В этом вопросе все пришлось пройти заново. Предстояло прежде всего разработать научную теорию расчета необходимой толщины ТЗП, как отныне стали называть теплозащитное покрытие, а затем и создать на основе этих расчетов необходимые новые материалы, способные надежно защитить корпус головной части от воздействия высоких температур.

По свидетельству Я.К. Голованова, согласно первым расчетам, проведенным применительно к межконтинентальной дальности, для защиты головной части требовалось покрытие толщиной чуть ли не в метр и весом около семнадцати тонн. "Ясно, что это глухой тупик, — пишет он. — Едва приступив к проектированию больших баллистических ракет, Королев, вновь используя свою многократно проверенную и почти всегда безотказную техническую интуицию, сразу почувствовал, что проблема теплозащиты "головы" — это тщательно замаскированный капкан на его пути, который может схватить намертво, так, что он и шагу вперед не сделает".

С проблемой ТЗП в янгелевском конструкторском бюро впервые вплотную столкнулись в 1955-56 годах, и связано это было с освоением на Южном машиностроительной заводе серийного производства ракеты Р-5 конструкции С.П. Королева. На этой ракете впервые была установлена головная часть с ядерным боевым оснащением. В проектировавшихся до этого головных частях С.П. Королева и М.К. Янгеля с обычным зарядом взрывчатого вещества роль теплоизолятора между металлом корпуса и взрывчатым веществом выполнял обычный картон.

На боковую поверхность головной части ракеты Р-5 наносилась обмазка ТМП-2, формировавшаяся на основе жидкого стекла. Существенным недостатком ее, как сразу выяснилось, была склонность к растрескиванию и отслоению от металлического корпуса.

— Освоение технологии нанесения покрытия, — по словам непосредственного участника тех событий инженера А.Ф. Барашонкова, — проходило в нервной обстановке. Работали круглосуточно, без выходных. Созданные бригады из технологов и конструкторов контролировали правильность действий рабочих и операторов на соответствие нормативно-технической, технологической и конструкторской документации. Любое отступление заносилось в технологические паспорта, и по ним принимались оперативные решения…

Технология была освоена, и первую партию корпусов отправили на снаряжение атомными зарядами на предприятия Министерства среднего машиностроения. Однако недостатки покрытия проявились вскоре, дав о себе знать уже по прибытии головных частей на снаряжательные заводы. При внешнем осмотре состояния поверхности корпусов были обнаружены трещины и отслоения обмазки, что и вынуждены были констатировать прибывшие представители конструкторских бюро С.П. Королева, М.К. Янгеля и Южного машиностроительного завода, а поэтому и подтвердить непригодность головных частей к дальнейшей эксплуатации.

Обстановка сложилась с непредсказуемыми последствиями. Создана и успешно прошла летно-конструкторские испытания новая ракета с дальностью, превышающей в два раза находившуюся на вооружении ракету Р-2, а надежная головная часть фактически отсутствовала. Выход нашли в замене материала теплозащитного покрытия и использовании для этих целей асбестовой ткани.

Разработана была и технология формирования ТЗП. Предварительно из листов асбестовой ткани шили конусообразные мешки определенных размеров по форме головной части. Затем их пропитывали бакелитовым лаком, подсушивали и последовательно надевали на изготовленный штатный корпус головной части. На мешки укладывались металлические обкладные листы, на которые затем натягивались резиновые вакуумные мешки и другая технологическая оснастка. Собранный таким образом своеобразный автоклав вместе с головной частью помещался в термическую печь. В ней при определенных давлении и температуре осуществлялся процесс полимеризации бакелитового лака и формирования теплозащитного покрытия. Это покрытие фигурировало под маркой АТ-1.

Поскольку в процессе полимеризации при высокой температуре одновременно происходило и приклеивание покрытия к корпусу, то сам процесс вошел в технологическую практику как горячий приклей. Однако именно горячий приклей и явился тем подводным камнем, который принес вскоре много неприятностей. Через некоторое время при дальнейшей работе с корпусом головной части из цеха завода, а также из смежной организации, куда отправлялись корпуса головных частей, стали поступать тревожные сигналы: головные части начали "стрелять". Как выяснилось, при температурных перепадах окружающего воздуха из-за разницы коэффициентов линейного расширения на границе асботекстолита и металлического корпуса возникали усилия, разрывавшие предварительно напряженный в процессе полимеризации клеевой слой. В результате теплозащитное покрытие "сползало" с металлического корпуса в сторону малого торца, а само явление сопровождалось звуковым эффектом — хлопком, что и дало возможность говорить о том, что корпуса головных частей начали "стрелять".

Потребовалось внесение изменений в технологический процесс изготовления покрытия. Собственно технология формирования теплозащитного покрытия была по существу сохранена. Однако перед укладкой асботекстолитовых мешков, пропитанных бакелитовым лаком, корпус головной части покрывался целлофановой пленкой, которая предотвращала горячий приклей ТЗП к металлической конструкции корпуса. Сформировавшийся асботекстолитовый кожух хорошо снимался с корпуса головной части. Произведя очистку поверхностей кожуха теплозащитного покрытия и металла корпуса от остатков целлофана и последующее обезжиривание поверхностей, на них наносился слой клея. А затем, после необходимой выдержки, кожух ТЗП "надевался" на корпус и происходило их склеивание. "Стрельба" теплозащиты прекратилась, началось серийное изготовление корпусов головных частей ракеты Р-5. Поскольку на первой ракете Р-12 в качестве ТЗП был принят также асботекстолит, то отработанная технология полностью использовалась для янгелевского первенца и также полностью себя оправдала.

Между тем, с ростом дальности полета головных частей, проблемы теплозащиты нарастали, как снежный ком. Достаточно сказать, что для межконтинентальных дальностей температура пограничного слоя воздуха в районе головной части достигает 8-10 тысяч градусов по Цельсию, а на поверхности теплозащитного покрытия до 2 тысяч градусов.

Эту трудную задачу пришлось на первых порах решать теоретикам: предстояло создать научно обоснованную методику расчета необходимой толщины теплозащиты. Когда были разработаны модели происходящих тепловых процессов и уноса ТЗП, оказалось, что все сводится к сложным математическим уравнениям. И эти трудности также были преодолены. В основе методики расчета необходимой толщины теплозащиты лежала теория ее разрушения, основной смысл которой заключался в том, что энергия, затрачиваемая на разрушение ТЗП, складывается из нескольких составляющих: теплоты нагрева, плавления и испарения материалов покрытия, теплоты физико-химических превращений, происходящих в теплозащите при ее нагреве и энергии ее механического разрушения. Разделив задачу на несколько частных, в целом затем ее можно было решать намного проще.

На основании принятой теории формулировались и основные требования к ТЗП. В его состав должны были входить тугоплавкие элементы и вещества с высокой теплоемкостью, высокой теплотой плавления и испарения, низкой теплопроводностью. Рецептурный состав теплозащиты должен был содержать элементы, взаимодействие между которыми при нагреве сопровождалось поглощением тепла, то есть должна происходить экзотермическая реакция. Достоверность разработанных методов расчета необходимых толщин теплозащиты при дальнейшей отработке была доказана не только результатами телеметрических измерений уноса ТЗП, полученных в процессе летных испытаний. Впервые в практике летно-конструкторской отработки были применены головные части, оснащенные парашютной системой. Спасаемые головные части давали исчерпывающую информацию о состоянии покрытия после выполнения возложенных на него функций.