Le projet R-3 avait commencé en 1949 et a servi de point de départ aux études sur le premier ICBM soviétique. Parallèlement aux premiers travaux sur le R-3 au cours des années 1949-50, les ingénieurs du NII-88 s’étaient engagés dans la construction d'un plan stratégique à long terme. A la fin de 1950, ce plan englobait trois domaines d'intérêt ou « thèmes » spécifiques, comme les appelaient les ingénieurs soviétiques :

• Le thème N1 dédié à la conception d'un nouveau missile à un étage d'une portée de 3 000 kilomètres.

• Le thème N2 dédié à la création d'un missile utilisant des propergols stables.

• Le thème N3 axé sur le développement d'un ICBM soviétique.

Le Conseil des ministres a approuvé officiellement ce nouveau programme de recherche nommé « Recherche complexe et détermination des caractéristiques tactiques de vol de base des missiles balistiques à longue portée » par un décret gouvernemental daté du 4 décembre 1950.

Le thème N1 intégrait les travaux déjà commencés sur l'ambitieux missile R-3 avec ces deux grandes innovations de conception : l'utilisation de réservoirs intégrés pour les deux propulseurs et l'élimination des gouvernails en graphite pour le guidage. Les deux devaient être testés sur le missile expérimental R-3A. En 1951, le NII-88 a préparé « Le plan du missile expérimental R-3A avec une portée de vol améliorée », document technique final contenant les plans de fabrication de la fusée. Les essais en vol du missile devaient commencer à Kapustin Yar en octobre 1951. Mais le programme du programme R-3 s'est avéré trop optimiste. Compte tenu des progrès technologiques requis, il n'est pas surprenant que les ingénieurs soviétiques se soient heurtés à de graves problèmes de conception, provoquant un retard de deux ans. Un historien officiel du NII-88 a rappelé plus tard que :

... de graves difficultés ont empêché le développement du moteur R-3. Lorsqu’il est devenu évident que ces problèmes conduiraient à retarder énormément la production du missile R-3, Korolev a été blâmé pour avoir été trop optimiste. Les critiques ont déclaré qu'une portée de 1 000 km aurait dû être retenue et l’évolution de la fusée aurait dû être progressive comme il l'avait été avec la fusée R-2.[1]

Korolev a reporté le problème sur les équipes de Glushko, pensant réellement, que Glushko avait commis une erreur en essayant de mettre à l'échelle l'ancien moteur allemand A-4 pour créer le moteur RD-110 pour le R-3. Plus la chambre de combustion était grande, plus le risque que le mélange des carburants ne soit pas optimum. Le principal problème de Glushko était lié à l'utilisation de la nouvelle combinaison oxygène liquide (LOX) et kérosène. Le nouveau mélange entraînait une pression dans la chambre de combustion plus élevée, nécessitant des parois plus épaisses. Cela rendait le moteur plus lourd. Cette pression plus élevée provoquait des problèmes de refroidissement du moteur. Les exigences étaient beaucoup plus fortes que pour le moteur allemand du A-4. Le refroidissement exigeait des parois minces pour la chambre de combustion qui ne résisterait pas aux pressions internes élevées. Mis en difficulté, Glushko a dû recourir à une idée d'un autre concepteur de moteurs renommé, Aleksey M. Isayev, qui pendant son passage au NII-1 au milieu des années 1940 avait effectué des recherches révolutionnaires sur les moteurs fusés à propergol liquide à forte poussée. L’idée de Isayev, dérivée des travaux du Laboratoire de Dynamique des Gaz et du scientifique allemand Sanger dans les années 1930, intégrait de fines « nervures » autour de chaque chambre de combustion pour permettre au liquide de refroidissement de passer autour de la chambre. Une telle conception permettait de résoudre les problèmes de hautes pressions, de températures et de flux de chaleur, tout en générant une impulsion spécifique[2] élevée.

Les explosions liées aux vibrations pendant les essais ont continuellement retardé le développement du moteur RD-110, laissant à penser que l'ensemble du projet pourrait être retardé de deux ans. En 1951, quatre ans après le début des travaux sur le RD-110, Glushko n'avait effectué avec succès que des essais hydrauliques de son immense chambre de combustion, de la turbopompe, du générateur de gaz et de certains sous-systèmes. Il n'y avait toujours pas eu d'essais au sol intégrés. A la fin de l'année, Glushko a suspendu temporairement le développement continu du RD-110. Les travaux sur le

Esquisse du R-3A. La configuration réelle n'a jamais été publiée, mais il semble qu'il s'agisse d'un corps conique tel que recommandé par Gröttrup équipé d'un moteur R-2.

moteur concurrent D-2 du concepteur en chef Polyarniy au NII-1 ont également échoué, à cause des innovations excessives que nécessitait le projet.

Les problèmes avec les moteurs du R-3 ont obligé Korolev à réévaluer complètement ses projets. Ayant promis aux forces armées soviétiques un missile d’une portée de 3 000 kilomètres, il ne pouvait rien fournir de plus que la modeste fusée R-2 d'une portée de 600 kilomètres. Au printemps 1951, Korolev s’est tourné vers le missile expérimental R-3A d'une portée de 900 kilomètres, qui était proche des essais en vol. En utilisant ce dernier comme prototype, il serait peut-être possible d'augmenter ses systèmes et de créer un « nouveau » missile d'une portée d'environ 1 200 kilomètres. Il a demandé à ses ingénieurs de travailler sur le sujet, et en quelques mois, le 30 octobre 1951, ils ont achevé un projet de nouveau missile, désigné par le R-5. Contrairement au R-3, ce missile stratégique était le résultat d'améliorations progressives des fusées soviétiques déjà existantes. De ce fait, Korolev et l'armée semblaient avoir beaucoup plus confiance dans le nouveau programme que dans le trop ambitieux R-3. Le développement du R-5 a été réalisé dans le cadre du programme original du thème N1, il n'y a pas eu besoin d'approbation formelle par le gouvernement soviétique. Un décret officiel du Conseil des ministres du 13 février 1953 a mentionné pour la première fois la fusée dans un document précisant le calendrier de ses essais.

Le missile R-5 incorporait tout de même de nombreuses caractéristiques de conception prévues pour le R-3. Ainsi, les ingénieurs ont développé un nouvel ensemble de servomoteurs de fonctionnement plus rapides pour les petits gouvernails aérodynamiques afin de compenser la réduction de la taille des ailettes de stabilisation principales. Le système de guidage du missile, développé au NII-885 sous la direction du concepteur en chef Pilyugin, utilisait des intégrateurs d'accélération longitudinale, ce qui permettait d'améliorer la précision du temps de coupure du moteur, améliorant ainsi la précision du ciblage. Une équipe du NII-88 a développé un blindage thermique spécial pour l'ogive, qui devait rentrer dans les couches supérieures de l'atmosphère à une vitesse de 3 000 mètres par seconde, bien au-dessus de tout ce qui avait été construit auparavant. Les réservoirs du propulseur faisaient partie intégrante du châssis du missile, la fusée avait donc une apparence nettement différente de celle des R-1 et R-2. La masse nominale était réduite d’une tonne par rapport au R-2. Le rapport propulseur/masse était ainsi augmenté de 4,2 à 6,6. L'unité de propulsion du R-5 était le nouveau moteur RD-103, une variante modifiée du RD-101 utilisé sur le R-2. Développé par OKB-456 de Glushko, ce nouveau moteur à chambre unique avait une poussée sous vide de cinquante et une tonnes, soit une augmentation de 60 pour cent par rapport au modèle précédent ! Les performances étaient au maximum des possibilités de réalisation soviétique avec un mélange utilisant du LOX et de l'alcool. Contrairement aux véhicules R-1 et R-2, le R-5 avait un cadre complètement cylindrique et un rapport hauteur/largeur élevé de 12,5 (contre 10,7 pour le R-2). L’ensemble de ces facteurs contribuaient à des améliorations significatives de la portée du missile, malgré une taille globale similaire. Le R-5 mesurait 20,74 mètres de long et 1,66 mètre de diamètre de base. La masse totale au décollage était de 28,57 tonnes. Les exigences initiales précisaient que le missile devait pouvoir transporter un explosif d'une tonne sur une distance de 1 200 kilomètres.

Projet du missile R-5

Korolev s'est envolé de Moscou le 5 mars 1953 pour les préparatifs du premier lancement. A son arrivée à Kapustin Yar, il a appris qu'après presque trente ans de règne impitoyable sur l'Union soviétique, Staline était décédé au Kremlin. Malgré les purges dévastatrices, les innombrables camps de travail et l’effondrement de la société civile, cette nouvelle restait un choc pour des millions de soviétiques. Chertok a raconté que lors de l’annonce officielle de la mort de Staline, de nombreux militaires qui avaient traversé la guerre, aguerri à la dureté, avaient fondu en larmes. Une seule question était sur les lèvres de millions de personnes : « Que va-t-il se passer maintenant ? comment allons-nous vivre ? ». A Kapustin Yar , tout ce qui avait été créé pour la technologie des missiles, tant sur le champ de tir que dans le pays, avait été sa volonté, visant à protéger le pays et chaque soviétique de l’agression inévitable de l’impérialisme américain. Pendant les jours qui ont suivi cette annonce, de nombreuses interrogations se sont posées sur le devenir de l'Union soviétique. Alors que l'avenir du programme de missiles balistiques devenait incertain, les ingénieurs des divers bureaux de conception et instituts continuaient de préparer le premier lancement du R-5.

Celui-ci était initialement prévu entre le 1er et 3 mars, mais les bulletins météorologiques annonçaient la présence ‘une forte couverture nuageuse, incitant le commandant de Kapustin Yar , le Major-Général Voznyuk, à reporter le lancement. Les bulletins météorologiques se sont avérés finalement pessimistes et Korolev a dirigé la tentative de lancement le dimanche 15 mars, dix jours après le décès de Staline. Malheureusement, la fusée n’a pas quitté le sol suite à des problèmes d’allumage. Une deuxième tentative de lancement, le 18 mars, a échoué aussi. Une troisième tentative de lancement a eu lieu le 2 avril. Pour la première fois, le missile a effectué son vol avec succès, validant ainsi l'introduction d'une nouvelle génération de missiles balistiques dans l'arsenal soviétique. Malgré des échecs mineurs, la première série de lancements du R-5 a pris officiellement fin le 23 mai 1953, avec le huitième lancement. Une deuxième série de sept lancements a eu lieu entre le 30 octobre et le 9 décembre 1953, également de Kapustin Yar . Sur un total de quinze missiles lancés au cours des deux séries, seuls deux véhicules n’ont pas réussi à atteindre leurs objectifs finaux. Fin 1953, pour valider les modifications apportées à la suite des premiers lancements, une série de tests finaux ont été programmée pour le milieu de 1954.

Missile R-5 sur son pas de tir

Lancement missile R-5 en 1953

Il me paraît souhaitable de nous arrêter quelques instants sur les propulseurs. Le propulseur est le mélange chimique qui, une fois brûlé, produit la poussée d’une fusée. Il se compose d'un carburant et d'un comburant. Il existe trois types de propulseurs en fonction de leur état : liquide, solide ou hybride.

Dans une fusée à propergol liquide, le carburant et le comburant sont stockés dans des réservoirs séparés et sont acheminés via un système de tuyaux, de vannes et de turbopompes vers une chambre de combustion où ils sont combinés et brûlés pour produire une poussée. Les moteurs à propergol liquide sont plus complexes que leurs homologues à propergol solide mais ils offrent une impulsion spécifique élevée. La température de stockage est également importante. Un ergol à basse température de stockage, c'est-à-dire un cryogénique, nécessitera une isolation thermique, augmentant la masse du lanceur. La toxicité du propulseur est également importante. Des risques pour la sécurité existent lors de la manipulation, du transport et du stockage de composés hautement toxiques. Les propulseurs liquides utilisés dans les fusées peuvent être classés en trois types : pétrole, cryogènes et hypergols. Les carburants pétroliers sont un mélange d'hydrocarbures complexes, c'est-à-dire de composés organiques ne contenant que du carbone et de l'hydrogène. Le pétrole utilisé comme carburant de fusée est un type de kérosène hautement raffiné, appelé RP-1. Les propulseurs cryogéniques sont des gaz liquéfiés stockés à très basse température, le plus souvent de l'hydrogène liquide (LH 2) comme carburant et de l'oxygène liquide (LO 2 ou LOX) comme comburant. L'hydrogène reste liquide à des températures de -253°C et l'oxygène reste à l'état liquide à des températures de -183°C. Ils sont difficiles à stocker sur de longues périodes. C’est pour cette raison qu’ils sont difficiles à utiliser dans des opérations militaires. Par contre, l'hydrogène liquide délivre une impulsion spécifique d'environ 30 à 40 % supérieure à la plupart des autres carburants pour fusées. Les propulseurs hypergoliques sont des carburants et des oxydants qui s'enflamment spontanément au contact les uns des autres et ne nécessitent aucune source d'inflammation. Cette facilité d’allumage les rend idéaux pour les systèmes de manœuvre des engins spatiaux. De plus, les hypergols restants liquides aux températures normales, ils ne posent pas de problème de stockage comme les ergols cryogéniques. Les hypergols sont hautement toxiques et doivent être manipulés avec une extrême prudence. Les carburants hypergoliques comprennent généralement l'hydrazine, la monométhylhydrazine (MMH) et la diméthylhydrazine asymétrique (UDMH). L'oxydant est généralement le tétroxyde d'azote (NTO) ou l'acide nitrique.

Les moteurs à propergol solide sont les plus simples. Ils sont constitués d'un contenant, généralement en acier, rempli d'un mélange de composés solides (combustible et comburant) qui brûlent à une vitesse rapide, expulsant les gaz chauds d'une tuyère pour produire une poussée. Contrairement aux moteurs à propergol liquide, les moteurs à propergol solide ne peuvent pas être arrêtés. Une fois enflammés, ils brûleront jusqu'à épuisement du propulseur. Il existe deux familles de propergols solides : homogènes et composites. Les deux types sont denses, stables aux températures ordinaires et facilement stockables.

Le Concepteur en chef Isayev du NII-1 et son groupe avaient, après-guerre, étudié un petit moteur de poussée de huit tonnes développé à l'origine par des ingénieurs allemands pour le missile de surface Wasserfall. Les travaux de développement d'une copie du moteur avaient commencé en 1946 en s’appuyant sur la création d'une copie soviétique du Wasserfall, désigné le R-101. Les essais au sol du moteur, au début infructueux, avaient commencé en février 1948 sous la direction de Isayev. En juillet 1947, ce dernier avait été nommé chef de sa propre section de conception, l’OKB-2 de l'Institut de recherche scientifique NII-1 du ministère de l'Aviation, dédié uniquement à la technologie des fusées. Mécontent du soutien de l'état sur ses recherches à l'institut, l'ensemble de son département de vingt-deux personnes avait été transféré au NII-88 par une ordonnance datée du 1er juillet 1948. Le passage du secteur de l'aviation (qui contrôlait le NII-1) au secteur de l'armement (qui contrôlait le NII-88) avait renforcé les contacts entre Korolev et Isayev, les réunissant pour travailler sur le thème N2. Les essais du moteur Wasserfall s’étaient poursuivis et le 1er août 1950, il avait effectué son premier tir d'essai au sol avec succès. Bien que le programme R-101 ait finalement pris fin en 1950, les performances réussies du moteur de Isayev avaient incité Korolev à unir leurs forces pour développer une nouvelle version dans le programme du thème N2.

Le thème N2, effectuée pendant la même période à l’OKB-1, ouvrait un nouveau domaine de recherche pour l'industrie des fusées soviétiques : l'utilisation de propulseurs stockables. A la fin des années 40, les officiers des forces armées s’étaient inquiétés des limites de l'utilisation de missiles propulsés par des propulseurs cryogéniques. Le LOX devait être maintenu à des températures extrêmement froides. Si des missiles telles que le R-1 ou le R-2 étaient laissés sur la rampe de lancement pendant de longues périodes, il serait extrêmement difficile de maintenir ce niveau de température. Le temps de préparation des missiles était trop long en cas de conflit., Korolev a lancé le thème N2 pour résoudre ce problème et pour développer une fusée tactique de courte portée possédant les modestes performances du R-1, mais utilisant des propulseurs hypergoliques (c'est-à-dire auto-inflammables et stockables).

Isayev avait travaillé en Allemagne à Lehesten sur les moteurs du A-4, où il avait été ensuite remplacé par Glushko. La nomination d’Isayev en tant que leader technique des moteurs stockables n’était pas une menace pour Glushko, mais elle montrait clairement que les Dirigeants soviétiques ne souhaitaient pas faire confiance à un seul homme.

La fusée construite par Korolev et Isayev dans le cadre du thème N2, connu sous le nom de R-11, a été créé dans un laps de temps remarquablement court. Son moteur principal était le S2.253, développé sur la base de l'ancien moteur allemand Wasserfall, il utilisait de l'acide nitrique et un dérivé du kérosène comme propergol. Le missile a fait l'objet de trois séries d'essais de 1953 à 1955 et a été officiellement adopté par les militaires le 13 juillet 1955. A l'époque, le R-11 a remplacé complètement le R-1 en URSS. Pour la première fois, les dirigeants militaires ont pris conscience de l'intérêt d'utiliser des propulseurs hypergoliques et stockables dans les missiles au lieu de composants plus à haute énergie tels que LOX. L'expérience d'Isayev dans l'utilisation de ces propulseurs a contribué de manière significative au succès futur du programme spatial soviétique. Son OKB-2 sera chargé de développer des moteurs de

R-11, version montée sur un lanceur mobile à chenilles

vaisseau spatial. Le missile R-11 lui-même a une histoire intéressante. Le R-11 avait une portée de 270 kilomètres, avec une masse au lancement de seulement 5,4 tonnes métriques. Il était armé d'une tête explosive conventionnelle d'une masse de 535 kilogrammes et a été mis en service en 1955. Il a été largement utilisé via plusieurs versions modifiées dans des conflits armés par de nombreux pays, y compris l'Égypte lors de la guerre de 1973 contre Israël et l'Irak pendant la guerre du golfe Persique en 1991.

Une version montée sur un lanceur mobile à chenilles a été mise en service en 1956. Cette version le R-11M disposait d'un système de guidage préprogrammé plus récent, le missile disposait d’une grande précision de frappe. Pour Korolev, le développement du R-11 n’était qu’une étape intermédiaire. Son véritable rêve restait la création d'un ICBM qui pourrait atteindre la vitesse orbitale. Ce sujet était porté par le thème N3 du programme stratégique.

[1] Biryukov. "The R-3 Rocket Project Developed in the U.S.S.R."; Biryukov, "Materials in the Biographical Chronicles." pp. 230-31; Semenov, ed., Raketno-Kosmicheskaya Korporatsiya. p. 197, cite par Asif A. Siddiqi dans Challenge to Apollo: The Soviet Union and The Space Race, 1945-1974, University Press of Florida, 2000

[2] L'impulsion spécifique indique combien de kilogrammes de poussée sont obtenues par la consommation d'un kilogramme de propulseur en une seconde. L'impulsion spécifique est caractéristique du type de propulseur, cependant, sa valeur exacte variera dans une certaine mesure avec les conditions de fonctionnement et la conception du moteur-fusée.

Plan du missile R-5