдоль поверхности ротора изобрел во Франции Фернанд Хольвек в 1922 году, усовершенствовав насос с кольцевыми каналами немецкого пионера вакуумной техники Вольфганга Геде. Американский изобретатель Эдмунд Курек в 1924 году запатентовал способ извлечения азота и озона с помощью трубок Пито из вращающейся смеси газов в изобретенном им озонаторе /17/.

Теорией устойчивости вращающегося волчка на протяжении нескольких веков занимались десятки известных ученых из разных стран. Среди них профессор Петербургской Академии наук Леонард Эйлер, французские ученые Жозеф Лагранж, Луи Пуансо и многие другие. Наша соотечественница Софья Ковалевская, работая в Стокгольмском университете, написала в 1888 году научную работу о вращении твёрдого тела, которая принесла ей премию Парижской академии наук и мировую известность. Петр Капица в журнале технической физики за 1939 год (том IX, вып. 2) опубликовал исследование «Устойчивость и переход через критические обороты быстровращающихся роторов при наличии трения», результаты которого использовал при создании турбодетандера для получения жидкого воздуха.

Применение известных ранее устройств и способов по новому назначению, (как и устройство, способ, вещество, штамм микроорганизма, культура клеток), несомненно, признается объектом изобретения и представляет интеллектуальную собственность. Подробное описание всех элементов, конструктивные особенности и результаты испытаний короткой газовой центрифуги были отражены в научно-техническом отчете ОКБ, выпущенном 7 августа 1953 года во время отпуска Штеенбека. Список авторов на титульном листе отчета строго соответствовал должностной иерархии: главный конструктор ОКБ ЛКЗ Н.М. Синев; заместители главного конструктора Х.А.Муринсон и Э-С.А.Аркин; начальник КБ-6 Г.В.Кудрявцев; заместитель начальника КБ-6 В.И.Сергеев;  начальник испытательной лаборатории П.Ф.Василевский; инженер-конструктор И.Б.Старобин; ведущий инженер-испытатель А.С.Вознюк. Для закрепления авторских прав сотрудники ОКБ параллельно с выпуском отчета оформили несколько заявок на изобретения, связанные с конструкцией центрифуги.

В августе 1953 года были подготовлены заявки на изобретения «Принцип отбора продукта в центробежном методе разделения специальными  трубками» (соавторы Сергеев В.И.,  Старобин И.В., Кудрявцев Г.В. и Василевский П.Ф.) и «Торцевой электропривод ротора центрифуги центробежного метода разделения» (соавторы Кудрявцев Г.В., Сергеев В.И., Синев Н.М. и Удовиченко П.М.).  Заявки направили в отдел по изобретательству, организованный в ПГУ из пяти человек  специальным Постановлением СМ СССР от 27 января 1951 года № 251-118сс/оп  /12, т.2, кн.5, с. 271/. Оттуда заявки ОКБ попали на экспертизу в Лабораторию Измерительных приборов АН СССР (ЛИПАН - так в 1949 году стала называться Лаборатория №2) в Отдел приборов теплового контроля (ОПТК), руководимый И.К. Кикоиным. К удивлению авторов, заключения по их предложениям, за подписью сотрудника ОПТК Б.С. Чистова, оказались отрицательными. Ссылаясь на результаты исследований, полученных к тому времени в лаборатории Е.М. Каменева, автор заключения высказал сомнение в том, что скоростной напор вращающегося газа обеспечит достаточный поток газа через трубки Пито, и заключил на этом основании, что предложение ОКБ не представляет практического интереса. В отношении электропривода Б.С. Чистов не увидел принципиальной новизны торцевого электродвигателя, отметил трудности в его изготовлении и предложил отнести заявку к категории рационализаторских предложений /18/.

Несмотря на отрицательные отзывы, 22 декабря 1953 года авторы повторно направили заявку №780 на изобретение «Торцевой электропривод для центрифуг», а 25 января 1954 года авторским коллективом в составе: Кудрявцев Г.В., Сергеев В.И., Синев Н.М. и Старобин И.Б - была подготовлена еще одна заявка № 779 на изобретение способа отбора продукта в газовой фазе серповидно изогнутыми трубками. Однако, принятие решений о выдаче авторских свидетельств по заявленным изобретениям, затянулось на долгие лета. Как видно из копий документов, авторское свидетельство на изобретение № 92437 с приоритетом от 22.12.1953 было выдано 9 декабря 1975 года, а авторское свидетельство № 310639 с приоритетом от 25.01.1954 было выдано только 1 марта 1990 года /18, 19/.

Еще одно авторское свидетельство № 23286 на «Устройство для разделения газов с вертикальным ротором, вращающимся на игле в неподвижном корпусе» с приоритетом от 20.04.1953  было выдано раньше - 27 октября 1961 года после обращения Н.М. Синева к министру Е.П. Славскому /18/. Подробности о тернистом пути этого изобретения будут рассмотрены в одной из последующих частей.

2.7. Уточнение к 1-й части и дополнение

Уже после публикации 1-ой части автор ознакомился с книгой А.Е.Артамонова «Госдачи черноморского побережья Кавказа», выпущенной в конце 2018 года издательством «ЦЕНТР ПОЛИГРАФ».  Андрей Евгеньевич любезно предоставил отсутствующую в книге копию Постановления ГОКО № 9532сс от 23 июля 1945 года о передаче в НКВД СССР для специальных нужд дома отдыха "Синоп" Наркомздрава Абхазской АССР и санатория "Агудзеры" ВЦСПС. Здание для будущего размещения института «А» строилось в 1932-1934 годы как элитная  гостиница ЦИК СССР, которая вскоре после открытия была преобразована в «Дом отдыха ЦИК СССР «Синоп». Во время войны  дом отдыха "Синоп" и санаторий "Агудзеры, отведенные под госпитали, были переданы правительству Абхазской АССР.  Таким образом, следует уточнить, что в тексте 1-ой части вместо «санаторий "Синоп"» нужно везде читать «дом отдыха "Синоп"».

А.Е.Артамонов после прочтения 1-ой части задал вопрос, который заставляет задуматься: «Смогли бы наши ученые создать газовую центрифугу без исследований Макса Штеенбека?».
Ответ на этот вопрос может служить неким заключением к 1-й и 2-й частям истории и содержится, на мой взгляд, в пятистишии Пушкина:

«О, сколько нам открытий чудных

Готовят просвещенья дух,

И опыт, сын ошибок трудных,

И гений, парадоксов друг,

И случай, бог изобретатель» 

Точнее в пятой строке стиха, опущенной, по-видимому, из атеистических соображений из эпиграфа к популярной в СССР телепередаче Сергея Капицы «Очевидное – невероятное». Случай, как и просвещенье, и опыт, и гений, играет важную роль в научных открытиях и изобретениях. Если бы Штеенбек с сотрудниками не догадался ротор центрифуги выполнить в виде волчка с одной опорой (вместо двух подшипников на торцах цилиндра), то нельзя исключать, что это не придумал бы кто-нибудь другой. Я думаю, что рано или поздно это бы произошло. Конечно, идея Штеенбека, когда она из случайности превратилась в реальность, послужила хорошим импульсом конструкторам ОКБ ЛКЗ, которые внесли в центрифугу ряд не менее существенных предложений. Исследования центрифужного метода разделения в ЛИПАН СССР, о которых пойдет речь в следующей части, также начались с критического анализа центрифуги Штеенбека и сравнения ее с неудачной конструкцией центрифуги Фрица Ланге. В результате анализа всех идей и синтеза усилий нескольких коллективов сложилась концепция современной русской центрифуги, отличающейся простотой конструкции и низким потреблением энергии.

Литература (дополнение ко 2-й части)

12.Атомный проект СССР: Документы и материалы: В 3 т. // Под общ. ред. Л.Д. Рябева. — М.; Саров, 1998-2009. / http://militera.lib.ru/docs/da/atomny_proekt/index.html

13. Сергеев В.И., Создатель ЦКБМ//в сборнике «Синев Н.М. Мемуары и воспоминания» - М,. ИздАТ, 2000 (Творцы атомного века) - 208 с. илл. / http://elib.biblioatom.ru/text/sinev_2000/go,171/

14. Разработка и создание газоцентрифужного метода разделения изотопов в СССР (России) // Сборник статей под общ. ред. Сергеева В.И. — С.-Петербург, ЛНПП «Облик», 2002. — 496 с.

15. Zippe G. Historical review on the development of gas centrifuges for uranium enrichment // Sixth workshop proceedings of  SPLG - Japan: Nagoya University,1998.

16. Karl Cohen, The Theory of Isotope Separation as Applied to the Large Scale Production of U-235, 1951

17. Kurek Е., Isolation оf Gases. Patent US 1,708,067, 1929

18. Калитеевский А.К., «Начальный период разработки промышленных газовых центрифуг в ОКБ ЛКЗ (1952-1953)» // Презентация на юбилейной конференции ОАО «ТВЭЛ», посвященной 60-летию центрифужной технологии, г. Зеленогорск, 31 октября 2012 года / http://www.atomic-energy.ru/news/2012/11/09/37128/

19. Глухов Н.П., "Мировой приоритет России в создании промышленной центрифужной технологии разделения изотопов" // Презентация на семинаре по истории советского атомного проекта в ФИАН, Москва, 26 апреля 2012 года / http://www.pugwash.ru/news/archive2012/2824.html/

*****
(продолжение следует)







Это статья PRoAtom
http://www.proatom.ru

URL этой статьи:
http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=8443