Первый полет «Союз МС»: полвека эволюции. Первый космический корабль планеты земля Настоящий полёт в бессмертие

«Первый космический корабль стартует с Земли со скоростью 0,68 с...» Так начинается текст задачи в учебнике по физике для учеников 11 класса, призванной способствовать закреплению в их сознании основных положений релятивистской механики. Итак: «Первый космический корабль стартует с поверхности земли со скоростью 0,68 c. Второй аппарат начинает движение с первого в том же направлении со скоростью V2 = 0,86 с. Необходимо вычислить скорость второго судна относительно планеты Земля».

Желающие проверить свои знания могут потренироваться в решении этой задачи. Можно также вместе со школьниками принять участие в решении теста: «Первый космический корабль стартует с поверхности земли со скоростью 0,7 с. (с — обозначение скорости света). Второй аппарат начинает движение с первого в том же направлении. Его скорость - 0,8 с. Следует вычислить скорость второго судна относительно планеты Земля».

У тех, кто считает себя сведущим в этом вопросе, имеется возможность сделать выбор - предлагаются четыре варианта ответов: 1) 0; 2) 0,2 с; 3) 0,96 с; 4) 1,54 с.

Важной дидактической целью авторы данного урока выдвигают ознакомление учащихся с физическим и философским смыслом постулатов Эйнштейна, сущностью и свойствами релятивистского понятия времени и пространства и т.д. Воспитательной целью урока является выработка у юношей и девушек диалектико-материалистического мировоззрения.

Но читатели статьи, знакомые с историей отечественных космических полетов, согласятся с тем, что задачи, в условиях которых упоминается выражение «первый космический корабль», способны сыграть более значительную воспитательную роль. При желании учителем с использованием этих задач могли бы быть раскрыты как познавательный, так и патриотический аспекты вопроса.

Первый космический корабль в космосе, успехи отечественной космической науки вообще - что об этом известно?

О значении космических исследований

Космическими исследованиями были внесены в науку ценнейшие данные, которые позволили постичь суть новых явлений природы и поставить их на службу людям. Используя искусственные спутники, ученые смогли определить точную форму планеты Земля, при помощи изучения орбиты стало возможным проследить за районами магнитных аномалий в Сибири. С применением ракет и спутников смогли открыть и исследовать радиационные пояса вокруг Земли. С их помощью стало возможным решение многих других сложных проблем.

Первый космический корабль, посетивший Луну

Луна - небесное тело, с которым связаны наиболее эффектные и впечатляющие успехи космической науки.

Полет к Луне впервые в истории был осуществлен 2 января 1959 автоматической станцией «Луна-1». Первый запуск искусственного был значительным прорывом в сфере освоения космического пространства. Но главная цель проекта не была достигнута. Она заключалась в осуществлении перелета с Земли на Луну. Запуск спутника позволил получить ценную научную и практическую информацию, касающуюся полетов к другим космическим телам. В ходе осуществления полета «Луны-1» была развита (впервые!) вторая Кроме того, стало возможным получение данных о радиационном поясе земного шара, добыты другие ценные сведения. Мировая печать присвоила космическому аппарату «Луна-1» имя «Мечта».

АМС «Луна-2» повторяла предшественницу практически полностью. Используемые приборы и оборудование позволяли вести наблюдение за межпланетным пространством, а также корректировать сведения, полученные "Луной-1". Запуск (12 сентября 1959) также осуществлялся с использованием РН 8К72.

14 сентября «Луна-2» достигла поверхности природного спутника Земли. Был совершен первый в истории полет с нашей планеты на Луну. На борту АМС содержались три символических вымпела, на которых стояла надпись: «СССР, сентябрь 1959». В середину был помещен металлический шар, который при ударе о поверхность небесного тела разлетался на десятки мелких вымпелов.

Задачи, поставленные перед автоматической станцией:

• достижение поверхности Луны;
• развитие второй космической скорости;
• преодоление тяготения планеты Земля;
• доставка на лунную поверхность вымпелов «СССР».

Все они были выполнены.

«Восток»

Это был самый первый космический корабль в мире из всех, выведенных на орбиту Земли. Академиком М. К. Тихонравовым под руководством знаменитого конструктора С. П. Королева разработки проводились в течение долгих лет, начиная с весны 1957 г. В апреле 1958-го стали известны приблизительные параметры будущего корабля, а также и его общие показатели. Предполагалось, что первый космический корабль будет иметь вес около 5 тонн и что при входе в атмосферу ему потребуется дополнительная теплозащита весом около 1,5. Кроме того, было предусмотрено катапультирование пилота.

Создание экспериментального аппарата закончилось в апреле 1960-го. Летом были начаты его испытания.

Первый космический корабль «Восток» (фото его ниже) состоял из двух элементов: приборного отсека и спускаемого аппарата, соединенных между собой.

Судно было оснащено ручным и автоматическим управлением, ориентацией на Солнце и Землю. Кроме того, имелись приземление, терморегулировка и электропитание. Борт был рассчитан на полет одного пилота в скафандре. В судне имелось два иллюминатора.

Первый космический корабль отправился в космос в 1961-м, 12 апреля. Сейчас эта дата празднуется как День космонавтики. В этот день Ю.А. Гагарин вывел на орбиту первое в мире космическое судно. Им был произведен оборот вокруг Земли.

Главной задачей, которую выполнял первый космический корабль с человеком на борту, было исследование самочувствия и работоспособности космонавта за пределами нашей планеты. Успешным полетом Гагарина: нашего соотечественника, первого человека, увидевшего Землю из космоса - развитие науки было выведено на новую ступень.

Настоящий полёт в бессмертие

«Первый космический корабль с человеком на борту был выведен на орбиту Земли 12 апреля 1961 года. Первым пилотом-космонавтом корабля-спутника "Восток" стал гражданин СССР, летчик, майор Гагарин Ю. А.»

Слова из памятного сообщения ТАСС навсегда остались в истории, на одной из наиболее знаменательных и ярких ее страниц. По истечении десятилетий полеты в космос превратятся в обычное, будничное явление, но полет, совершенный человеком из небольшого городка в России - Гжатска - навсегда остался в сознании многих поколений как великий человеческий подвиг.

Космическая гонка

Между Советским Союзом и США в те годы шло негласное соревнование за право играть ведущую роль в деле завоевания космоса. Лидером соревнования был Советский Союз. У США недоставало мощных ракет-носителей.

Советской же астронавтикой уже была проверена их работа в январе 1960 г. в ходе испытаний в районе Тихого океана. Всеми крупными газетами мира публиковалась информация, что в СССР скоро будет запущен человек в космос, что, безусловно, оставит США позади. Все люди мира ждали первого полета человека с огромным нетерпением.

В апреле 1961-го человек впервые взглянул на Землю из космоса. «Восток» устремился навстречу Солнцу, вся планета следила за этим полетом у радиоприемников. Мир был потрясен и взволнован, все неотрывно наблюдали за ходом величайшего в истории человечества эксперимента.

Минуты, которые потрясли мир

«Человек в космосе!» Этим известием была прервана на полуслове работа радио и телеграфных агентств. «Советами запущен человек! Юрий Гагарин в космосе!»

«Востоку» на то, чтобы облететь планету, понадобились всего 108 минут. И эти минуты не только свидетельствовали о скорости полета космического борта. Это были первые минуты новой космической эры, именно поэтому ими так был потрясен мир.

Гонка между двумя сверхдержавами за звание победителя в борьбе за освоение космоса завершилась победой СССР. В мае США по баллистической траектории также запустили человека в космос. И все же начало выхода человека за пределы атмосферы Земли было положено советскими людьми. Первый космический корабль «Восток» с космонавтом на борту был послан именно Страной Советов. Этот факт явился предметом необычайной гордости советских людей. Причем полет длился дольше, проходил гораздо выше, шел по значительно более сложной траектории. Кроме того, первый космический корабль Гагарина (фото представляет его внешний вид) нельзя сравнить с капсулой, в которой совершил полет американский пилот.

Утро эры космоса

Эти 108 минут изменили жизнь Юрия Гагарина, нашей страны и всего мира навсегда. После того как вышел корабль с человеком на борту, это событие люди Земли стали считать утром космической эры. На планете не было человека, который пользовался бы такой огромной любовью не только своих сограждан, но и людей всего мира, вне зависимости от национальной принадлежности, политических и религиозных убеждений. Его подвиг явился олицетворением всего лучшего, созданного человеческим разумом.

«Посол мира»

Облетев Землю на корабле «Восток», Юрий Гагарин отправился в путешествие по странам мира. Всем хотелось увидеть и услышать первого в мире космонавта. Его одинаково радушно принимали премьер-министры и президенты, великие князья и короли. А также Гагарина радостно встречали шахтеры и докеры, военные и ученые, студенты великих университетов мира и старейшины заброшенных селений в Африке. Первый космонавт был одинаково прост, дружелюбен и приветлив со всеми. Это был настоящий «посол мира», признанный народами.

«Один большой и прекрасный человеческий дом»

Дипломатическая миссия Гагарина была для страны очень важной. Никто бы не смог настолько успешно, как это сделал первый побывавший в космосе человек, завязать узелки дружбы между людьми и народами, соединить мысли и сердца. Он обладал незабываемой, обворожительной улыбкой, удивительной доброжелательностью, которые объединяли людей разных стран, различных убеждений. Необыкновенно убедительными были его страстные, идущие от всего сердца выступления, призывающие к миру во всем мире.

«Я видел, как красива Земля, - говорил Гагарин. - Из космоса неразличимы границы государств. Наша планета выглядит из космоса как один большой и прекрасный человеческий дом. Все честные люди Земли ответственны за порядок и мир в своем доме». Ему безгранично верили.

Невиданный взлет страны

На рассвете того незабываемого дня он был знаком ограниченному кругу людей. В полдень его имя узнала вся планета. К нему потянулись миллионы, его полюбили за доброту, молодость, красоту. Для человечества он стал предвестником будущего, разведчиком, вернувшимся из опасного поиска, открывшим новые пути к познанию.

В глазах многих он олицетворял свою страну, был представителем народа, в свое время внесшего огромный вклад в победу над фашистами, а теперь первым поднявшегося в космос. Имя Гагарина, которому было присвоено звание Героя Советского Союза, стало символом невиданного взлета страны к новым высотам социального и экономического прогресса.

Начальный этап исследования космоса

Еще до совершения знаменитого полета, когда первый космический корабль с человеком на борту был запущен в космос, Гагарин задумывался о том, какое значение для людей имеет освоение космоса, для чего нужны могучие корабли и ракеты. Зачем монтируются телескопы и рассчитываются орбиты? Для чего взлетают спутники и поднимаются антенны радиостанций? Он очень хорошо понимал насущную необходимость и важность этих дел и стремился внести свою лепту в начальный этап исследования человеком космоса.

Первый космический корабль «Восток»: задачи

Основными научными задачами, которые стояли перед кораблем «Восток», были следующие. Во-первых, изучение воздействия условий полёта на орбите на состояние организма человека и его работоспособность. Во-вторых, проверка принципов построения космических кораблей.

История создания

В 1957 г. С.П. Королёвым в рамках научного ОКБ был организован специальный отдел № 9. В нем предусматривалось проведение работ по созданию искусственных спутников нашей планеты. Отдел возглавлялся соратником Королёва М.К. Тихонравым. Также здесь исследовались вопросы создания спутника, пилотируемого человеком на борту. В качестве ракеты-носителя рассматривалась королёвская Р-7. По расчётам, ракета с третьей степенью защиты была в состоянии вывести пятитонный груз на низкую околоземную орбиту.

В расчетах на ранней стадии разработки принимали участие математики Академии наук. Было сделано предупреждение, что десятикратная перегрузка может привести к баллистическому спуску с орбиты.

В отделе исследовались условия осуществления этой задачи. Пришлось отказаться от рассмотрения крылатых вариантов. Как наиболее приемлемый способ возвращения человека изучались возможности его катапультирования и дальнейшего спуска на парашюте. Отдельного спасения спускаемого аппарата при этом не предусматривалось.

В ходе проводимых медицинских исследований было доказано, что наиболее приемлемой для человеческого организма является сферическая форма спускаемого аппарата, позволяющая выдерживать значительные нагрузки без серьёзных последствий для здоровья космонавта. Именно сферическая форма была выбрана для производства спускаемого аппарата пилотируемого судна.

Первым был отправлен корабль «Восток-1К». Это был автоматический полёт, который состоялся в мае 1960 г. Позднее создали и отработали модификацию «Восток-3КА», которая была полностью готова к проведению пилотируемых полётов.

Кроме одного неудавшегося полета, закончившегося аварией ракеты-носителя на самом старте, программой был предусмотрен запуск шести беспилотных аппаратов и шести пилотируемых космических кораблей.

Программой осуществлены:

• проведение полета человека в космос - первый космический корабль «Восток 1» (фото представляет изображение судна);
• полёт длительностью в сутки: «Восток-2»;
• проведение групповых полётов: «Восток-3» и «Восток-4»;
• участие в космическом полёте первой женщины-космонавта: «Восток-6».

«Восток»: характеристики и устройство корабля

Характеристики:

• вес - 4,73 т;
• длина - 4,4 м;
• диаметр - 2,43 м.

Устройство:

• сферический спускаемый аппарат 2,3 м);
• орбитальный и конический приборные отсеки (2,27 т, 2,43 м) - предусмотрено их механическое соединение между собой при помощи пиротехнических замков и металлических лент.

Оснащение

Автоматическое и ручное управление, автоматическая ориентация на Солнце и ручная ориентация на Землю.

Жизнеобеспечение (предусмотрено на протяжении 10 суток поддержание внутренней атмосферы, соответствующей параметрам атмосферы Земли).

Командно-логическое управление, электропитание, терморегулирование, приземление.

Для работы человека

С целью обеспечения работы человека в космосе борт был оснащен следующей аппаратурой:

• автономные и радиотелеметрические устройства, необходимые для осуществления контроля состояния космонавта;
• устройства для радиотелефонной связи с наземными станциями;
• командная радиолиния;
• программно-временные устройства;
• телевизионная система для наблюдения за пилотом с Земли;
• радиосистема для осуществления контроля орбиты и пеленгации судна;
• тормозная двигательная установка и другие.

Устройство спускаемого аппарата

В спускаемом аппарате было два иллюминатора. Один из них располагался на входном люке, немного выше головы пилота, другой, со специальной системой ориентации, размещался в полу у его ног. Одетый в располагался в катапультируемом кресле. Предусматривалось, что после проведения торможения спускаемого аппарата на высоте 7 км космонавт должен катапультироваться и на парашюте совершить приземление. Кроме того, имелась возможность приземления пилота внутри самого аппарата. В спускаемом аппарате имелся парашют, но не было предусмотрено оснащение средствами для мягкой посадки. Это грозило находящемуся в нём человеку серьёзными ушибами при приземлении.

Если бы отказали автоматические системы, космонавт мог бы использовать ручное управление.

В кораблях «Восток» не было приспособлений для полётов человека на Луну. В них был недопустимым полёт людей без специальной подготовки.

Кто пилотировал корабли «Восток»?

Ю. А. Гагарин: первый космический корабль «Восток - 1». Фото внизу представляет изображение макета судна. Г. С. Титов: «Восток-2», А. Г. Николаев: «Восток-3», П.Р. Попович: «Восток-4», В. Ф. Быковский: «Восток-5», В. В. Терешкова: «Восток-6».

Заключение

108 минутами, в течение которых «Восток» совершил оборот вокруг Земли, была навсегда изменена жизнь планеты. Памятью об этих минутах дорожат не только историки. Живущими поколениями и нашими далекими потомками будут с уважением перечитываться документы, повествующие о рождении новой эры. Эры, которая открыла людям путь в бескрайние просторы Вселенной.

Насколько бы далеко ни продвинулось человечество в своем развитии, оно всегда будет помнить об этом удивительном дне, когда человек впервые оказался один на один с космосом. Люди всегда будут помнить бессмертное имя славного пионера космоса, которым стал обыкновенный русский человек - Юрий Гагарин. Все сегодняшние и завтрашние достижения космической науки можно считать шагами по его следу, результатом одержанной им победы - первой и самой главной.

В итоге Сергей Королев отказался от крылатого возвращаемого аппарата в пользу баллистической капсулы. Ее разработкой занялся пришедший в конце 1957 года из НИИ-4 талантливый конструктор Константин Петрович Феоктистов , которого сегодня по праву называют «отцом» космического корабля «Восток».

Константин Петрович Феоктистов (© РКК «Энергия»)

Никто в конце 1950-х не знал, как должен выглядеть пилотируемый космический корабль. Известно было только, что наибольшую угрозу для жизни пилота будет представлять возвращение на Землю. Быстрое торможение в плотных слоях атмосферы могло вызвать перегрузку до 10 g, поэтому на первом этапе группа Феоктистова проектировала аппарат в виде конуса – тот мог планировать, снизив перегрузку вдвое. Однако испытания на добровольцах показали, что тренированный человек вполне способен выдержать десятикратную перегрузку, поэтому Феоктистов предложил необычное решение – сделать корабль шарообразным подобно первому спутнику. Такая форма была хорошо известна аэродинамикам, а потому не требовала дополнительных исследований.

Вначале разработчикам показалось, что при падении в атмосфере шар будет беспорядочно крутиться, что может привести к непредсказуемым последствиям в момент приземления. Но эти сомнения были тут же разрешены путем проведения простейшего опыта. В то время работники отдела № 9 увлекались игрой в пинг-понг. Кому-то из членов группы Феоктистова пришла в голову мысль использовать в качестве модели пинг-понговый шарик с небольшой нашлепкой пластилина в нижней части для создания эксцентриситета. Шарик бросали со второго этажа в лестничный пролет, и он всегда падал именно на нашлепку – устойчивость формы была продемонстрирована экспериментально.

Одной из наиболее серьезных проблем была защита корабля от перегрева при входе в плотные слои атмосферы. Существовавшие конструкционные материалы таких температур не выдерживали. Поэтому проектанты решили использовать тот же принцип, что и для головных частей «Р-5» и «Р-7» – на спускаемый аппарат наносили асботекстолит, который испарялся в потоке набегающего воздуха, поглощая избыточное тепло.

При выборе способа возвращения корабля также рассматривалось несколько вариантов, кроме уже упомянутого планирующего спуска. Например, Сергею Королеву очень нравился вариант торможения и посадки с помощью авторотирующих винтов, подобных вертолетным. Однако главный конструктор вертолетов Михаил Леонтьевич Миль, к которому Королев обратился с предложением о сотрудничестве, категорически отказался: слишком велика была ответственность, слишком много времени потребовалось бы на новую тему. В результате выбрали классический спуск на парашюте, хотя Королев и недолюбливал «тряпки», считая их технологией вчерашнего дня.

Сначала проектанты и не думали о разделяемом корабле, собираясь возвращать его на Землю целиком. Только вот изготовить весь корабль в виде шара не позволяли габариты ракеты, поэтому его поделили на две части: сферический спускаемый аппарат, в котором находился пилот, и приборный отсек, сгоравший после разделения в атмосфере.

Чтобы не усложнять конструкцию корабля системой мягкой посадки, было решено катапультировать пилота из спускаемого аппарата на высоте нескольких километров, как еще в 1956 году предложил сделать Владимир Яздовский. Такая схема давала дополнительный плюс – катапультирование можно было использовать при аварии ракеты на начальном участке выведения.

Первоначальный облик будущего космического корабля определился. Константин Феоктистов подготовил доклад для главного конструктора и представил его в июне 1958 года. Королев поддержал новую компоновку и поручил написать официальный отчет по проекту «Объект Д-2» (так в его бюро назывался космический корабль для орбитального полета) в течение двух месяцев.

В середине августа отчет под названием «Материалы предварительной проработки вопроса о создании спутника Земли с человеком на борту» был выпущен. В нем указывалось, что с помощью трехступенчатой ракеты-носителя на орбиту искусственного спутника Земли можно вывести корабль массой 4,55,5 т. Там же были приведены расчеты в обоснование выбора формы спускаемого аппарата. В частности, отвергнут конус по причине малого внутреннего объема (1,5 м 3 против 5 м 3 у шара) при заданном диаметре основания в 2,3 м, который определялся размерами третьей ступени. Здесь же рассматривалось шесть вариантов компоновки.

Пятнадцатого сентября 1958 года Сергей Павлович Королев подписал окончательный отчет по кораблю-спутнику, а на следующий день направил письма в адрес Академии наук СССР, руководителям ракетной отрасли и Совету главных конструкторов с уведомлением о завершении исследований, позволяющих приступить к разработке «пилотируемого спутника Земли».

На Совете Главных конструкторов, состоявшемся в ноябре 1958 года, было заслушано три доклада: о проекте автоматического спутника-фоторазведчика, о проекте аппарата для полета человека по баллистической траектории и о проекте пилотируемого орбитального аппарата. После обсуждения из двух последних проектов был выбран именно пилотируемый орбитальный. Ему же конструкторы дали наибольший приоритет по сравнению с фоторазведчиком, хотя Министерство обороны настаивало на обратном.

Чтобы ускорить процесс подготовки чертежей, Сергей Павлович приказал расформировать группы, трудившиеся в ОКБ-1 над различными системами корабля, и объединить специалистов в новообразованном секторе, который возглавил Константин Феоктистов. Ведущим конструктором корабля, получившего красивое и многозначительное название «Восток» , стал Олег Генрихович Ивановский , до того участвовавший в создании спутников и «лунников».

Работа над кораблем требовала широкой кооперации с привлечением смежников, ведь для пилотируемого космического полета нужно было сконструировать и систему жизнеобеспечения, и систему голосовой связи, и телевизионный комплекс, и пульт ручного управления, и парашюты, и многое другое. Инициативы одного бюро тут явно не доставало – необходимо было получить правительственное постановление. Поэтому для Королева на новом этапе было важно, чтобы его поддержали не только соратники по Совету и члены Академии, но и высшие военные, от которых напрямую зависело финансирование перспективных проектов. Сергей Павлович проявил политическую гибкость – в начале 1959 года он предложил унифицировать системы пилотируемого корабля и спутника-фоторазведчика. На таком спутнике предлагалось установить сложное и дорогое фотооборудование, которое должно было использоваться многократно. Напрашивался вариант – разместить такое фотооборудование в спускаемом аппарате вместо пилота и возвращать на Землю вместе с отснятыми пленками. Разумеется, это требовало полной автоматизации корабля, что Королева вполне устраивало – в пилотируемых полетах он хотел свести влияние человеческого фактора к минимуму. Фоторазведчик был принят в разработку под названием «Восток-2». Во избежание путаницы позднее его переименовали в «Зенит».

Тем не менее военные требовали, чтобы работа над фоторазведчиком была приоритетной. В проекте постановления правительства, который обсуждался в феврале 1959 года, фигурировал только этот космический аппарат. Королев через Мстислава Келдыша добился включения в текст постановления фразы о пилотируемом корабле-спутнике.

Получается, корабль появился раньше, чем решение правительства по нему. Первые комплекты чертежей были переданы в цеха Опытного завода в Подлипках в начале весны, тогда же началось изготовление корпусов, а Постановление ЦК КПСС и Совета министров № 569-2640; «О создании объектов «Восток» для осуществления полета человека в космос и других целей» вышло только 22 мая 1959 года.

Корабль «1КП»

Космический корабль «Восток» был именно спутником, то есть в принципе не мог менять высоту и наклонение орбиты. Ее параметры задавались запуском и радиоуправлением на этапе выведения (как у «лунников»). Поэтому все эволюции сводились к одному, но очень важному маневру – торможению в космосе и снижению в атмосфере. Для осуществления этого маневра в приборном отсеке размещалась тормозная двигательная установка, которая должна была сработать безотказно.

Обращаться к главному двигателисту Валентину Петровичу Глушко с учетом его высокой занятости при создании двигателей для боевых ракет Сергей Павлович Королев не захотел, а потому работать над проектом тормозной установки «ТДУ-1» пригласил Алексея Михайловича Исаева , главного конструктора расположенного поблизости ОКБ-2. Старый ракетчик не горел большим желанием брать на себя еще одну работу, но в конце концов согласился. И всего лишь через семь месяцев после выдачи технического задания, 27 сентября 1959 года, был проведен первый «прожиг» «ТДУ-1» на стенде. Однокамерная установка работала на самовоспламеняющемся топливе (горючее на основе аминов и азотная кислота в качестве окислителя) и была основана на простых физических принципах. За счет этого она ни разу не подвела.

Сергей Павлович Королев требовал многократно продублировать все системы «Востока», но вторая «ТДУ-1» никак не вписывалась в компоновку. Поэтому главный конструктор распорядился, чтобы баллистики из расчетного бюро подбирали орбиту, которая в случае отказа тормозной установки обеспечивала бы сход корабля за счет естественного торможения в высших слоях атмосферы в течение пяти-семи дней после запуска.

Системой управления корабля, получившей неофициальное название «Чайка», должен был заниматься главный конструктор Николай Алексеевич Пилюгин, но и он был чрезвычайно загружен работой по основному ракетному направлению. В результате Королев решил создавать комплекс силами ОКБ-1, возложив ответственность за это на своего заместителя Бориса Евсеевича Чертока. Конструирование системы ориентации, являвшейся частью комплекса управления, возглавил Борис Викторович Раушенбах, которого Королев переманил из НИИ-1 вместе с коллективом.

Чтобы торможение корабля на орбите не обернулось ускорением, он должен быть правильно ориентирован в пространстве. Для этого на «Востоке» реализовали две схемы ориентации.

Автоматическая ориентация запускалась либо по команде с Земли, либо бортовым программно-временным устройством «Гранит» (в случае отказа устройства – пилотом). Для надежности она содержала два независимых контура управления: основной и резервный. Основной контур должен был обеспечить трехосную ориентацию с помощью инфракрасной вертикали (ИКВ). Ее придумали и создали в Центральном конструкторском бюро «Геофизика» для ориентации научных спутников. Прибор различал границу между «теплой» Землей по всей ее окружности и «холодным» космосом. Инфракрасная вертикаль считалась надежной, поскольку с успехом прошла натурные испытания на геофизических ракетах «Р-5А» в августе-сентябре 1958 года.

Резервная система ориентации, предложенная Борисом Раушенбахом, была куда проще. Известно, что корабль летит по направлению вращения Земли – с запада на восток. Соответственно, для торможения ему необходимо повернуться двигателем к Солнцу, которое является прекрасным ориентиром. Посему возникла идея разместить на корабле солнечный датчик из трех фотоэлементов (прибор «Гриф»). Главным недостатком такой системы (по сравнению с основной) было только то, что она не могла ориентировать корабль без Солнца, то есть в «тени» Земли.

Обе системы имели релейные блоки управления, которые выдавали команды на пневматические клапаны микродвигателей ориентации, работающих на сжатом азоте, Выбранное направление поддерживали три гироскопических датчика угловых скоростей (ДУС), поэтому орбита корабля на профессиональном жаргоне называлась «гироскопической». Перед выдачей импульса торможения вся система проходила тест – если в течение минуты заданная ориентация строго выдерживалась, начинала работать «ТДУ-1». Сам процесс ориентации занимал несколько минут.

В случае отказа автоматики пилот мог перейти на ручное управление. Для него разработали необычную оптическую систему: в иллюминатор, расположенный под ногами, встраивался ориентатор «Взор», включавший два кольцевых зеркала-отражателя, светофильтр и стекло с сеткой. Солнечные лучи, распространявшиеся от линии горизонта, попадали на первый отражатель и через стекла иллюминатора проходили на второй отражатель, который направлял их на глаз космонавта. При правильной ориентации корабля космонавт периферийным зрением видел во «Взоре» изображение линии горизонта в виде концентрического кольца. Направление полета корабля определялось по «бегу» земной поверхности – при верных условиях она совпадала с курсовыми стрелками, также нанесенными на стекло иллюминатора.

Дублировалось и разделение отсеков корабля. На орбите они были стянуты металлическими лентами. Кроме того, через кабель-мачту осуществлялась связь между оборудованием кабины и приборного отсека. Эти соединения надо было оборвать, для чего использовались многочисленные и задублированные пиротехнические устройства: внешние кабели перерубались пироножами, стяжные ленты и герморазъем кабель-мачты отстреливались пиропатронами. Управляющий сигнал на разделение выдавало программно-временное устройство после окончания работы тормозной установки. Если по каким-то причинам сигнал не проходил, на корабле срабатывали термодатчики, генерировавшие тот же сигнал по повышению температуры окружающей среды при входе в атмосферу. Импульс разделения сообщал надежный пружинный толкатель в центре переднего съемного днища приборного отсека.

Разумеется, все эти и другие системы корабля требовали испытаний в космосе, поэтому Сергей Королев решил начать с запуска более простого корабля-прототипа (сейчас его назвали бы «демонстратором технологий»), фигурировавшего в документах под индексом «1КП» («Корабль Простейший»).

«1КП» довольно заметно отличался от конечного варианта «Востока». На нем не было теплозащиты, систем жизнеобеспечения и средств катапультирования. Зато на нем установили блок солнечных батарей и новую коротковолновую радиостанцию «Сигнал», созданную в НИИ-695 для оперативной передачи части телеметрической информации и надежной пеленгации корабля. Чтобы компенсировать недостающий вес (и инерцию), на корабль заложили тонну железных брусков. После этого масса «1КП» стала соответствовать проектной – 4540 кг.

Пятнадцатого мая 1960 года с полигона Тюра-Там стартовала ракета-носитель «Р-7А» с лунным блоком «Е» (8К72, «Восток-Л», № Л1-11). Она успешно вывела «1КП» на орбиту с высотой 312 км в перигее и 369 км в апогее. Аппарат получил официальное название «Первый космический корабль-спутник». Через четыре дня по сигналу с Земли была дана команда на включение «ТДУ». Однако подвела система ориентации, основанная на инфракрасной вертикали. Вместо того чтобы затормозить, корабль разогнался и поднялся на более высокую орбиту (307 км в перигее и 690 км в апогее). Он оставался там до 1965 года . Если бы на борту находился пилот, его гибель была бы неизбежна.

Сергея Павловича Королева совсем не расстроила эта неудача. Он был уверен, что в следующий раз свести корабль в правильном направлении обязательно получится. Главное – сработала «ТДУ-1», а переход на более высокую орбиту сам по себе был ценным экспериментом, хорошо продемонстрировав возможности ориентируемых космических аппаратов.

Корабль «1К»

Постановлением правительства от 4 июня 1960 года № 587-2з8сс «О плане освоения космического пространства на 1960 и первую половину 1961 г.» устанавливались сроки запусков кораблей. В мае 1960 года на орбиту должны были отправить два корабля «1КП»; до августа 1960 года – три корабля «1К», создаваемых для отработки основных систем корабля и аппаратуры фоторазведчика; в период с сентября по декабрь 1960 года – два корабля «3К» с полноценной системой жизнеобеспечения (на таком предстояло лететь первому космонавту).

Времени, как водится, было в обрез. Поэтому конструкторы решили не повторять запуск «1КП», а сразу готовить «1К» .

Космический корабль-спутник «1К» (рисунок А. Шлядинского)

Новый корабль отличался от «простейшего» прежде всего наличием теплозащиты и катапультируемого контейнера с подопытными животными, который являлся одним из вариантов контейнера для будущих полетов человека. В контейнер поместили кабину для животных с лотком, автоматом кормления, ассенизационным устройством и системой вентиляции, катапультные и пиротехнические средства, радиопередатчики для пеленгации, телекамеры с системой подсветки и зеркал.

Бортовая передающая камера системы «Селигер»

Очень важно было проверить телекамеру – конструкторы рассчитывали наблюдать за будущим космонавтом все время полета. Ее создавали те же ленинградские инженеры из телевизионного НИИ-380, которые разработали комплекс «Енисей» для «Луны-3». Новая система называлась «Селигер» и включала две передающие камеры ЛИ-23 массой 3 кг каждая и комплекты приемной аппаратуры, размещавшиеся на НИПах. Качество передачи – 100 элементов в строке, 100 строк в кадре, частота – 10 кадров в секунду. Кажется, что немного, но вполне достаточно для наблюдения за поведением подопытных животных или пристегнутого в кресло пилота. После испытаний и «сопряжения» с радиопередающей аппаратурой корабля комплекты аппаратуры «Селигер», установленные по традиции в автомобильных «кунгах», отправили на ИП-1 (Тюра-Там), НИП-9 (Красное Село), НИП-10 (Симферополь), НИП-4 (Енисейск) и НИП-6 (Елизово). В Подмосковье приемная станция «Селигера» была размещена на измерительном пункте полигона ОКБ Московского энергетического института в Медвежьих озерах. В начале лета состоялся ставший обязательным облет НИПов специальным самолетом, на котором устанавливалось оборудование, имитирующее работу систем спутника или корабля. Тест прошел удовлетворительно, а выявленные сбои были оперативно устранены.

Поскольку на этот раз спускаемый аппарат должен был вернуться на Землю, его снабдили парашютной системой, созданной Научно-исследовательским экспериментальным институтом парашютно-десантной службы (НИЭИ ПДС) совместно с заводом № 81 Государственного комитета по авиационной технике (ГКАТ). Спускаемый аппарат выпускал свой парашют по сигналу барометрических датчиков на высоте порядка 10 км, а после снижения до высоты 7–8 км отстреливалась крышка люка и катапультировался контейнер с животными.

Еще одним новшеством стала система терморегулирования корабля, созданная в ОКБ-1: никто не хотел, чтобы новые собаки, а потом космонавт погибли от перегрева, как несчастная Лайка. За основу была принята аналогичная система третьего спутника («Объект Д»). Для охлаждения внутреннего объема использовался агрегат с жидкостно-воздушным радиатором. Жидкий хладагент поступал в радиатор из так называемого радиационного теплообменника, установленного на приборном отсеке и связанного с жалюзи, которые по необходимости открывались, позволяя сбросить избыточное тепло посредством излучения с поверхности теплообменника.

Наконец все было готово, и 28 июля 1960 года на полигоне Тюра-Там стартовала ракета «Р-7А» («Восток-Л», № Л1-10). Под ее головным обтекателем находился корабль «1К» № 1 с собаками Лисичкой и Чайкой на борту. И вновь «семерка» показала свой непростой характер. На 24-й секунде полета из-за возникших высокочастотных колебаний взорвалась камера сгорания блока «Г». Еще через десять секунд «пакет» развалился, упав на территории полигона, в непосредственной близости от ИП-1. Спускаемый аппарат разбился при ударе о землю, собаки погибли.

Подлинную причину колебаний так и не выяснили, списав ее на отступление от технологических норм, допущенное на Куйбышевском заводе № 1. Королев тяжело переживал эту катастрофу – рыжая Лисичка была его любимицей.

Страшная гибель собак подстегнула конструкторов к созданию надежной системы аварийного спасения (САС) на этапе выведения. В этой разработке принял участие сам главный конструктор, весьма озабоченный большим количеством отказов ракет на первых минутах полета. Непосредственно проектом занимались Борис Супрун и Владимир Яздовский.

Система аварийного спасения работала следующим образом. Если сбой происходил до 40-й секунды полета, то по сигналу, подаваемому из бункера, катапультировался контейнер с космонавтом. Если ракета начинала вести себя ненормально в промежутке с 40-й по 150-ю секунду полета, ее двигатели отключались, и при падении ракеты до 7 км осуществлялось катапультирование по штатной схеме. Если что-то не ладилось с 150-й по 700-ю секунду, снова выключались двигатели, и отделялся уже весь спускаемый аппарат. При неисправности блока «Е», которое могло произойти в промежуток с 700-й по 730-ю секунды полета, выключался его собственный двигатель, но при этом отделялся весь корабль.

Однако задача спасения на первых 15–20 секундах полета не имела удовлетворительного решения. Достаточно было развесить металлические сети в районе предполагаемого падения космонавта после его катапультирования – ведь парашют в этом случае просто не успел бы раскрыться. Но даже если бы космонавт в такой ситуации уцелел, до него могло добраться пламя пожара.

Сергея Павловича Королева беспокоило, что пилота нельзя спасти на этих роковых секундах, но поскольку затягивать работы было невозможно, главный конструктор решил, что в данной ситуации пилотируемый запуск следует производить только после двух удачных полетов полностью собранного беспилотного корабля .

К следующему запуску готовились с особой тщательностью. Шестнадцатого августа состоялся торжественный вывоз ракеты на старт с расчетом пустить ее на следующий день. Неожиданно на носителе забраковали главный кислородный клапан, и пришлось задержать пуск, пока специальным рейсом не привезли новый из Куйбышева. Больше всех по этому поводу переживали медики. Они уверяли, что подопытные собаки от непривычной обстановки стартовой позиции «сойдут с ума» раньше, чем доберутся до космоса. Но животные стоически перенесли задержку.

Девятнадцатого августа 1960 года в 11 часов 44 минут 7 секунд по московскому времени с полигона Тюра-Там успешно стартовала ракета-носитель «Р-7А» («Восток-Л», № Л1-12). Она вывела на орбиту высотой 306 км в перигее и 339 км в апогее беспилотный корабль «1К» № 2 массой 4600 кг, получивший официальное название «Второй космический корабль-спутник». На его борту находились собаки Белка и Стрелка.

Фото Стрелки, полученное с помощью системы «Селигер» (первое изображение живого существа, принятое из космоса)

Обе собаки были небольшими и светлой масти. Белка весила четыре с половиной килограмма, Стрелка – на килограмм больше. Как и у Лайки, у новых собак-космонавтов регистрировались артериальное давление, электрокардиограмма, тоны сердца, частота дыхания, температура тела и двигательная активность. На орбите они были не одни: в отдельном герметичном контейнере, расположенном в той же катапультируемой установке, находились две белые крысы и двенадцать белых и черных мышей, насекомые, растения и грибы. Вне катапультируемого контейнера помещались еще двадцать восемь мышей и две крысы. Кроме того, в спускаемом аппарате разместили пакеты с семенами различных сортов кукурузы, пшеницы и гороха, чтобы проверить воздействие космического полета на их урожайность.

Собаки с триумфом вернулись на Землю

Наблюдения за животными велись с помощью системы «Селигер» с двумя телекамерами, снимавшими собак анфас и в профиль. На Земле изображение фиксировалось на кинопленку. Благодаря этой съемке, а также расшифровке медицинских параметров выяснилось, что на четвертом и шестом витках Белка вела себя крайне неспокойно, билась, старалась освободиться от привязных ремней, громко лаяла. Потом ее вырвало. Позднее этот факт повлиял на выбор длительности первого полета человека – один виток.

Перед спуском с орбиты вновь отказала основная система ориентации, построенная на инфракрасной вертикали ИКВ. Сергей Королев был в бешенстве, но его успокоили, объяснив, что это хороший шанс испытать резервную систему, ориентирующуюся по Солнцу.

Двадцатого августа НИП-4 (Енисейск) выдал команду на запуск программно-временного устройства «Гранит», обеспечивающего последовательность операций спуска. НИП-6 (Елизово) подтвердил, что «Гранит» работает четко, посылая в эфир метки времени. Сработала «ТДУ-1», спускаемый аппарат отделился от приборного отсека, вошел в атмосферу и приземлился в треугольнике Орск-Кустанай-Амангельды с отклонением лишь на 10 км от расчетной точки. Он пробыл в космосе 1 сутки, 2 часа и 23 минуты, совершив 17 витков вокруг Земли.

В отличие от предыдущих собак, клички которых и факт гибели надолго засекретили, Белка и Стрелка стали знаменитыми. Во многих советских школах после возвращения корабля проводились специальные уроки хорошего отношения к дворнягам. Рассказывают, что на Птичьем рынке в Москве резко увеличился спрос на беспородных щенков.

Собаки быстро реабилитировались после полета. Позднее Стрелка дважды приносила здоровое потомство – шесть щенков. Каждый из них был на учете, и за него персонально отвечали. В августе 1961 года Никита Сергеевич Хрущев отправил щенка по кличке Пушок в подарок Жаклин Кеннеди, жене президента США.

Щенок Пушок – сын четвероногого космонавта Стрелки, родившийся после полета и подаренный Жаклин Кеннеди

А злополучную систему ИКВ, которая подвела уже во второй раз, решили с будущих кораблей снять. Основной стала система солнечной ориентации – на нее же вывели два контура управления микродвигателями, оставив третий за пилотом.

«Неделинская» катастрофа

Вдохновленные успешным полетом Белки и Стрелки, ракетчики назначили запуск пилотируемого корабля на декабрь 1960 года. В правительстве их поддержали. Одиннадцатого октября 1960 года вышло Постановление ЦК КПСС и Совета Министров № 1110-462сс, в котором предписывалось «осуществить подготовку и запуск космического корабля «Восток» с человеком на борту в декабре 1960 года и считать это задачей особой важности». Однако за первым серьезным успехом последовала длинная череда неудач и даже трагедий.

В сентябре 1960 года образовалось так называемое астрономическое окно , подходящее для запуска аппаратов к Марсу. Сергей Павлович Королев и здесь собирался захватить приоритет, отправив к красной планете автоматическую станцию и сфотографировав вблизи ее загадочные «каналы» . Уже для этой станции профессор Александр Игнатьевич Лебединский из МГУ подготовил блок оборудования, включавший фототелевизионное устройство и спектрорефлексометр, призванные определить, есть ли жизнь на Марсе. Королев предложил предварительно проверить этот блок в казахстанской степи. К восторгу ракетчиков прибор показал, что на Тюра-Таме жизни нет. В результате оборудование Лебединского оставили на Земле.

Станцию «1М» массой 500 кг собирались пускать с помощью новой модификации ракеты – четырехступенчатой «Р-7А» (8К78), снабженной разгонным блоками «И» и «Л». Позднее ракета получила красивое название «Молния».

Двигатель для блока «И» сконструировало воронежское ОКБ-154 Семена Ариевича Косберга, а в блоке «Л» был впервые применен жидкостный ракетный двигатель замкнутой схемы С1.5400 (11ДЭЗ), разработанный в ОКБ-1.

Из-за задержек с подготовкой космического аппарата и ракеты старт все время откладывался. В конце концов, когда надежды на то, что станция пройдет вблизи красной планеты, уже не оставалось, запуск состоялся. Десятого октября 1960 года ракета-носитель «Молния» (8К78, № Л1-4М) с аппаратом «1М» № 1 ушла со старта. Однако тут же потерпела аварию.

Причину установили довольно быстро. Еще на участке работы блока «А» (второй ступени) начали нарастать резонансные колебания в блоке «И» (третьей ступени). В результате сильнейшей вибрации произошло нарушение командной цепи по каналу тангажа, и ракета стала отклоняться от траектории. Двигатель блока «И» включился, но проработал всего 13 секунд до отказа системы управления на 301-й секунде полета. Верхние ступени вместе с автоматической станцией разрушились при входе в плотные слои атмосферы над Восточной Сибирью; остатки ракеты упали в 320 км северо-западнее Новосибирска.

Ракета «Р-16» конструкции Михаила Янгеля на полигоне Тюра-Там

Лихорадочно подготовили второй запуск ракеты № Л1-5М с автоматической станцией «М1» № 2. Он состоялся 14 октября. И опять авария. На этой раз нарушилась герметичность системы подачи жидкого кислорода. Керосиновый клапан блока «И», облитый жидким кислородом, замерз, и двигатель не смог включиться. Третья ступень и станция сгорели в атмосфере. Обломки ракеты упали в Новосибирской области.

Марс остался недоступен. Удрученные ракетчики вернулись в Москву, и тут их нагнало страшное известие – 24 октября 1960 года на полигоне Тюра-Там произошла катастрофа.

В тот день на 41-й стартовой площадке готовили к запуску боевую межконтинентальную ракету «Р-16» (8К64, № ЛД1-3Т) конструкции Михаила Кузьмича Янгеля . После ее заправки была обнаружена неисправность в автоматике двигателя. В подобных случаях техника безопасности требовала слить топливо и лишь после этого устранять неполадки. Но тогда наверняка сорвался бы график запуска, пришлось бы отчитываться перед правительством. Главнокомандующий ракетными войсками маршал Митрофан Иванович Неделин принял роковое решение устранить неполадку прямо на заправленной ракете. Ее облепили десятки специалистов, поднимаясь на нужный уровень по фермам обслуживания. Сам Неделин лично наблюдал за ходом работ, сидя на табурете в двадцати метрах от ракеты. Его, как обычно, окружала свита, состоявшая из руководителей министерств и главных конструкторов различных систем. Когда была объявлена тридцатиминутная готовность, подали питание на программное устройство. При этом случился сбой, и прошла незапланированная команда на включение двигателей второй ступени. С высоты нескольких десятков метров ударила струя раскаленных газов. Многие, в том числе и маршал, погибли сразу, даже не успев понять, что произошло. Другие пытались бежать, срывая с себя горящую одежду. Но их удержал забор из колючей проволоки, со всех сторон ограждавший стартовую установку. Люди попросту испарялись в адском пламени – от них оставались лишь очертания фигур на выжженной земле, связки ключей, монеты, пряжки ремней. Маршала Неделина впоследствии опознали по сохранившейся «Звезде Героя».

Всего в той катастрофе погибли 92 человека. Более 50 человек получили ранения и ожоги. Конструктор Михаил Янгель уцелел благодаря случайности – отошел перекурить как раз перед взрывом…

Все вышеперечисленные аварии не имели прямого отношения к программе «Восток», но они косвенно повлияли на нее. Траурные мероприятия, расследование причин катастрофы и ликвидация ее последствий заняли значительное время. Лишь в начале декабря команда Королева смогла приступить к запускам космических кораблей.

Возобновление испытаний обернулось новыми проблемами: 1 декабря 1960 года ракета «Р-7А» («Восток-Л», № Л1-13) вывела на орбиту корабль «1К» № 5 («Третий космический корабль-спутник») с собаками Пчелкой и Мушкой на борту. Параметры орбиты выбирались баллистиками с таким расчетом, чтобы в случае отказа «ТДУ-1» корабль сошел с нее самостоятельно. Перигей составил 180 км, апогей – 249 км.

О том, что в корабле-спутнике находятся собаки, было объявлено открыто, поэтому весь мир с большим интересом следил за космическим путешествием дворняг. В суточном полете корабль вел себя нормально, но во время спуска был внезапно уничтожен системой аварийного подрыва объекта (АПО).

В ходе расследования причин гибели корабля выяснилось следующее: систему подрыва установили по требованию военных – она предназначалась для фоторазведчиков «Зенит» («2К») и была нужна, чтобы секретное оборудование и пленки с заснятыми объектами не попали в руки «потенциального противника». Если траектория спуска оказывалась слишком пологой – это определялось датчиком перегрузки – и возникала вероятность приземления на территорию другого государства, АПО срабатывал и уничтожал космический аппарат.

К этому печальному варианту корабль подтолкнула мелкая неисправность в тормозной двигательной установке. Дело в том, что время работы «ТДУ-1» – 44 секунды. Все это время она должна была строго ориентироваться в пространстве по вектору орбитальной скорости, иначе корабль просто закувыркался бы. Конструктор тормозной установки Алексей Михайлович Исаев нашел изящное решение – стабилизировать ее за счет газов, истекающих из газогенератора, подавая их в набор рулевых сопел, которые устанавливались вокруг главного сопла «ТДУ-1». Похоже, одно из рулевых сопел было повреждено. Из-за этого корабль сошел с расчетной траектории, после чего и сработал АПО.

Разумеется, детали происшествия были засекречены. В официальном сообщении ТАСС говорилось только, что «в связи со снижением по нерасчетной траектории корабль-спутник прекратил свое существование при входе в плотные слои атмосферы». Более расплывчатую формулировку трудно придумать. К тому же она вызывала вопросы. Что значит «нерасчетная траектория»? Почему она привела к гибели корабля? А что если пилотируемый корабль выйдет на «нерасчетную траекторию»? Он тоже погибнет?

Подготовка спускаемого аппарата корабля «1К» № 6 к транспортировке с места посадки

Запуск «1К» № 6 состоялся через три недели, 22 декабря 1960 года (ракета «Восток-Л», № Л1-13А). Пассажирами были собаки Жемчужная и Жулька , мыши, крысы и другая мелкая живность. Команда запуска двигателя блока «Е» прошла на 322-й секунде – с опозданием на три секунды. Этого короткого времени оказалось достаточно, чтобы корабль на орбиту не вышел. Отлично сработала новая система аварийного спасения. Спускаемый аппарат отделился от корабля и приземлился в 60 км от поселка Тура в районе реки Нижняя Тунгуска.

Все решили, что собаки погибли, но Сергей Павлович Королев верил в лучшее и настоял на организации поиска. Госкомиссия отправила в Якутию поисковую группу во главе с Арвидом Владимировичем Палло . Этому ветерану ракетной техники предстояло в безлюдной Якутии при жутких морозах найти остатки космического корабля. В его группу входил специалист по обезвреживанию заряда АПО и, на всякий случай, представитель Института авиационной медицины. Местные власти и авиация с большой готовностью выполняли все требования Палло. Вскоре поисковые вертолеты обнаружили по указанной им трассе цветные парашюты. Спускаемый аппарат лежал невредимый.

При его осмотре обнаружили, что гермоплата кабель-мачты, соединяющей отсеки, не отделилась. Это нарушило логику в работе систем корабля, и АПО оказался блокирован. Кроме того, контейнер не катапультировался, а остался внутри защищенного теплоизоляцией спускаемого аппарата. Если бы он вышел, как положено, то собаки неизбежно погибли бы от холода, а так они были живы и вполне здоровы.

Группа Палло с большой осторожностью приступила к открытию люков и разъединению всех электрических цепей – любая ошибка могла привести к подрыву заряда АПО. Собак извлекли, завернули в тулуп и срочно отправили в Москву, словно самый ценный груз. Палло остался на месте еще на несколько дней, руководя эвакуацией спускаемого аппарата.

Так завершился 1960 год – возможно, самый трудный год в истории советской космонавтики.

Корабль «3КА»

Параллельно с летными испытаниями кораблей «1К» в проектном секторе ОКБ-1, возглавляемом Константином Петровичем Феоктистовым, шла активная работа над пилотируемым кораблем «3К».

В августе 1960 года конструкторы нашли возможность ускорить его создание, отказавшись от части предусмотренных начальным проектом систем. Было решено не устанавливать систему управления спуском, отказаться от разработки герметичной капсулы космонавта, заменив ее катапультируемым креслом, упростить пульт управления и т. п. Проект упрощенного «Востока» для полета человека получил дополнительную букву «А» и стал индексироваться «3КА».

Сергея Павловича Королева продолжала беспокоить тормозная двигательная установка. Он считал, что одна «ТДУ-1» не обеспечивает достаточной надежности спуска с орбиты, и потребовал перепроектировать корабль. Сектор Феоктистова приступил к проработкам. Для установки даже самого простого порохового двигателя дополнительно требовалось несколько сотен килограммов веса, а такого резерва не было. Для исполнения указания Королева пришлось бы снимать часть крайне необходимой бортовой аппаратуры, что опять же приводило к резкому снижению надежности корабля. Изменилась бы и компоновка, а за ней – прочностные характеристики. При таких условиях результаты запусков «1К» можно было сразу забыть и начинать готовить новые прототипы.

Космический корабль-спутник «Восток» («ЗКА») (рисунок А. Шлядинского)

Космический корабль «Восток»: вид со стороны кабель-мачты (рисунок А. Шлядинского)

Космический корабль «Восток»: вид на катапультный люк (рисунок А. Шлядинского)

Пришлось убеждать Королева отказаться от своего решения. Однако Сергей Павлович настаивал на его исполнении, для чего собственноручно подготовил и утвердил документ «Исходные данные на проектирование Корабля 3К», в соответствии с которым на «Востоке» необходимо было смонтировать двойную двигательную установку. Назревал конфликт. Феоктистов собрал ведущих работников сектора для обсуждения «Исходных данных». Те единодушно сошлись во мнении, что поручение Сергея Павловича ошибочно. Заместитель Королева по проектным делам

Константин Давыдович Бушуев уведомил конструктора о бунте проектантов. На срочно созванном совещании Королев внимательно выслушал мнение сотрудников сектора и был вынужден согласиться с ними. Корабль «3КА» предстояло спроектировать с минимальными доработками на базе корабля «1К».

Кабина корабля «Восток»

К тому времени к процессу создания корабля подключились авиационные организации, и прежде всего знаменитый Летно-исследовательский институт (ЛИИ), который возглавлял Николай Сергеевич Строев . В апреле 1960 года в лабораторию № 47 ЛИИ приехали конструкторы ОКБ-1 и показали эскизы пульта будущего космического корабля с просьбой высказать компетентное мнение. Вдохновленные интересной задачей сотрудники лаборатории придумали свои варианты пульта управления и приборной доски, которые получили одобрение Сергея Павловича Королева. К ноябрю полностью готовые комплекты были сданы заказчику. Тогда же началось изготовление тренажера, на котором впоследствии проходили подготовку все космонавты, участвовавшие в программе «Восток».

Система отображения информации и сигнализации СИС-1-3КА корабля «Восток»: 1 – приборная доска ПД-1-3КА; 2 – двухкоординатная ручка управления ориентацией корабля РУ-1А; 3 – пульт управления ПУ-1-3КА

Приборная доска находилась прямо перед космонавтом на уровне вытянутой руки. Тумблеры, кнопки, сигнальные табло, трехстрелочные индикаторы позаимствовали у авиации. Поскольку на «Востоке» процесс спуска с орбиты был «завязан» на программно-временное устройство «Гранит», создали прибор контроля режима спуска (ПКРС). «Изюминкой» стал прибор «Глобус», расположенный в левой части доски. Он действительно выглядел как маленький глобус – через специальное устройство его вращение было синхронизировано с движением корабля по орбите. Взглянув на прибор, пилот «Востока» мог увидеть, над какой территорией в настоящий момент находится. Больше того, при переключении особого тумблера в положение «Место посадки» глобус поворачивался и показывал, куда примерно приземлится корабль, если прямо сейчас запустить тормозную двигательную установку. На пульте управления, который располагался слева от пилота, конструкторы разместили рукоятки и переключатели, необходимые для управления радиотелефонной системой, регулирования температуры и влажности внутри кабины, а также включения ручного управления системой ориентации и тормозного двигателя.

Схема приземления спускаемого аппарата корабля «Восток» (© РКК «Энергия»): 1 – отстрел люка, катапультирование пилота в кресле на высоте 7000 м; 2 – введение тормозного парашюта; 3 – стабилизация и спуск на тормозном парашюте до высоты 4000 м; 4 – введение основного парашюта, отделение кресла на высоте 4000 м; 5 – отделение НАЗа, автоматическое наполнение лодки на высоте 2000 м; 6 – приземление со скоростью 5 м/с; 7 – отстрел люка, введение вытяжного парашюта, введение тормозного парашюта на высоте 4000 м; 8 – спуск на тормозном парашюте до высоты 2000 м, введение основного парашюта; 9 – приземление со скоростью 10 м/с

Отказ от герметичной кабины космонавта потребовал доработки всей системы покидания спускаемого аппарата и введения некоторых изменений в схему приземления. Новое кресло решили не конструировать, а просто «раздели» кабину, убрав ее защитную оболочку. Этой работой руководил начальник лаборатории № 24 Летно-исследовательского института Гай Ильич Северин . Сами кресла и манекены для испытаний изготавливались на заводе № 918 Министерства авиационной промышленности в подмосковном Томилино. Новая схема покидания спускаемого аппарата была опробована в условиях, приближенных к «боевым»: сначала кресла с манекенами выбрасывались с самолета, затем на место манекенов сели испытатели-парашютисты Валерий Иванович Головин и Петр Иванович Долгов.

В итоге получилась схема, кажущаяся сложной и рискованной, но зато устраняющая многие технические проблемы. На высоте 7 км из спускаемого аппарата выходил вытяжной парашют, на высоте 4 км – тормозной, на высоте 2,5 км – основной. Космонавт в кресле катапультировался со скоростью 20 м/с еще до выхода вытяжного парашюта. Сначала кресло выпускало стабилизирующий парашют, чтобы остановить возможное кувыркание. На высоте 4 км он отцеплялся, и в действие вступал основной парашют космонавта, который в буквальном смысле выдергивал его с «насиженного места» – космонавт и кресло тоже приземлялись отдельно. Запасной парашют вводился в случае отказа основного. Скорость приземления не должна была превышать 5 м/с для космонавта и 10 м/с для спускаемого аппарата. Кстати, на случай отказа систем отстрела люка и катапультирования было предусмотрено приземление космонавта внутри шара – это была бы жесткая посадка (ведь никаких устройств мягкой посадки или амортизаторов не предусматривалось), но в любом случае человек оставался жив. Наибольшие опасения у конструкторов вызывала возможность «заваривания» люка – тогда пилот не смог бы выбраться из аппарата самостоятельно, что грозило ему серьезными неприятностями.

Для наблюдения за космическим пространством в спускаемом аппарате прорезали три отверстия под иллюминаторы. Первое располагалось над головой пилота – в отстреливаемой крышке входного люка. Второе находилось сверху и справа, а третье было устроено прямо под ногами пилота, в крышке технологического люка – на нем крепился оптический ориентатор «Взор», с помощью которого космонавт мог сориентировать корабль в пространстве при переходе на ручное управление.

Разработку иллюминаторов взял на себя НИИ технического стекла Минавиапрома . Задача оказалась крайне сложной. Еще производство самолетных фонарей осваивали в свое время долго и трудно – под воздействием встречного потока воздуха стекло быстро покрывалось трещинами, теряя прозрачность. Война заставила разработать бронестекла, однако для космических кораблей не годились даже они. В конце концов остановились на кварцевом стекле, точнее, на двух его марках – СК и КВ (последняя – плавленый кварц). Иллюминаторы очень хорошо показали себя и в космосе, и при спуске в атмосфере, под воздействием температуры в несколько тысяч градусов – с ними никогда не было проблем. Если через иллюминатор начинал бить солнечный свет, который мешал космонавту работать, он всегда мог опустить шторку, перебросив соответствующий тумблер на пульте («Взор», «Правый» или «Задний»).

На «Востоке» устанавливалось разнообразное радиооборудование. Пилоту выделялось сразу несколько каналов связи, которые обеспечивала радиотелефонная система «Заря», работающая в диапазонах коротких волн (9,019 и 20,006 МГц) и ультракоротких волн (143,625 МГц). УКВ-канал задействовался для связи с НИПами на расстояниях до 2000 км и, как показал опыт, давал возможность вести переговоры с Землей на большей части орбиты.

Кроме того, на корабле имелась радиосистема «Сигнал» (короткие волны на частоте 19,995 МГц), предназначенная для оперативной передачи данных о самочувствии космонавта. К ней прилагался дублированный комплект радиоаппаратуры «Рубин», обеспечивавший траекторные измерения, и радиотелеметрическая система «Трал П1».

Разумеется, внутри спускаемого аппарата были созданы достаточно комфортабельные условия для жизни. Ведь в случае отказа тормозной установки космонавт мог остаться там на неделю. В специальных стойках кабины были закреплены контейнеры с запасом еды, резервуар с консервированной водой (пить ее можно было через мундштук), емкости для сбора отходов.

Система кондиционирования поддерживала нормальное атмосферное давление, температуру воздуха на уровне от 15 до 22 °C и относительную влажность в пределах от 30 до 70 %. В начале проектирования «Востока» конструкторы встали перед выбором оптимальной атмосферы внутри космического корабля (обычная или насыщенная кислородом). Последний вариант позволял снизить давление в корабле и за счет этого уменьшить общий вес системы жизнеобеспечения. Именно так поступили американцы. Однако Сергей Павлович Королев настоял на нормальной атмосфере – в «кислородной» от любой искры мог возникнуть пожар, а выбраться пилоту было некуда. Время подтвердило правоту главного конструктора – именно насыщенная кислородом атмосфера корабля стала одной из причин быстрой и страшной гибели экипажа «Apollo-1».

Итак, окончательная компоновка «Востока» определилась. По тем временам это был действительно уникальный аппарат, вобравший в себя новейшие технологии. В различных его системах была использована 421 электронная лампа, более 600 полупроводниковых транзисторов, 56 электродвигателей, около 800 реле и переключателей. Суммарная длина электрических кабелей составила 15 км!

Корабль «3КА» был немного тяжелее «1К» (если «1К» № 5 весил 4563 кг, то беспилотный «3КА» № 1 – 4700 кг). Конечно, вес первого пилотируемого «Востока» собирались облегчить, насколько это возможно, но у Королева были большие планы по использованию подобных кораблей в будущем, и его не устраивала грузоподъемность лунного блока «Е». Поэтому воронежское ОКБ-154 Семена Ариевича Косберга получило техзадание на конструирование более совершенного двигателя на основе РО-5.

Двигатель РО-7 (РД-0109, 8Д719) на топливной смеси керосин-кислород был создан за один год и три месяца.

Двигатель РД-0109 (РО-7) для третьей ступени ракеты «Восток»

С новой третьей ступенью ракета, получившая вслед за кораблем название «Восток» (8К72К), обрела завершенный вид. Но доработка узлов, дополнительные тесты и прожиги двигателей заняли время, поэтому в установленные сроки ракетчики не уложились – новые корабли подготовили только к февралю 1961 года. Кроме того, ударные силы ОКБ-1 опять пришлось отвлечь на запуск межпланетных станций в «астрономическое окно». На этот раз в центре внимания была «утренняя звезда» Венера.

Настало время реабилитироваться за провал марсианской программы. Первый запуск четырехступенчатой ракеты «Мечта» (8К78, № Л1-7Б) с автоматической станцией «1ВА» № 1 на борту состоялся 4 февраля. Станция вышла на околоземную орбиту, однако отказал преобразователь тока в системе энергоснабжения разгонного блока «Л» (этот преобразователь не был рассчитан на работу в вакууме), двигатель блока не запустился, и станция осталась в околоземном пространстве.

Трехступенчатая ракета-носитель «Восток» (рисунок А. Шлядинского)

Как обычно, о проблемах не сообщалось – в открытой печати было сказано только, что на орбиту выведен «тяжелый научный спутник». На Западе станцию «1ВА» № 1 окрестили «Спутником-7», и долгое время муссировался слух, что на ней находился пилот, который погиб во время полета, а потому имя его было засекречено.

Новый «космический» год начинался неудачно, однако советским ракетчикам удалось переломить негативную тенденцию. Злополучный преобразователь тока на следующем блоке «Л» загерметизировали, и 12 февраля стартовала «Молния» (8К78, № Л1-6Б), которая вывела в космос венерианскую станцию «1ВА» № 2. На этот раз все прошло почти идеально – аппарат ушел с околоземной орбиты и удостоился официального имени «Венера-1». Проблемы появились позже. Согласно данным телеметрии, отказал привод жалюзи системы терморегулирования, из-за чего нарушился температурный режим внутри приборного отсека станции. Кроме того, была зафиксирована неустойчивая работа «Венеры-1» в режиме постоянной солнечной ориентации, необходимой для зарядки аккумуляторов от солнечных батарей. Автоматически запустился режим «грубой» ориентации с закруткой аппарата вокруг оси, направленной на Солнце, и выключением, для экономии энергии, почти всех систем, кроме программно-временного устройства. В таком режиме связь осуществлялась через всенаправленную антенну, а следующий сеанс связи мог начаться автоматически по команде только через пять суток.

Межпланетный аппарат «Венера-1» (© NASA)

Семнадцатого февраля НИП-16 под Евпаторией вышел на связь с «Венера-1». Расстояние до станции в тот момент составляло 1,9 млн км. Телеметрические данные снова показали отказ системы терморегулирования и сбои в режиме солнечной ориентации. Этот сеанс оказался последним – станция перестала отвечать на сигналы .

Информация о проблемах на «Венере-1» была скрыта, и еще многие годы в разных изданиях утверждалось, что станция полностью выполнила научную программу. Впрочем, это не имеет существенного значения, ведь главное – впервые в истории сделанный на Земле вымпел отправился к другой планете Солнечной системы. И был это советский вымпел…

Запуск «Венеры-1» замечателен еще и тем, что в деле показал себя новый плавучий измерительный пункт, развернутый на этот раз не в Тихом, а в Атлантическом океане. Решение вывести в Атлантику НИПы было принято по итогам полетов кораблей «1К» – на карте мира оставалась обширная «слепая» зона, недоступная локаторам и радиосистемам Командно-измерительного комплекса. И это была очень ответственная зона, ведь, чтобы приземлиться на обжитую часть территории Советского Союза, корабль должен был тормозить где-то над Африкой, а до того неплохо было убедиться, что на борту все в порядке. В исключительно сжатые сроки (апрель – май i960 года) были арендованы и подготовлены к плаванию суда Минморфлота. Теплоходы «Краснодар» и «Ворошилов» переоборудовались у причалов морского торгового порта Одессы, теплоход «Долинск» – в Ленинграде. Каждое судно оснащалось двумя комплектами радиотелеметрических станций «Трал».

В то время на складах предприятия-изготовителя уже не нашлось готовых комплектов этих станций – их развезли по наземным НИПам. Почти всю номенклатуру аппаратуры пришлось собирать чуть ли не по свалкам предприятий оборонной промышленности. Приведенные в рабочее состояние блоки отлаживали, тестировали, упаковывали и отправляли в контейнерах в порты приписки судов. Интересно, что монтировали «Тралы» в классическом автомобильном варианте, а потом просто снимали «кунг» с шасси и опускали целиком в трюм теплохода.

Если с укомплектованием основной телеметрической аппаратуры вопрос все-таки как-то решался, то с аппаратурой «Бамбук» Службы единого времени дело обстояло совершенно иначе. К намеченному выходу в первые рейсы ее вообще не успевали изготовить. По договоренности с ОКБ-1 было решено привязывать получаемые данные к мировому времени по морскому хронометру, который давал точность в полсекунды. Разумеется, его приходилось часто сверять.

В свой первый рейс суда Атлантического измерительного комплекса вышли 1 августа 1960 года. На каждом была экспедиция в составе десятка сотрудников НИИ-4. В течение четырехмесячного рейса отрабатывалась технология проведения телеметрических измерений. Однако в «боевых» условиях суда показали себя именно в феврале 1961 года, снимая данные с разгонных блоков венерианских станций «1ВА».

Условия походов были далеки от комфортабельных. Люди, впервые попавшие в тропики, долго не могли к ним привыкнуть. Выделенные для аренды суда постройки двадцатых годов не имели элементарного бытового оборудования. Сотрудники экспедиции работали в грузовых трюмах под главной палубой, которая с утра раскалялась под горячими лучами солнца. Чтобы избежать тепловых ударов, тренировки и включение аппаратуры старались проводить в утреннее и ночное время. При этом работали голышом. Из-за жары случались и сбои, и возгорания техники. Но экипажи справились и отлично показали себя весной, когда в космос отправились новые космические корабли.

Девятого марта 1961 года в 9 часов 29 минут по московскому времени трехступенчатая ракета-носитель «Восток» стартовала с первой площадки полигона Тюра-Там и вывела на орбиту высотой 183,5 в перигее и 248,8 км в апогее космический корабль «ЗКА» № 1 («Четвертый космический корабль-спутник»). Это был самый тяжелый беспилотный корабль-спутник – он весил 4700 кг. Его полет в точности воспроизводил одновитковой полет пилотируемого корабля.

Четвероногие испытатели кораблей «1К» и «3КА»: Звездочка, Чернушка, Стрелка и Белка

Катапультируемое кресло пилота занял одетый в скафандр манекен, прозванный испытателями «Иваном Ивановичем». В его грудную и брюшную полости специалисты ГНИИИ авиационной медицины поместили клетки с мышами и морскими свинками. В некатапультируемой части спускаемого аппарата находился контейнер с собакой Чернушкой.

Сам полет прошел хорошо. Но после торможения не отстрелилась гермоплата кабель-мачты, из-за чего спускаемый аппарат не отделился от приборного отсека – это могло обернуться гибелью корабля. Из-за высокой температуры при входе в атмосферу кабель-мачта сгорела, и разделение все-таки произошло. Непредвиденный сбой привел к перелету расчетной точки на 412 км. Однако, по итогам обсуждения на заседании Госкомиссии, испытания были признаны успешными, а риск для будущего космонавта – допустимым.

В советских газетах писали: «Чудо современной техники – космический корабль весом в 4700 килограммов не только облетел вокруг Земли, но и совершил посадку в заданном районе Советского Союза. Это исключительное достижение наших покорителей Космоса с большим восхищением встречено всем миром. Теперь уже никто не сомневается, что чудесный гений советского народа в недалеком будущем осуществит дерзновеннейшую мечту – пошлет человека в Космос.»

Стал первым космическим кораблем программы Восток, нацеленной на пилотируемые полеты. Перед пилотируемым полетом по программе было запущено несколько автоматических аппаратов в период с мая 1960 по март 1961 года. Первый запуск состоялся 15 мая 1960 года, это корабль даже не был возвращаемым. Он был успешно запущен, но на 64-м витке возникли неполадки в системе управления и корабль перешел на высокую орбиту. Затем последовали два неудачных, один частично неудачный и один удачный пуски. Два последних запуска показали полную работоспособность и корабля, и ракеты-носителя, что открыло путь в космос человеку. Аппарат поднялся в воздух 12 апреля 1961 года с космодрома Байконур, на его борту находился первый в мире космонавт Юрий Гагарин . Первый полет человека в космос оказался и самым коротким. Гагарин сделал всего один оборот вокруг Земли за 108 минут. Перицентр орбиты находился на высоте всего 169 километров, апоцентр - 327 километров. Приземление произошло не в спускаемой капсуле, а на парашюте, отстреливаемом на высоте 7 километров. При этом, в отличие от более современных аппаратов программы Восток, аппарат не имел запасного двигателя для коррекции спуска в атмосфере. Вместо него у Гагарина был запас продовольствия на 10 дней в случае падения в незапланированном месте.

Также стоит отметить, что при первом полете не было морских судов, обеспечивающих космическую связь, так что она осуществлялась только с территории СССР. Тем не менее, у в штатном Гагарина не было возможности управления полетом. Все должно было происходить автоматически или по командам с наземных пунктов управления - если они были в зоне связи. Такое решение было принято из-за неизвестного влияния условий невесомости на человека. Чтобы включить ручное управление в случае экстренных обстоятельств, нужно было ввести код.

11 апреля ракета-носитель Восток-К с укрепленным аппаратом была перевезена в горизонтальном состоянии к пусковой площадке, где была обследована Королевым на предмет неполадок. После его утверждения ракета была приведена в вертикальное положение. В 10 утра Гагарин и Титов , запасной космонавт, получили окончательный план полета, который должен был начаться в 9:07 на следующий день. Выбор времени старта был обусловлен условиями спуска. Во время начала маневрирования для спуска аппарат должен был пролетать над Африкой с наилучшей ориентацией его солнечных датчиков. Высокая точность при маневре была необходима для попадания в запланированную точку посадки.

Подъем в день полета был назначен на 5:30 утра. После завтрака они облачились в скафандры и приехали к месту запуска. В 7:10 Гагарин уже был в космическом корабле и в течение двух часов до запуска общался с центром управления по радио, в центре же было доступно его изображение с бортовой камеры. Люк корабля был задраен через 40 минут после посадки Гагарина в корабль, но была обнаружена негерметичность, так что пришлось его открыть и задраить заново.

Запуск произошел в 09:07. Через 119 секунд после запуска внешние дополнительные двигатели ракеты-носителя израсходовали все топливо и были отделены. Через 156 секунд была сброшена защитная оболочка, через 300 - основная ступень ракеты носителя, однако разгонный блок продолжал выведение. Через три минуты после начала полета аппарат уже начал выходить из зоны связи с Байконуром. Лишь через 25 минут после начала полета было установлено, что аппарат вышел на расчетную орбиту. На самом деле Восток-1 вышел на орбиту через 676 секунд после запуска, за десять секунд до этого отработали двигатели разгонного блока.

В 09:31 Восток вышел из зоны связи со станцией в Хабаровске в диапазоне очень высоких частот и перешел на режим высоких. В 09:51 включилась система определения ориентации, необходимая для правильной выдачи импульса на спуск. Основной системой при этом была основанная на солнечных датчиках. В случае ее выхода из строя можно было переключиться на ручной режим управления и использовать примерное визуальное наведение. У каждой из систем имелся свой набор сопел двигательных установок и по 10 килограмм топлива. В 09:53 Гагарин узнает от станции в Хабаровске, что вышел на расчетную орбиту. В 10:00, когда Восток пролетал над Магеллановым проливом, новость о полете была передана по радио.

В 10:25 корабль был автоматически приведен в ориентацию, необходимую для спуска. Запуск двигателей произошел на расстоянии около 8000 километров от желаемой точки посадки. Импульс длился 42 секунды. Через десять секунд после завершения маневра от спускаемого модуля должен был отделиться служебный, но он оказался связанным со спускаемым сетью проводов. Однако благодаря вибрациям при прохождении плотных слоев атмосферы служебный модуль все отделился над Египтом и аппарат был приведен в правильную ориентацию.

В 09:55 на высоте 7 километров открылся люк аппарата и Гагарин катапультировался. Сам аппарат также спускался на парашюте раскрывшемся за 2.5 километра до Земли. Парашют Гагарина раскрылся практически сразу после катапультирования. При приземлении Гагарин промахнулся всего на 280 километров.

Луне суждено было стать тем небесным телом, с которым связаны едва ли не самые эффективные и впечатляющие успехи человечества за пределами Земли. Непосредственное изучение естественного спутника нашей планеты началось со старта советской лунной программы. 2 января 1959 года автоматическая станция «Луна-1» впервые в истории осуществила полет к Луне.

Первый запуск спутника к Луне (Луна-1) был огромным прорывом в области освоения космоса, но главная цель, перелет с одного небесного тела на другое так и не была достигнута. Запуск Луны-1 дал очень много научной и практической информации в области космических полетов к другим небесным телам. При полете «Луны-1» впервые была достигнута вторая космическая скорость и получены сведения о радиационном поясе Земли и космическом пространстве. В мировой печати космический аппарат «Луна-1» получил название «Мечта».

Все это было учтено при запуске следующего спутника Луна-2. В принципе Луна-2 практически полностью повторяла свою предшественницу Луну-1, те же научные приборы и оборудование позволяли заполнять данные о межпланетном пространстве и корректировать данные, полученные Луной-1. Для Запуска так же использовался РН 8К72 Луна с блоком «Е». 12 сентября 1959 года в 6:39 с космодрома Байконур РН Луна была запущена АМС Луна-2. И уже 14 сентября в 00 часов 02 минуты 24 секунды по московскому времени Луна-2 достигла поверхности Луны, совершив первый в истории полет с Земли на Луну.

Автоматический межпланетный аппарат достиг поверхности Луны восточнее «Моря Ясности», вблизи кратеров Аристил, Архимед и Автолик (селенографические широта +30°, долгота 0°). Как показывает обработка данных по параметрам орбиты, последняя ступень ракеты также достигла поверхности Луны. На борту Луны-2 были помещены три символических вымпела: два в автоматическом межпланетном аппарате и один - в последней ступени ракеты с надписью «СССР сентябрь 1959». Внутри Луны-2 находился металлический шар, состоящий из пятигранников-вымпелов, и при ударе о лунную поверхность шар разлетался на десятки вымпелов.

Размеры: Полная длина составляла 5.2 метра. Диаметр самого спутника 2.4 метра.

РН: Луна (модификация Р-7)

Масса: 390,2 кг.

Задачи: Достижение поверхности Луны (выполнена). Достижение второй космической скорости (выполнена). Преодолеть тяготение планеты Земля (выполнена). Доставка вымпелов «СССР» на поверхность Луны (выполнена).

ПУТЕШЕСТВИЕ В КОСМОС

«Луна» - наименование советской программы исследования Луны и серии космических аппаратов, запускаемых в СССР к Луне начиная с 1959 года.

Космические аппараты первого поколения («Луна-1» - «Луна-3») совершали перелет с Земли к Луне без предварительного выведения на орбиту искусственного спутника Земли, проведения коррекций на траектории Земля - Луна и торможения вблизи Луны. Аппараты осуществили пролет Луны («Луна-1»), достижение Луны («Луна-2»), ее облет и фотографирование («Луна-3»).

Космические аппараты второго поколения («Луна-4» - «Луна-14») запускались с использованием более совершенных методов: предварительного выведение на орбиту искусственного спутника Земли, затем старт к Луне, коррекции траектории и торможение в окололунном пространстве. При запусках отрабатывались полет к Луне и посадка на ее поверхность («Луна-4» - «Луна-8»), мягкая посадка («Луна-9» и «Луна-13») и перевод на орбиту искусственного спутника Луны («Луна-10», «Луна-11», «Луна-12», «Луна-14»).

Более совершенные и тяжелые космические аппараты третьего поколения («Луна-15» - «Луна-24») осуществляли перелет к Луне по схеме, используемой аппаратами второго поколения; при этом для увеличения точности посадки на Луну предусмотрена возможность проведения нескольких коррекций на траектории полета от Земли к Луне и на орбите искусственного спутника Луны. Аппараты «Луна» обеспечили получение первых научных данных о Луне, отработку мягкой посадки на Луну, создание искусственных спутников Луны, взятие и доставку на Землю проб грунта, транспортировку на поверхность Луны лунных самоходных аппаратов. Создание и запуск разнообразных автоматических лунных аппаратов является особенностью советской программы исследования Луны.

ЛУННАЯ ГОНКА

Начал «игру» СССР, запустив в 1957 году первый искусственный спутник. США сразу же включились в нее. В 1958 году американцы поспешно разработали и запустили свой ИСЗ, а заодно и образовали «во благо всех» - так звучит девиз организации - НАСА. Но к тому времени Советы обогнали соперников еще больше - отправили в космос собаку Лайку, которая хоть и не вернулась, но зато собственным героическим примером доказала возможность выживания на орбите.

На разработку спускаемого модуля, способного доставить живой организм обратно на Землю, ушло почти два года. Требовалось доработать конструкции, чтобы они выдерживали уже два «путешествия сквозь атмосферу», создать качественную герметичную и устойчивую к высоким температурам обшивку. А главное - нужно было рассчитать траекторию и спроектировать двигатели, которые бы обезопасили космонавта от перегрузок.

Когда же это все было сделано, возможность проявить героическую собачью натуру получили Белка и Стрелка. Они со своей задачей справились - вернулись живыми. Меньше чем через год по их следам полетел Гагарин - и тоже вернулся живым. Американцы в том 1961-м в безвоздушное пространство отправили только шимпанзе Хэма. Правда, 5 мая того же года суборбитальный полет совершил Алан Шепард, но международным сообществом это достижение космическим полетом признано не было. Первый «настоящий» американский астронавт - Джон Гленн - в космосе оказался только в феврале 62-го.

Казалось бы, США безнадежно отстали от «мальчишек с соседнего континента». Триумфы СССР следовали один за другим: первый групповой полет, первый человек в открытом космосе, первая женщина в космосе… И даже до естественного спутника Земли советские «Луны» добрались первыми, заложив основы столь важной для нынешних исследовательских программ методики гравитационных маневров и сфотографировав обратную сторону ночного светила.

Но выиграть в такой игре можно было, лишь уничтожив команду противника, физически или морально. Американцы же уничтожаться не собирались. Напротив - еще в 1961-м году, сразу после полета Юрия Гагарина, НАСА с благословления свежеизбранного Кеннеди взяла курс на Луну.

Решение было рискованным - СССР добивались своего шаг за шагом, планомерно и последовательно, и все равно не обходилось без провалов. А космическое агентство США решило сделать прыжок через ступеньку, если не через целый лестничный пролет. Но Америка компенсировала свою, в известном смысле, наглость тщательной проработкой лунной программы. «Аполлоны» тестировались на Земле и на орбите, в то время как ракеты-носители и лунные модули СССР «проверялись боем» - и не выдерживали проверок. В итоге тактика США оказалась результативнее.

Но ключевым фактором, ослабившим Союз в лунной гонке, был раскол внутри «команды с советского двора». Королев, на воле и энтузиазме которого держалась космонавтика, сперва, после своей победы над скептиками утратил монополию на принятие решений. Конструкторские бюро вырастали, как грибы после дождя на неиспорченном сельхозобработкой черноземе. Началось распределение задач, и каждый руководитель, что научный, что партийный, считал себя наиболее компетентным. Поначалу само утверждение лунной программы запоздало - отвлекшиеся на Титова, Леонова и Терешкову политики занялись ею только в 1964-м, когда американцы уже три года как размышляли над своими «Аполлонами». А затем отношение к полетам на Луну оказалось недостаточно серьезным - они не имели таких военных перспектив, как запуски ИСЗ Земли и орбитальных станций, а финансирования требовали куда большего.

Проблемы с деньгами, как это обычно бывает, «добили» грандиозные лунные проекты. С самого старта программы Королеву посоветовали занижать цифры перед словом «рублей», потому что реальные суммы никто бы не одобрил. Если бы разработки шли столь же успешно, как и прежние, такой подход себя бы оправдал. Партийное руководство все же умело считать и не стало бы закрывать перспективное дело, в которое уже вложено слишком много. Но в сочетании с бестолковым разделением труда нехватка средств привела к катастрофическим отставаниям от графика и экономии на испытаниях.

Возможно, впоследствии ситуацию удалось бы выправить. Космонавты горели энтузиазмом, даже просили отправить их к Луне на кораблях, не выдержавших тестовых полетов. Конструкторские бюро, за исключением находившегося под руководством Королева ОКБ-1, продемонстрировали несостоятельность своих проектов и сами собой тихо ушли со сцены. Стабильная в 70-х годах экономика СССР позволяла выделить дополнительные средства на доработку ракет, особенно если к делу подключились бы военные. Однако в 1968-м американский экипаж облетел Луну, а в 1969-м Нил Армстронг сделал свой маленький победный шаг в космической гонке. Советская лунная программа для политиков утратила смысл.

100 лет назад отцы — основатели космонавтики вряд ли могли себе представить, что космические корабли будут выбрасывать на свалку после одного-единственного полета. Неудивительно, что первые проекты кораблей виделись многоразовыми и зачастую крылатыми. Долгое время - до самого начала пилотируемых полетов - они конкурировали на чертежных досках конструкторов с одноразовыми «Востоками» и «Меркуриями». Увы, большинство многоразовых кораблей так и остались проектами, а единственная система многократного применения, принятая в эксплуатацию (Space Shuttle), оказалась страшно дорогой и далеко не самой надежной. Почему так получилось?

Ракетостроение имеет в своей основе два источника - авиацию и артиллерию. Авиационное начало требовало многоразовости и крылатости, тогда как артиллерийское было склонно к одноразовому применению «ракетного снаряда». Боевые ракеты, из которых выросла практическая космонавтика, были, естественно, одноразовыми.

Когда дело дошло до практики, конструкторы столкнулись с целым комплексом проблем высокоскоростного полета, в числе которых - чрезвычайно высокие механические и тепловые нагрузки. Путем теоретических исследований, а также проб и ошибок инженеры смогли подобрать оптимальную форму боевой части и эффективные теплозащитные материалы. И когда на повестку дня встал вопрос о разработке реальных космических кораблей, проектанты оказались перед выбором концепции: строить космический «самолет» или аппарат капсульного типа, похожий на головную часть межконтинентальной баллистической ракеты? Поскольку космическая гонка шла в бешеном темпе, было выбрано наиболее простое решение - ведь в вопросах аэродинамики и конструкции капсула куда проще самолета.

Быстро выяснилось, что на техническом уровне тех лет сделать капсульный корабль многоразовым практически нереально. Баллистическая капсула входит в атмосферу с огромной скоростью, а ее поверхность может нагреваться до 2 500-3 000 градусов. Космический самолет, обладающий достаточно высоким аэродинамическим качеством, при спуске с орбиты испытывает почти вдвое меньшие температуры (1 300-1 600 градусов), но материалы, пригодные для его теплозащиты, в 1950-1960-е годы еще не были созданы. Единственной действенной теплозащитой была тогда заведомо одноразовая абляционная обмазка: вещество покрытия оплавлялось и испарялось с поверхности капсулы потоком набегающего газа, поглощая и унося при этом тепло, которое в противном случае вызвало бы недопустимый нагрев спускаемого аппарата.

Попытки разместить в единой капсуле все системы - двигательную установку с топливными баками, системы управления, жизнеобеспечения и энергопитания - вели к быстрому росту массы аппарата: чем больше размеры капсулы, тем больше масса теплозащитного покрытия (в качестве которой использовались, например, стеклотекстолиты, пропитанные фенольными смолами с довольно большой плотностью). Однако грузоподъемность тогдашних ракет-носителей была ограниченна. Решение было найдено в делении корабля на функциональные отсеки. «Сердце» системы обеспечения жизнедеятельности космонавта размещалось в относительно небольшой кабине-капсуле с тепловой защитой, а блоки остальных систем были вынесены в одноразовые отделяемые отсеки, естественно, не имевшие никакого теплозащитного покрытия. К такому решению конструкторов, как представляется, подталкивал и небольшой ресурс основных систем космической техники. Например, жидкостный ракетный двигатель «живет» несколько сотен секунд, а чтобы довести его ресурс до нескольких часов, нужно приложить очень большие усилия.

Предыстория многоразовых кораблей
Одним из первых технически проработанных проектов космического челнока был ракетоплан конструкции Ойгена Зенгера. В 1929 году он выбрал этот проект для докторской диссертации. По замыслу австрийского инженера, которому было всего 24 года, ракетоплан должен был выходить на околоземную орбиту, например, для обслуживания орбитальной станции, а затем возвращаться на Землю с помощью крыльев. В конце 1930-х - начале 1940-х годов в специально созданном закрытом научно-исследовательском институте он выполнил глубокую проработку ракетного самолета, известного как «антиподный бомбардировщик». К счастью, в Третьем рейхе проект реализован не был, но стал отправной точкой для многих послевоенных работ как на Западе, так и в СССР.

Так, в США, по инициативе В. Дорнбергера (руководителя программы V-2 в фашистской Германии), в начале 1950-х годов проектировался ракетный бомбардировщик Bomi, двухступенчатый вариант которого мог бы выходить на околоземную орбиту. В 1957 году американские военные начали работу над ракетопланом DynaSoar. Аппарат должен был выполнять особые миссии (инспекция спутников, разведывательно-ударные операции и др.) и в планирующем полете возвращаться на базу.

В СССР, еще до полета Юрия Гагарина, рассматривалось несколько вариантов крылатых пилотируемых аппаратов многоразового использования, таких как ВКА-23 (главный конструктор В.М. Мясищев), «136» (А.Н. Туполев), а также проект П.В. Цыбина, известный как «лапоток», разработанный по заказу С.П. Королева.

Во второй половине 1960-х годов в СССР в ОКБ А.И. Микояна, под руководством Г.Е. Лозино-Лозинского, велась работа над многоразовой авиационно-космической системой «Спираль», которая состояла из сверхзвукового самолета-разгонщика и орбитального самолета, выводимого на орбиту с помощью двухступенчатого ракетного ускорителя. Орбитальный самолет по размерности и назначению в общих чертах повторял DynaSoar, однако отличался формой и техническими деталями. Рассматривался и вариант запуска «Спирали» в космос с помощью ракеты-носителя «Союз».

Из-за недостаточного технического уровня тех лет ни один из многочисленных проектов многоразовых крылатых аппаратов 1950-1960 годов не вышел из стадии проектирования.

Первое воплощение

И все же идея многоразовости ракетно-космической техники оказалась живучей. К концу 1960-х годов в США и несколько позднее в СССР и Европе был накоплен изрядный задел в области гиперзвуковой аэродинамики, новых конструкционных и теплозащитных материалов. А теоретические исследования подкрепились экспериментами, в том числе полетами опытных летательных аппаратов, самым известным из которых был американский Х-15.

В 1969 году NASA заключило первые контракты с аэрокосмическими компаниями США на исследование облика перспективной многоразовой транспортной космической системы Space Shuttle (англ. - «космический челнок»). По прогнозам того времени, к началу 1980-х годов грузопоток «Земля-орбита-Земля» должен был составить до 800 тонн в год, и шаттлам предстояло ежегодно совершать 50- 60 полетов, доставляя на околоземную орбиту космические аппараты различного назначения, а также экипажи и грузы для орбитальных станций. Ожидалось, что стоимость выведения грузов на орбиту не превысит 1 000 долларов за килограмм. При этом от космического челнока требовалось умение возвращать с орбиты достаточно большие нагрузки, например дорогие многотонные спутники для ремонта на Земле. Надо отметить, что задача возврата грузов с орбиты в некоторых отношениях сложнее вывода их в космос. Например, на кораблях «Союз» космонавты, возвращаясь с Международной космической станции, могут взять менее сотни килограммов багажа.

В мае 1970 года, после анализа полученных предложений, NASA выбрало систему с двумя крылатыми ступенями и выдало контракты на дальнейшую проработку проекта фирмам North American Rockwell и McDonnel Douglas. При стартовой массе около 1 500 тонн она должна была выводить на низкую орбиту от 9 до 20 тонн полезного груза. Обе ступени предполагалось оснащать связками кислородно-водородных двигателей тягой по 180 тонн каждый. Однако в январе 1971 года требования были пересмотрены - выводимая масса выросла до 29,5 тонны, а стартовая- до 2 265 тонн. По расчетам, пуск системы стоил не более 5 миллионов долларов, но вот разработка оценивалась в 10 миллиардов долларов - больше, чем был готов выделить конгресс США (не будем забывать, что США вели в то время войну в Индокитае).

Перед NASA и фирмами-разработчиками встала задача - снизить стоимость проекта по крайней мере вдвое. В рамках полностью многоразовой концепции этого добиться не удалось: слишком сложно было разработать теплозащиту ступеней с объемистыми криогенными баками. Возникла идея сделать баки внешними, одноразовыми. Затем отказались и от крылатой первой ступени в пользу повторно используемых стартовых твердотопливных ускорителей. Конфигурация системы приобрела знакомый всем вид, а ее стоимость, около 5 миллиардов долларов, укладывалась в заданные пределы. Правда, затраты на запуск при этом выросли до 12 миллионов долларов, но это считалось вполне приемлемым. Как горько пошутил один из разработчиков, «челнок спроектировали бухгалтеры, а не инженеры».

Полномасштабная разработка Space Shuttle, порученная фирме North American Rockwell (позднее Rockwell International), началась в 1972 году. К моменту ввода системы в эксплуатацию (а первый полет «Колумбии» состоялся 12 апреля 1981 года - ровно через 20 лет после Гагарина) это был во всех отношениях технологический шедевр. Вот только затраты на его разработку превысили 12 миллиардов долларов. На сегодня стоимость одного пуска достигает и вовсе фантастических 500 миллионов долларов! Как же так? Ведь многоразовое в принципе должно быть дешевле одноразового (по крайней мере, в пересчете на один полет)?

Во-первых, не оправдались прогнозы по объемам грузопотока - он оказался на порядок меньше ожидавшегося. Во-вторых, компромисс между инженерами и финансистами не пошел на пользу эффективности челнока: стоимость ремонтно-восстановительных работ для ряда агрегатов и систем достигла половины стоимости их производства! Особенно дорого обходилось обслуживание уникальной керамической теплозащиты. Наконец, отказ от крылатой первой ступени привел к тому, что для повторного использования твердотопливных ускорителей пришлось организовывать дорогостоящие поисково-спасательные операции.

Кроме того, шаттл мог работать только в пилотируемом режиме, что существенно удорожало каждую миссию. Кабина с астронавтами не отделяется от корабля, из-за чего на некоторых участках полета любая серьезная авария чревата катастрофой с гибелью экипажа и потерей челнока. Это случилось уже дважды - с «Челленджером» (28 января 1986 года) и «Колумбией» (1 февраля 2003 года). Последняя катастрофа изменила отношение к программе Space Shuttle: после 2010 года «челноки» будут выведены из эксплуатации. На смену им придут «Орионы», внешне весьма напоминающие своего дедушку - корабль «Аполлон» - и обладающие многоразовой спасаемой капсулой экипажа.

«Гермес», Франция/ЕКА, 1979-1994. Орбитальный самолет, запускаемый вертикально ракетой «Ариан-5», садящийся горизонтально с боковым маневром до 1 500 км. Стартовая масса - 700 т, орбитальная ступень - 10-20 т. Экипаж - 3-4 человека, выводимый груз - 3 т, возвращаемый - 1,5 т

Челноки нового поколения

С момента начала реализации программы Space Shuttle в мире неоднократно предпринимались попытки создания новых многоразовых кораблей. Проект «Гермес» начали разрабатывать во Франции в конце 1970-х годов, а потом продолжили в рамках Европейского космического агентства. Этот небольшой космический самолет, сильно напоминавший проект DynaSoar (и разрабатываемый в России «Клипер»), должен был выводиться на орбиту одноразовой ракетой «Ариан-5», доставляя к орбитальной станции несколько человек экипажа и до трех тонн грузов. Несмотря на достаточно консервативную конструкцию, «Гермес» оказался Европе не по силам. В 1994 году проект, на который израсходовали около 2 миллиардов долларов, был закрыт.

Куда более фантастично выглядел проект беспилотного воздушно-космического самолета с горизонтальным взлетом и посадкой HOTOL (Horizontal Take-Off and Landing), предложенный в 1984 году фирмой British Aerospace. По замыслу, этот одноступенчатый крылатый аппарат предполагалось оснастить уникальной двигательной установкой, сжижающей в полете кислород из воздуха и использующей его в качестве окислителя. Горючим служил водород. Финансирование работ со стороны государства (три миллиона фунтов стерлингов) через три года прекратилось из-за необходимости огромных затрат на демонстрацию концепции необычного двигателя. Промежуточное положение между «революционным» HOTOL и консервативным «Гермесом» занимает проект воздушно-космической системы «Зенгер» (Sanger), разработанный в середине 1980-х годов в ФРГ. Первой ступенью в нем служил гиперзвуковой самолет-разгонщик с комбинированными турбопрямоточными двигателями. После достижения 4-5 скоростей звука с его спины стартовали либо пилотируемый воздушно-космический самолет «Хорус», либо одноразовая грузовая ступень «Каргус». Однако и этот проект не вышел из «бумажной» стадии, в основном по финансовым причинам.

Американский проект NASP был представлен президентом Рейганом в 1986 году как национальная программа воздушно-космического самолета. Этот одноступенчатый аппарат, который в прессе часто называли «Восточным экспрессом», имел фантастические летные характеристики. Их обеспечивали прямоточные воздушно-реактивные двигатели со сверхзвуковым горением, которые, по утверждениям специалистов, могли работать при числах Маха от 6 до 25. Однако проект столкнулся с техническими проблемами, и в начале 1990-х годов его закрыли.

Советский «Буран» подавался в отечественной (да и в зарубежной) печати как безусловный успех. Однако, совершив единственный беспилотный полет 15 ноября 1988 года, этот корабль канул в Лету. Справедливости ради надо сказать, что «Буран» оказался не менее совершенен, чем Space Shuttle. А в отношении безопасности и универсальности применения даже превосходил заокеанского конкурента. В отличие от американцев советские специалисты не питали иллюзий по поводу экономичности многоразовой системы - расчеты показывали, что одноразовая ракета эффективнее. Но при создании «Бурана» основным был иной аспект - советский челнок разрабатывался как военно-космическая система. С окончанием «холодной войны» этот аспект отошел на второй план, чего не скажешь про экономическую целесообразность. А с ней у «Бурана» было плохо: его пуск обходился, как одновременный старт пары сотен носителей «Союз». Судьба «Бурана» была решена.

За и против

Несмотря на то что новые программы разработки многоразовых кораблей появляются как грибы после дождя, до сих пор ни одна из них не принесла успеха. Ничем окончились упомянутые выше проекты Hermes (Франция, ЕКА), HOTOL (Великобритания) и Sanger (ФРГ). «Завис» между эпохами МАКС - советско-российская многоразовая авиационно-космическая система. Потерпели неудачу и программы NASP (Национальный аэрокосмический самолет) и RLV (Многоразовая ракета-носитель) - очередные попытки США создать МТКС второго поколения на замену Space Shuttle. В чем же причина такого незавидного постоянства?

МАКС, СССР/Россия, с 1985 года. Многоразовая система с воздушным стартом, посадка горизонтальная. Взлетная масса - 620 т, вторая ступень (с топливным баком) - 275 т, орбитальный самолет - 27 т. Экипаж - 2 человека, полезная нагрузка - до 8 т. По утверждению разработчиков (НПО «Молния»), МАКС - наиболее близкий к реализации проект многоразового корабля

По сравнению с одноразовой ракетой-носителем создание «классической» многоразовой транспортной системы обходится крайне дорого. Сами по себе технические проблемы многоразовых систем решаемы, но стоимость их решения очень велика. Повышение кратности использования требует порой весьма значительного увеличения массы, что ведет к повышению стоимости. Для компенсации роста массы берутся (а зачастую изобретаются с нуля) сверхлегкие и сверхпрочные (и более дорогие) конструкционные и теплозащитные материалы, а также двигатели с уникальными параметрами. А применение многоразовых систем в области малоизученных гиперзвуковых скоростей требует значительных затрат на аэродинамические исследования.

И все же это вовсе не значит, что многоразовые системы в принципе не могут окупаться. Положение меняется при большом количестве пусков. Допустим, стоимость разработки системы составляет 10 миллиардов долларов. Тогда, при 10 полетах (без затрат на межполетное обслуживание), на один запуск будет отнесена стоимость разработки в 1 миллиард долларов, а при тысяче полетов - только 10 миллионов! Однако из-за общего сокращения «космической активности человечества» о таком числе пусков остается только мечтать… Значит, на многоразовых системах можно поставить крест? Тут не все так однозначно.

Во-первых, не исключен рост «космической активности цивилизации». Определенные надежды дает новый рынок космического туризма. Возможно, на первых порах окажутся востребованными корабли малой и средней размерности «комбинированного» типа (многоразовые версии «классических» одноразовых), такие как европейский Hermes или, что нам ближе, российский «Клипер». Они относительно просты, могут выводиться в космос обычными (в том числе, возможно, уже имеющимися) одноразовыми ракетами-носителями. Да, такая схема не сокращает затраты на доставку грузов в космос, но позволяет сократить расходы на миссию в целом (в том числе снять с промышленности бремя серийного производства кораблей). К тому же крылатые аппараты позволяют резко уменьшить перегрузки, действующие на космонавтов при спуске, что является несомненным достоинством.

Во-вторых, что особенно важно для России, применение многоразовых крылатых ступеней позволяет снять ограничения на азимут пуска и сократить затраты на зоны отчуждения, выделяемые под поля падения фрагментов ракет-носителей.

«Клипер», Россия, с 2000 года. Разрабатываемый новый космический корабль с многоразовой кабиной для доставки экипажа и грузов на околоземную орбиту и орбитальную станцию. Вертикальный запуск ракетой «Союз-2», посадка горизонтальная либо парашютная. Экипаж - 5-6 человек, стартовая масса корабля - до 13 т, посадочная масса - до 8,8 т. Ожидаемый срок первого пилотируемого орбитального полета - 2015 год

Гиперзвуковые двигатели
Наиболее перспективным типом двигательных установок для многоразовых воздушно-космических самолетов с горизонтальным взлетом некоторые специалисты считают гиперзвуковые прямоточные воздушно-реактивные двигатели (ГПВРД), или, как их чаще называют, прямоточные воздушно-реактивные двигатели со сверхзвуковым горением. Схема двигателя крайне проста - у него нет ни компрессора, ни турбины. Поток воздуха сжимается поверхностью аппарата, а также в специальном воздухозаборнике. Как правило, единственной подвижной частью двигателя является насос подачи горючего.

Основная особенность ГПВРД в том, что при скоростях полета, в шесть и более раз превышающих скорость звука, поток воздуха не успевает затормозиться во впускном тракте до дозвуковой скорости, и горение должно происходить в сверхзвуковом потоке. А это представляет известные сложности - обычно топливо не успевает сгорать в таких условиях. Долгое время считалось, что единственное горючее, пригодное для ГПВРД - водород. Правда, в последнее время получены обнадеживающие результаты и с горючими типа керосинов.

Несмотря на то что гиперзвуковые двигатели исследуются с середины 1950-х годов, до сих пор не изготовлено ни одного полноразмерного летного образца: сложность расчетов газодинамических процессов при гиперзвуковых скоростях требует проведения дорогостоящих натурных летных экспериментов. Кроме того, нужны жаропрочные материалы, стойкие к окислению при больших скоростях, а также оптимизированная система топливоподачи и охлаждения ГПВРД в полете.

Существенный недостаток гиперзвуковых двигателей - они не могут работать со старта, аппарат до сверхзвуковых скоростей надо разгонять другими, например, обычными турбореактивными двигателями. И, конечно, ГПВРД работает только в атмосфере, так что для выхода на орбиту понадобится ракетный двигатель. Необходимость ставить несколько двигателей на один аппарат значительно усложняет конструкцию воздушно-космического самолета.

Многогранная многократность

Варианты конструктивной реализации многоразовых систем весьма разнообразны. При их обсуждении не стоит ограничиваться только кораблями, надо сказать и о многоразовых носителях - грузовых многоразовых транспортных космических системах (МТКС). Очевидно, что для снижения стоимости разработки МТКС надо создавать беспилотными и не перегружать их избыточными, как у шаттла, функциями. Это позволит существенно упростить и облегчить конструкцию.

С точки зрения простоты эксплуатации наиболее привлекательны одноступенчатые системы: теоретически они значительно надежнее многоступенчатых, не требуют никаких зон отчуждения (например, проект VentureStar, создававшийся в США по программе RLV в середине 1990-х годов). Но их реализация находится «на грани возможного»: для создания таковых требуется снизить относительную массу конструкции не менее чем на треть по сравнению с современными системами. Впрочем, и двухступенчатые многоразовые системы могут обладать вполне приемлемыми эксплуатационными характеристиками, если использовать крылатые первые ступени, возвращаемые к месту старта по-самолетному.

Вообще МТКС в первом приближении можно классифицировать по способам старта и посадки: горизонтальному и вертикальному. Часто думают, что системы с горизонтальным стартом имеют преимущество, поскольку не требуют сложных пусковых сооружений. Однако современные аэродромы не способны принимать аппараты массой более 600-700 тонн, и это существенно ограничивает возможности систем с горизонтальным стартом. Кроме того, трудно представить себе космическую систему, заправленную сотнями тонн криогенных компонентов топлива, среди гражданских авиалайнеров, взлетающих и садящихся на аэродром по расписанию. А если учесть требования к уровню шума, то становится очевидным, что для носителей с горизонтальным стартом все равно придется строить отдельные высококлассные аэродромы. Так что у горизонтального взлета здесь существенных преимуществ перед вертикальным стартом нет. Зато, взлетая и садясь вертикально, можно отказаться от крыльев, что существенно облегчает и удешевляет конструкцию, но вместе с тем затрудняет точный заход на посадку и ведет к росту перегрузок при спуске.

В качестве двигательных установок МТКС рассматриваются как традиционные жидкостные ракетные двигатели (ЖРД), так и различные варианты и комбинации воздушно-реактивных (ВРД). Среди последних есть турбопрямоточные, которые могут разгонять аппарат «с места» до скорости, соответствующей числу Маха 3,5-4,0, прямоточные с дозвуковым горением (работают от М=1 до М=6), прямоточные со сверхзвуковым горением (от М=6 до М=15, а по оптимистичным оценкам американских ученых, даже до М=24) и ракетно-прямоточные, способные функционировать во всем диапазоне скоростей полета - от нулевых до орбитальных.

Воздушно-реактивные двигатели на порядок экономичнее ракетных (из-за отсутствия окислителя на борту аппарата), но при этом имеют и на порядок большую удельную массу, а также весьма серьезные ограничения на скорость и высоту полета. Для рационального использования ВРД требуется совершать полет при больших скоростных напорах, защищая при этом конструкцию от аэродинамических нагрузок и перегрева. То есть, экономя топливо - самую дешевую компоненту системы, - ВРД увеличивают массу конструкции, которая обходится гораздо дороже. Тем не менее ВРД, вероятно, найдут применение в относительно небольших многоразовых аппаратах горизонтального старта.

Наиболее реалистичными, то есть простыми и относительно дешевыми в разработке, пожалуй, являются два вида систем. Первый - типа уже упомянутого «Клипера», в которых принципиально новым оказался только пилотируемый крылатый многоразовый аппарат (или большая его часть). Небольшие размеры хоть и создают определенные трудности в части теплозащиты, зато уменьшают затраты на разработку. Технические проблемы для таких аппаратов практически решены. Так что «Клипер» - это шаг в правильном направлении.

Второй - системы вертикального пуска с двумя крылатыми ракетными ступенями, которые могут самостоятельно вернуться к месту старта. Особых технических проблем при их создании не ожидается, да и подходящий стартовый комплекс можно, наверное, подобрать из числа уже построенных.

Подводя итог, можно полагать, что будущее многоразовых космических систем безоблачным не будет. Им придется отстаивать право на существование в суровой борьбе с примитивными, но надежными и дешевыми одноразовыми ракетами.

Дмитрий Воронцов, Игорь Афанасьев