Профессор В. ДОБРОНРАВОВ,
доктор физико-математических наук

Ю. А. Гагарин побывал там, где никогда еще не был ни один человек Земли и вообще ни одно существо Вселенной (!!), обладающее разумом, подобным разуму человека. Он испытал невесомость. В этом совершенно не нормальном для человека состоянии он находился около полутора часов. Гагарин не только «существовал» в этом состоянии. Он работал. Он спокойно отвечал своим соотечественникам, следившим за его полетом, передавал сообщения, думал...

Родина-мать послала своего сына в этот беспримерный полет только тогда, когда ученые и инженеры приобрели уверенность в безупречной работе всех систем управления и средств, осуществляющих безусловное возвращение корабля на Землю. И все же, несмотря на высокое конструктивное совершенство космических кораблей и уверенность в успехе полета, первому космонавту следовало обладать огромным мужеством, чтобы выполнить столь ответственный полет.

Первый космический полет прошел блестяще.

Значение его исключительно велико как для дальнейшего освоения околоземного космического пространства, так и для развития межпланетных сообщений.

В короткой статье трудно оценить с достаточной полнотой все значение первого космического полета и открывшиеся при этом перспективы. Несомненно одно — проникновение человека в космос неизмеримо раздвигает границы нашего познания, обогащает науку и культуру.

Можно с уверенностью сказать, что после первого полета советского человека дальнейшее развитие науки и техники, в частности техники космических полетов, будет идти все более быстрыми шагами. В будущем следует ожидать использования космических аппаратов для решения ряда практических задач. Служба погоды и ледовой разведки, ретрансляция телевизионных и радиопередач, проведение самых широких исследований вне атмосферы Земли являются лишь первыми шагами на этом пути.

Проблему космического полета можно разбить на две основные части. Во-первых, нужна кабина, оборудованная всеми приспособлениями, необходимыми для создания и поддержания нормальных жизненных условий на различных этапах полета: запуск, выход на орбиту, полет в космическом пространстве, спуск к Земле, проход через плотные области земной атмосферы. Вторая часть заключается в механике самого полета, в его последней стадии — в обеспечении надежного, исключающего какие-либо случайности, возвращения на Землю корабля и космонавта.

Что касается первого вопроса, то даже при современном состоянии физики, химии, физического и химического приборостроения и машиностроения, автоматики советским ученым и инженерам пришлось много потрудиться для его успешного решения. Конечные результаты этой огромной работы говорят сами за себя.

В кабине корабля «Восток» поддерживалась нормальная обстановка, необходимая для жизни и деятельности. Нельзя не отметить надежность всех автоматических систем, регулировавших температуру, давление воздуха, производивших очистку воздуха и ряд других операций. Следует сказать, что кабина корабля «Восток» значительно более вместительна, более удобна для полета и несравнимо

Трасса первого полёта советского человека в космосе.

более надежна, чем, например, капсула американской системы «Меркурий», посредством которой осуществлялись «прыжки» в космос Шепарда и Гриссома, а затем (после долгих откладываний) и орбитальный полет Гленна. Это и понятно, так как корабль «Восток» весил более четырех с половиной тонн, а капсула системы «Меркурий» — немногим более одной тонны. Американскому космонавту Гленну пришлось столкнуться с неисправностями в системе ориентации корабля, чрезмерным повышением температуры в кабине, он вынужден был не сидеть в кресле, а лежать на спине, положив поднятые вверх и согнутые в коленях ноги на сиденье (так, по крайней мере, это показано в специальном выпуске журнала «Сианс э Ви»). Можно, конечно, такую позу попытаться оправдать стремлением облегчить перенесение инерционных перегрузок от ускорений при взлете и наборе скорости. Но все же это связано с неудобствами, от которых были избавлены советские космонавты.

Оценивая полет своего космонавта, американские специалисты сходятся на мнении, что «разрыв между Соединенными Штатами и Советским Союзом в области космических полетов на самом деле значительно больше, чем можно было бы предположить» на основании сравнения как тяговых показателей ракет-носителей, так и продолжительности пребывания советских кораблей в космосе.

Объективные характеристики полетов говорят сами за себя. Ясно одно, что неоценимый вклад в дело науки, внесенный советскими героями космоса, принадлежит всему человечеству.

Серьезным итогом полета корабля «Восток» явилось доказательство того, что советская наука и промышленность могут создавать надежные кабины для космических полетов человека и скафандры, позволяющие продолжать космический полет даже в случае разгерметизации кабины. Более сложная техническая задача, как мы уже отмечали, — гарантированное возвращение космического корабля и космонавта на Землю.

Управление полетом космического летательного аппарата представляет собой широкое понятие, охватывающее большой круг отдельных вопросов. Необходимо учитывать, что управление космическим полетом должно существенным образом отличаться от управления обычным самолетом, полет которого происходит только при наличии подъемной силы. Самолет выполняет полет в атмосфере. Космический же полет происходит в безвоздушной среде.

Несколько подробнее о характеристиках полетов. Баллистический полет подчиняется основному закону космической навигации: если полет совершается под влиянием силы притяжения со стороны одного только притягивающего центра, например Земли, то траектория полностью определяется начальными кинематическими данными баллистического полета, т. е. теми данными, которые окажутся в момент окончания работы двигателей.

Положим, что в этот момент времени на космический корабль будет действовать только сила притяжения со стороны центра притяжения. Пусть центр масс корабля получил некоторую скорость по величине и направлению (в системе координат, имеющей начало в центре Земли с осями непеременного направления, т. е. в системе координат, перемещающейся поступательно) и на определенном расстоянии от центра притяжения (центра Земли). Дальнейшее движение центра масс космического корабля будет происходить по одной из трех кривых, проходящих через начальную точку: по эллипсу, по параболе или по гиперболе. По какой именно — это зависит от определенных соотношений между начальной скоростью и начальным расстоянием от центра притяжения. Форма траектории, положение ее плоскости в пространстве зависят от тех же начальных данных и от направления вектора начальной скорости.

Таким образом выявляется следующий существенный элемент во всем управлении космическим полетом — управление переходом корабля с одной орбиты на другую. Такой переход может быть сделан только изменением скорости центра масс по величине и направлению (управлением вектора скорости центра масс). Для изменения величины вектора скорости необходима некоторая сила тяги. При этом для увеличения скорости увеличение силы тяги должно происходить по направлению имеющейся в данный момент скорости.

Если же требуется уменьшить скорость (при переходе с орбиты вокруг Земли на траекторию спуска), то направление тормозящего импульса должно быть противоположным направлению уменьшаемой скорости.

Москва, 14 апреля 1961 года. Во время приема в Большом Кремлевском дворце.

Если же для перехода с одной орбиты на другую требуется еще и изменение направления скорости центра масс, то для изменения направления воздействующего импульса нужен предварительный поворот корпуса космического корабля.

Здесь мы приходим к другой части управления полетом — к «управлению ориентацией» космического летательного аппарата в пространстве. Под этим понятием подразумеваются: во-первых, стабилизация ориентации космического корабля, иначе говоря, выполнение такой программы ориентации, согласно которой при каждом положении центра масс корабля на траектории корпус его будет иметь определенное положение (ориентацию) по отношению к тому или иному ориентиру (например, по отношению к Земле или Солнцу), т. е. по отношению к определенной системе координат, сохраняющей неизменное направление осей в пространстве. Далее может понадобиться изменение «стабилизации» корабля — переход от одной стабилизированной ориентации к другой.

Советские космические корабли-спутники при полете по орбите были ориентированы по отношению к Земле таким образом, что продольная их ось была направлена почти по касательной к траектории центра масс. Полет корабля был похож на обычный устойчивый полет артиллерийского снаряда в земной атмосфере.

Корабль «Восток», пилотируемый советским космонавтом, при движении по орбите был ориентирован к Земле. Правильность ориентации показывалась определенными датчиками. Перед выходом на траекторию спуска ориентация корабля была изменена и его сориентировали на Солнце. Это произошло по той причине, что перед спуском корабль был заторможен и повернут, чтобы тормозные двигатели действительно сообщили тормозящую тягу.

В задачу стабилизации спутников входит еще одна важная функция — погашение излишних, ненужных и мешающих нормальному полету вращений корабля вокруг собственного центра масс. Причины этого различны, например, некоторая асимметрия тяги в момент искривления траектории. Асимметрия тяги может создать вращающий начальный момент и начальное вращение, которое в дальнейшем сохранится. Собственные вращения космического летательного аппарата могут возникнуть и от неоднородности поля тяготения, вызываемой тем, что Земля не является строгим шаром, а представляет эллипсоид вращения.

Маршал Советского Союза Ф. И. Голиков и первый космонавт майор Ю. А. Гагарин среди участников Всеармейского совещания комсомольских работников. Фото С. Баранова.

Магнитные поля Земли тоже способны создавать вращающие моменты. Вращения, вызываемые последними двумя факторами, имеют небольшие угловые отклонения и называются «либрациями», но и против них предпринимаются меры, с тем чтобы амплитуды либрации не превосходили долей градуса. Прежде чем установить и поддерживать определенную ориентацию в пространстве, системы стабилизации космического корабля должны погасить все ненужные собственные вращения корабля, начиная даже с малых либраций.

Осуществление поворотов корабля в безвоздушном пространстве — трудная техническая задача. Для ее решения необходимо сначала установить правильные исходные принципы механики, а затем реализовать их технически.

Наиболее естественным способом, например, следует считать использование внешних сил. Они могут появиться от специальных реактивных двигателей, расположение которых зависит от типа корабля, его геометрии и запланированных в программе полета маневров. Повороты корпуса космического корабля могут осуществляться и посредством маршевых двигателей, установленных в кормовой части и предназначенных для изменения величины скорости центра масс. В этом случае двигатели должны быть подвижны относительно корпуса и крепить их нужно на карданных кольцах подобно тому, как подвешиваются на таких кольцах гироскопы. Благодаря подобным подвесам двигатели могут изменять свое положение по отношению к продольной оси корабля, а направление тяги — составлять тот или иной угол с продольной осью корабля. В результате последний будет поворачиваться.

СВЕТ «ВОСТОКА» Кажется, это случилось совсем недавно... В то утро на площадях и улицах, в домах и цехах заводов радостно взволнованные люди слушали потрясающие сообщения. Потом появились специальные выпуски газет с броскими — на всю первую полосу — заголовками: «Свершилось!» «Советский человек в космосе!» В тот день с газетных страниц и с экранов телевизоров смотрел на нас человек, о котором в первом сообщении ТАСС было сказано предельно кратко: «Гражданин Союза Советских Социалистических Республик, майор...» И, глядя на портрет этого гражданина, все почему-то считали, что у Колумба двадцатого века, у самого выдающегося героя наших дней, должно быть вот такое лицо: простое и мужественное. Ясный и твердый взгляд летчика. Молодая, открытая улыбка... Потом были встречи народа с героем — первым в мире космонавтом. На Внуковском аэродроме и на Красной площади; в Кремле и в залах различных конференций; в клубах и Домах культуры. А телеграф работал с необычайным напряжением, принимая потоки приветствий благодарного человечества — они шли в страну, гражданином которой является космонавт номер один. В те дни в мире не было двух слов, более популярных, чем Гагарин и «Восток». Кажется, это было совсем недавно... А между тем прошел уже год. Недавно Главный Конструктор космических двигателей, тех самых, что вывели на орбиту корабли «Восток», писал: «Человек, любующийся солнцем в зените, никогда не должен забывать зарю». Хорошо сказано! Заря занимается на востоке. С зарей приходит свет, и мы всегда должны помнить историческую зарю нынешних светлых дней. О ее приходе оповестил залп «Авроры». На одной шестой земного шара утвердился новый, социалистический строй. Еще при Ленине было создано Общество друзей воздушного флота. На празднике двухлетия этого Общества Владимир Маяковский читал в Большом театре свою поэму «Летающий пролетарий». Он знал, что «крылатых дней далека дата», дорога к ним нелегка. Но великая цель рождает и великую энергию. Никакая страна не имеет столь завидной истории авиации, как страна социализма. Партия коммунистов дала авиации такой грандиозный старт для штурма неба, какой под силу лишь советскому народу. Вспомним сегодня первые перелеты на машинах, созданных советскими конструкторами. Сотни аэроклубов, подшефных Ленинскому комсомолу, приобщили к авиационной культуре и технике широкие массы молодежи. Первыми Героями Советского Союза стали летчики, изумившие мир беспримерным подвигом по спасению челюскинцев. Вспомним сегодня первых кавалеров Золотой Звезды в Великой Отечественной войне Советского Союза. Гастелло, Талалихин, Супрун... Первыми трижды героями стали воины авиации. А было им тогда столько же примерно лет, сколько нынешним первым космонавтам. Авиация и космонавтика. Да, есть прямая, логическая преемственность героических традиций. Год назад мы стали свидетелями зримой передачи эстафеты, когда с плацдарма, завоеванного авиацией, в свою очередь обогащенной новейшими достижениями науки и техники, советский человек устремился к звездам. Мы стали свидетелями осуществления вековой мечты человечества. Год назад ракеты социализма вывели на орбиту корабль «Восток». Даже в своей полуфантастической поэме «Летающий пролетарий» смелый на пророчества поэт не отважился назвать такую близкую для космических полетов дату, как век нынешний. Он мечтал «чтоб В БУДУЩЕМ ВЕКЕ жизнь человечья ракетой неслась в небесах». Мифы становятся былью. Жизнь опередила самую дерзновенную мечту поэта. Что же это за время? Какие силы заставили его так ускорить свой бег? Откроем новую Программу Коммунистической партии Советского Союза, принятую ее двадцать вторым съездом. В ней ответ. Это время созидания нового мира, время великих свершений, на которые способен только освобожденный от капиталистического рабства народ. Люди страны социализма «дивные дивы творят» во имя теперь уже близкого светлого будущего. Их ведет к подвигам Коммунистическая партия Советского Союза. Когда историю творит сам народ, нет предела его возможностям. Миллионы честных людей разных стран — от рядового труженика до руководителя государства — задумались над тем, почему пионером в овладении космосом стал Советский Союз. Все, что предшествовало полету Гагарина и что за ним последовало, убедительно доказало народам мира, что такое нельзя объяснить случайными удачами. На встрече с писателями Юрий Гагарин подчеркивал «обычность» своей роли. Он, между прочим, сказал: — Такие, как я, — не одиночки. В нашей группе космонавтов были кандидаты, вероятно, и получше меня. Выбор пал на меня. Он широко улыбнулся и шутливо добавил: — Мне повезло... А тайну такого везения открыл второй космонавт, «небесный брат» Гагарина, Герман Титов. Выступая в Индонезии перед студентами университета, он точно определил закономерность событий, удививших и поразивших мир. Герман Титов сказал молодым индонезийцам: — Стартовой площадкой для полетов в космос явился наш социалистический строй, раскрепостивший могучие силы и гений народа. Вдумаемся в эти слова! Нет, не только научный подвиг совершил советский народ, послав в космос своих сынов и вернув их на землю. Он всему миру еще раз показал великие преимущества нашего социалистического строя. Прошел год со дня старта «Востока». Он заполнен деяниями, достойными народа, строящего коммунизм. Не одну, а семнадцать космических зорь видел в минувшем году капитан второго «Востока». Это было уже летом. Осенью мир слушал голос XXII съезда КПСС. Заря на востоке занимается все шире, и свет ее идей, выраженных в Программе партии коммунистов, виден сейчас на всех материках нашей планеты. Семен ГЛУХОВСКИЙ.

Корпус корабля можно поворачивать и другим методом, назовем его «гиростатическим». Существо этого метода состоит в том, что в корпусе корабля размещаются некоторые дополнительные специальные объекты, обладающие возможностью совершать те или иные движения по отношению к корпусу. Такими внутренними подвижными объектами могут быть: маховики, стабилизирующие силовые гироскопы, некоторые перемещающиеся массы, хотя бы даже жидкие.

Космический корабль вместе с такими подвижными внутренними телами будет составлять систему, называемую в механике «гиростатом». Движения внутренних тел можно подбирать таким образом, чтобы корпус корабля совершал требуемые по программе повороты вокруг своего центра масс. Это возможно на основании закона механики о сохранении кинетического момента механической системы, находящейся под действием одних внутренних сил.

Вся система управления полетом «космического корабля, состоящая из средств стабилизации и устройств, осуществляющих скоростные и поворотные маневры, представляет собой совокупность сложных, связанных между собой агрегатов автоматики. В основе всей системы лежит программа полета, содержащая точные координаты корабля в каждый момент времени, скорость его центра масс по величине и направлению и положение корпуса корабля в пространстве.

Для этого должны быть установлены весьма чувствительные элементы — датчики, регистрирующие малейшие отклонения в режиме полета от запланированного по отношению ко всем элементам программы — координатам центра масс, величине и направлению скорости и ориентации корабля. Сигналы от чувствительных элементов передаются на исполнительные органы, исправляющие малейшие нарушения запрограммированного режима полета. В намеченные по программе моменты времени совершались и кардинальные маневры: поворот перед пуском, перевод корабля на переходную траекторию к Земле, торможение и др.

Первый в истории человечества полет в космическое пространство, осуществленный советским космонавтом Ю. А. Гагариным на корабле-спутнике «Восток», позволил сделать вывод огромного научного значения о практической возможности полетов человека в космос. Он показал, что человек может нормально переносить условия космического полета, выведения на орбиту и возвращения на поверхность Земли. Этим полетом показано, что в условиях невесомости человек полностью сохраняет работоспособность, координацию движений, ясность мышления.

Первый космический полет человека показал, что советская наука и техника полностью разрешили основную проблему создания управляемого и возвращаемого на Землю космического корабля. Все сложные системы управления работали в полете безупречно.

Полет Ю. А. Гагарина показал, что путь человеку в межпланетное пространство, к Луне, другим планетам в принципе открыт и требуется только время для дальнейшей отработки теоретических и практических вопросов.

Так, например, в полете космонавта Г. Титова использовались данные, полученные Ю. Гагариным. Корабль был несколько усовершенствован, установленная на его борту регенерационная установка отличалась от регенерационной установки корабля «Восток-1» составом блоков, химических реагентов и была более совершенной.

Дальнейшее освоение межпланетного пространства может происходить по различным направлениям. Во всяком случае, нет сомнения в том, что можно ожидать более продолжительных полетов космонавтов вокруг Земли и на более дальних расстояниях от нее. Такие полеты необходимы для окончательного испытания кораблей типа «Восток» и полного выяснения возможности все более длительного пребывания космонавтов в состоянии невесомости.

Облет Луны человеком явился бы, безусловно, интереснейшим экспериментом и новым серьезным шагом в покорении межпланетного пространства. Трудно пока представить, как будет происходить дальнейшее освоение космоса. Возможно ли организовать такой полет для небольшой группы космонавтов на космическом корабле, который возьмет старт к планетам непосредственно с Земли? Или же, может быть, выяснится, что для полета к планетам требуются более крупные корабли, запуск которых со скоростями, превышающими вторую космическую, возможен только с промежуточных, летающих вокруг Земли больших орбитальных космических станций?

Наш новый спутник на орбите Широка и многогранна советская программа изучения и освоения космоса. Наряду с решением сложнейших задач запуска космических кораблей, их безопасного возвращения на Землю и обеспечения жизнедеятельности человека в космическом полете эта программа предусматривает, в частности, дальнейшее углубленное изучение физики верхней атмосферы и межпланетного пространства. Наука уже обогатилась открытием новых явлений — обнаружены радиационные пояса вокруг Земли, изучены некоторые, неизвестные ранее излучения Солнца, не достигающие поверхности нашей планеты, непосредственно измерены отдельные физические характеристики верхней атмосферы и т. д. Однако открыто еще далеко не все. К тому же недостаточно выяснена природа некоторых явлений. В осуществлении советской программы исследований верхних слоев атмосферы и космического пространства важную роль сыграет серия запусков искусственных спутников Земли, которые начаты 16 марта 1962 года. Имея на борту научную аппаратуру, радиотелеметрические системы и радиопередатчики, эти спутники обеспечат геофизические исследования верхней атмосферы, помогут уточнить характеристики магнитного поля планеты, дадут ценный материал о физике Солнца, космических лучей, ионосферы, о метеорологии. Первый спутник из этой серии, запущенный 16 марта, вышел на орбиту с перигеем 217 и апогеем 980 км. Действительная орбита, как показали первые наблюдения, хорошо совпала с расчетной. Научная аппаратура, установленная на спутнике, функционирует нормально.

Сборка таких станций в принципе возможна. Но для их постройки необходимо решить еще ряд задач, создать пилотируемые космонавтами космические корабли-спутники, которые в состоянии свободно выполнять сложные навигационные маневры, например сближаться между собой, доставлять с Земли материалы для сборки станции. Нужны также надежные скафандры, позволяющие космонавтам находиться не внутри корабля, а на его поверхности. Необходимо дальнейшее изучение всех радиационных зон вокруг Земли, метеоритной опасности и разработка надежных мер для борьбы с ней.

Правда, полеты Гагарина и Титова показали, что метеоритная опасность весьма мала. Эти данные были получены и в предыдущих полетах советских спутников и космических ракет, но все же изучение метеоритной опасности не должно упускаться из виду.

Возникает и такая проблема: есть ли необходимость в создании искусственной тяжести для космонавтов на космических кораблях для борьбы с невесомостью? Или же выяснится, что в состоянии невесомости тренированные космонавты, обладающие известными физическими данными, могут находиться в течение очень длительного времени?

Для выяснения этих вопросов требуется время. Но ясно одно: человечество не может остановиться в начале пути к покорению космоса. События на этом пути будут, бесспорно, развиваться, будут происходить все более и более замечательные эксперименты, и советский народ, несомненно, будет занимать ведущее место в этой интереснейшей области деятельности.