В.Н.Бобков
КОСМИЧЕСКИЕ КОРАБЛИ ТИПА "ВОСТОК" И "ВОСХОД" И
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НА ИХ БАЗЕ
Разработка в ОКБ-1 под руководством С.П.Королева и успешный пуск 21 августа 1957 г. первой двухступенчатой межконтинентальной баллистической ракеты (МБР) Р-7 создали необходимые технические предпосылки для вывода в космическое пространство сначала первых в мире ИСЗ, а после оснащения ракеты третьей ступенью — и космических аппаратов значительной массы.
МБР Р-7 создавалась в соответствии с Постановлением правительства СССР № 956-408 от 20 мая 1954 г. под полезный груз до 5.5 т с дальностью полета не менее 8000 км. Летные испытания Р-7 начались 15 мая 1957 г. на полигоне Байконур. Через год, используя Р-7 как ракету-носитель, удалось вывести на орбиту ИСЗ третий спутник массой 1327 кг. После оснащения ракеты третьей ступенью (блоком "Е") полезный груз, выводимый на орбиту ИСЗ увеличился до 5 т.
Это обстоятельство сыграло решающую роль в создании кораблей-спутников, особенно с человеком на борту. В этом плане стартовые возможности у США были существенно хуже. Разрабатываемая в США по программа МХ-1593 с января 1951 г. МБР "Атлас", которая в сентябре 1955 г. получила высший приоритет от президента, позволяла как ракета-носитель доставить на орбиту полезный груз массой 960 кг. Летные испытания "Атласа" были начаты 11 июня 1957 г., а расчетной дальности она достигла лишь 28 августа 1958 г. в 11-м пуске. И только после ряда технических мероприятий полезный груз, выводимый на орбиту, удалось увеличить до 1300 кг, что и позволило в дальнейшем вывести на орбиту ИСЗ корабль "Меркурий" с человеком на борту.
В конце 50-х годов военно-политическое руководство США уже заявляло, что кто контролирует космос, тот контролирует и Землю. Поэтому в годы холодной войны вполне естественно, что после создания первых экспериментальных ИСЗ как в СССР, так и в США возникла мысль создать ориентированный на Землю спутник для целей разведки Земли из космоса.
В США по заданию ВВС и ЦРУ началась разработка спутников-разведчиков "Корона", "Сентри" и "Мидас", и уже в августе 1960 г. были получены первые фотоснимки территории СССР из космоса.
На спутниках типа "Дискавери" с февраля 1959 г. началась отработка спускаемых с орбиты на Землю капсул с фотопленкой. Первая капсула была возвращена на Землю в начале августа 1960 г., за несколько дней до спуска с орбиты собак Белка и Стрелка, запущенных в СССР на корабле-спутнике.
В итоге, 22 мая 1959 г. выходит Постановление правительства СССР по теме "Восток" за № 569-264, согласно которому ОКБ-1 должно приступить к разработке объекта под названием "Восток-1" для экспериментальной отработки основных систем и конструкции автоматического спутника-разведчика, а также спутника, предназначенного и для полета человека. При этом в Постановлении указывалось, что создание ИСЗ для разведывательных целей и навигации кораблей считается неотложной оборонной задачей.
Слова "а также спутника, предназначенного и для полета человека" попали в Постановление не случайно. В середине августа 1958 г. проектным отделом № 9 М.К.Тихонравова в ОКБ-1 был подготовлен технический отчет "Материалы предварительной проработки вопроса о создании спутника Земли с человеком на борту" [1, с. 20-118]. Выбор варианта конструктивно-компоновочной схемы корабля-спутника проводился широким фронтом, не только в ОКБ-1, но и в других организациях, по просьбе Королева.
Наиболее детально в ОКБ-1 прорабатывались варианты корабля-спутника с баллистической схемой посадки спускаемого аппарата (СА), для которого была предложена простейшая форма — сфера, хорошо известная аэродинамикам. Значительная суммарная масса теплозащиты — до 1,0 т — была оправдана с технической точки зрения, чтобы свести к минимуму риск для человека. Вся аппаратура и оборудование, необходимые лишь в орбитальном полете, были расположены в отделяемом от СА приборно-агрегатном отсеке (ПАО).
Простая и надежная система электропитания, состоявшая из химических батарей, система ориентации с использованием струйных сопел, работающих на азоте, хранящемся в отдельных шаробаллонах, простой и надежный датчик ориентации на Солнце перед включением двигательной установки на торможение — все это также потребовало затрат массы, однако в итоге была достигнута не только высокая степень надежности космического корабля, но и выиграно время.
Значительная масса корабля-спутника позволяла рассматривать и крылатую схему. Проект такого крылатого аппарата по договоренности с Королевым был разработан в ОКБ-256 МАП под руководством Главного конструктора П.В.Цыбина и подписан им 17 мая 1959 г.
В середине сентября 1958 г. Королев уже явно отдавал предпочтение варианту корабля-спутника с баллистической схемой посадки спускаемого аппарата, т.к. уже в апреле 1958 г. медики дали "добро" на допустимость перегрузки в 10 единиц для пилота в направлении "грудь-спина" при спуске СА в атмосфере.
С.П.Королев предлагал проработать ряд вопросов по функциональному дублированию отдельных полетных ситуаций: штатное катапультирование пилота из СА и спуск его в СА при необходимости, автоматическая ориентация спутника при помощи специального датчика и ручная ориентация на Землю с помощью оптического визира, ввод парашютных систем от бародатчиков и инерциальных датчиков, разделение СА и ПО от ПВУ и термодатчиков, дублирование тормозной двигательной установки естественным торможением в атмосфере при определенных параметрах начальной орбиты с временем существования не более 10 суток, спасение пилота при аварии ракеты-носителя сначала с помощью катапультирования из СА через люк в головном обтекателе, а далее, после сброса обтекателя — путем отделения всего СА с последующим штатным вариантом спуска с катапультированием из СА.
Эскизный проект по автоматическому кораблю-спутнику "Восток-1" (изделие 1К) был утвержден Королевым 26 апреля 1960 г. На кораблях-спутниках в качестве пассажиров уже летали собаки.
В новом Постановлении правительства от 10 декабря 1959 г. уже более четко ставилась задача по осуществлению первых полетов человека в космическое пространство, а в Постановлении от 4 июня 1960 г. устанавливались сроки запуска беспилотных кораблей-спутников в период май — декабрь 1960 г.
Еще в 1959 г. Королев принял решение создать единую конструкцию для спутника-разведчика и корабля-спутника для полета человека. Уже очевидно, что второй проект выходит вперед, что и находит свое подтверждение в Постановлении правительства СССР № 1110-462 от 11 октября 1960 г., в котором создание пилотируемого космического корабля (КК) "Восток" названо задачей особого значения.
Первые пуски автоматических кораблей-спутников (изделий 1К) начались 15 мая 1960 г. запуском корабля-спутника 1КП без теплозащиты. 28 июля 1960 г. корабль-спутник с собаками Чайка и Лисичка не вышел на орбиту из-за аварии ракеты-носителя на участке работы первой ступени. 19 августа 1960 г. был запущен корабль-спутник с собаками Белка и Стрелка, которые были впервые возвращены на Землю 20 августа 1960 г. в катапультируемой капсуле. По нештатной траектории спускался и был подорван специальной системой корабль-спутник с собаками Пчелка и Мушка, запущенный 1 декабря 1960 г.
22 декабря 1960 г. из-за аварии на участке работы 3-й ступени ракеты-носителя произошел нештатный спуск (суборбитальный полет) корабля-спутника в районе г.Тура. Собаки Шутка и Комета приземлились в СА из-за отказа катапульты.
При переходе к пилотируемому варианту, конечно, пришлось много доработать в конструкции и компоновке корабля-спутника. Так появилось изделие ЗКА, при этом последнее уточнение проектных данных прошло в сентябре-ноябре 1960 г.
9 марта 1961 г. были проведены испытания конструкции и отдельных систем изделия 3КА — будущего корабля "Восток". Собака Чернушка приземлилась в СА, манекен был катапультирован. 25 марта предыдущий полет был повторен с собакой Звездочка и манекеном. 7 апреля Королев утвердил программу полета пилотируемого космического корабля "Восток". Путь к 12 апреля 1961 г. был открыт.
К моменту первого полета человека в космическое пространство еще не все было ясно для медиков. Было известно, что человек способен хорошо переносить кратковременное состояние невесомости, но Ю.А.Гагарин должен был пробыть в этом состоянии около часа. Некоторые медики предрекали даже возможное нарушение психики человека при длительном пребывании в невесомости.
Как сообщил в своем докладе 13 апреля 1961 г. на заседании Государственной комиссии первый космонавт Ю.А.Гагарин, "чувство невесомости было несколько непривычным по сравнению с тем, что ожидалось. Возникло ощущение, что висишь в горизонтальном положении, на ремнях. Видимо, подогнанная плотно подвесная система оказывала давление на грудную клетку и создавала впечатление, что висишь.
Перед спуском с орбиты, после выключения ТДУ, произошел резкий толчок. Корабль начал вращаться вокруг своих осей с очень большой скоростью, порядка 30 градусов в секунду. Ждал разделения СА и ПО, а его не было, т.к. не было своевременного отстрела кабель-мачты СА-ПО и раскрытия замка стяжных лент на СА.
Без паники доложил на Землю лишь то, что ТДУ сработала нормально. Разделение отсеков произошло на 10 минут позже, уже от нагрева. К моменту максимальных перегрузок колебания СА уменьшились. Перегрузка плавно достигла 10 единиц.
Был момент, секунды 2-3, когда начали расплываться показания на приборах и в глазах стало сереть...
После автоматического катапультирования из СА также автоматически ввелась основная парашютная система на кресле.
Позже раскрылся запасной парашют и повис, ненаполнившись. После отделения блока НАЗа порывом ветра открыло и запасной парашют." Спуск был на двух парашютах. Как мы видим, все на корабле "Восток" выполнялось автоматикой. И это было оправдано, так как никто тогда не знал, будет ли космонавт в состоянии управлять космическим кораблем на всех этапах полета и посадки.
"Страхи" оказались излишними. Космонавт выяснил, что можно работать и есть в невесомости космическую пищу и пить воду без существенных последствий для состояния. Оказалось, что признаки "морской болезни" обычно проявляются лишь к 4-му витку, но это выяснил уже космонавт № 2 Г.С.Титов. Освобождение от привязной системы в СА и свободное плавание впервые выполнил А.Г.Николаев. Суммарное время "плавания" составило 3,5 часа. Это имело важное значение для космической медицины, однако вопросы по влиянию невесомости на организм человека еще остались, что впоследствии подтвердил полет первой женщины-космонавта В.В.Терешковой, и особенно — космонавтов А.Г.Николаева и В.И.Севастьянова на КК "Союз-9" (17 сут 17 ч).
При полете Гагарина на корабле "Восток" были проведены визуальные наблюдения Земли из космоса, опробованы различные виды радиосвязи с Землей, велся контроль работы бортовых систем корабля. В ходе полета "Востока-2" Титов использовал кинокамеру "Конвас" для съемки поверхности Земли из космоса. На "Востоке-3" Николаев вел съемку в "надир" для получения изображений поверхности Земли, а П.Р.Попович на "Востоке-4" снимал линию горизонта и зону терминатора.
Подведя итоги, можно сказать, что в те годы, когда создавались первые космические корабли, многое было неясным и трудным, однако в главном первые разработчики КК разобрались быстро, и как позднее подтвердилось — правильно. Задача создания первого в мире КК "Восток" была решена профессионально, а сам корабль занял в истории техники достойное место.
Напомним основные данные корабля "Восток":
Стартовая масса — 4725 кг;
СА — 2460 кг;
ПАО — 2265 кг.
Габариты:
длина по корпусу — 4.3 м;
диаметр по корпусу (максимальный) — 2.5 м;
диаметр СА — 2.3 м;
свободный объем СА -1.6 м3.
Расчетная продолжительность полета -10 сут.
Стартовая масса распределялась следующим образом:
конструкция — 20%; теплозащита — 17,7%; бортовые системы -21,5%; бортовая кабельная сеть — 8,6%; система электропитания -12,5%; ТДУ (с топливом) — 8,5%; средства приземления СА — 3,2%; кресло с космонавтом — 7,1%; заправка газами -1%.
Спутник-разведчик, получивший название "Зенит-2", успешно стартовал в космос 26 апреля 1962 г. ("Космос-4"). Первый пуск 11 декабря 1961 г. был аварийным из-за ракеты-носителя.
Каким образом пришли в США к пилотируемому полету в космос?
В начале 1947 г. появился проект запуска по баллистической траектории капсулы с человеком с помощью ракеты А-4 (V-2) на высоту 160 км. Далее идея суборбитального полета была продолжена в проекте запуска капсулы на баллистической ракете "Редстоун".
Следует отметить, что первым обратил внимание на возможность использования МБР для полета человека в космическое пространство сотрудник Национального консультативного совета по аэронавтике (НАКА) Дж.Аллен, однако правительство США рассматривало МБР лишь как средство доставки ядерного оружия. В 1957 г. в НАКА разработали проект пилотируемого корабля, но и он не нашел поддержки. Положение несколько изменилось после 4 октября 1957 г.
В 1958 г. ВВС США стали всерьез вести исследования этого вопроса. 1 октября 1958 г. была создана гражданская организация по космосу — НАСА. Через пять дней президент США Д.Эйзенхауэр возложил на нее ответственность за осуществление программы полета человека в космос и присвоил программе "Меркурий" высшую категорию срочности, наряду с программами создания МБР "Атлас" и "Титан".
Дж.Кеннеди резко критиковал Д.Эйзенхауэра за его недооценку значения космонавтики в области пилотируемых полетов в космос.
Военные ведомства США в то время развернули работы по пилотируемому полету в космос на самолете. Испытывался самолет Х-15, который мог достичь высоты 100 км. В ноябре 1957 г. ВВС США объявили конкурс на создание проекта космического ракетоплана "Дайна Сор". Девять фирм дали свои предложения.
Технические требования на капсулу (впоследствии — космический корабль "Меркурий") были сформулированы НАСА в 1958 г.
В 1959 г. группе фирм во главе с фирмой "Боинг" был дан заказ на планер, компоновку бортовых систем и увязку с ракетой-носителем. Фирма "Мартин" стала разрабатывать модификацию МБР "Титан".
6 февраля 1960 г. НАСА поручила фирме "МакДоннелл" поставить первый серийный КК "Меркурий", и 12 апреля 1960 г. он был готов для испытательного полета по баллистической траектории.
Пуск состоялся 29 июля 1960 г., однако ракета-носитель взорвалась. Далее было проведено еще 8 различных испытаний, после чего, 5 мая 1961 г., был выполнен первый суборбитальный полет астронавта А.Шеппарда.
Переход к орбитальному полету астронавта Д.Гленна 20 февраля 1962 г. потребовал "пересадки" КК "Меркурий" на модифицированную МБР "Атлас-Д". Потребовались два беспилотных пуска (13 сентября и 29 ноября 1961 г.): первый с манекеном, а второй — с шимпанзе, прежде чем на орбиту ИСЗ полетел американский астронавт.
В 1963 г. намечалось провести первые полеты беспилотных ракетопланов по баллистической траектории, далее — суборбитальные полеты с летчиками, и наконец — орбитальный полет.
Рассчитывали на стартовую массу ракетоплана 4.5 т. и ракету-носитель "Титан-2", однако масса стала расти, по мере разработки проекта, до 7 — 8 т.
Решили в 1964 г. проводить испытания ракетопланов при сбросе с бомбардировщика В-52, а в начале 1965 г. вывести на орбиту беспилотный ракетоплан, но с помощью более мощного носителя "Титан-3". К середине 1965 г. можно было провести полет пилотируемого ракетоплана. Однако 10 декабря 1963 г. министр обороны США закрыл проект "Дайна Сор".
Нечто похожее произошло и в СССР. В ОКБ А.И.Микояна разрабатывался проект крылатой космической системы "Спираль", суть которого не понял в свое время Министр обороны СССР А.А.Гречко. Дело ограничилось сбросами аппарата — аналога с самолета Ту-95.
Новые КК типа "Восход" вобрали в себя весь опыт КК "Восток", однако они приобрели новое качество — стали многоместными кораблями с определенным распределением функций между отдельными космонавтами.
Ракета-носитель, созданная на базе Р-7, оснащенная более мощной третьей ступенью (блоком "И"), позволила поднять стартовую массу кораблей до 5.7 т.
Создание этих кораблей было определено Постановлением правительства СССР от 14 июня 1964 г. Амортизированные кресла для членов экипажа, двигатель мягкой посадки в стропах парашютов, дублирование тормозного двигателя — все эти технические решения нашли потом свое воплощение на космических кораблях нового поколения "Союз".
Только система аварийного спасения экипажа в случае аварии ракеты-носителя на старте "не успела" на корабли типа "Восход". Был, конечно, определенный риск, но Королев пошел на него.
Вначале был осуществлен пуск беспилотного корабля 6 октября 1964 г. ("Космос-47"). На борту пилотируемого трехместного КК "Восход", стартовавшего 12 октября 1964 г., работали летчик-космонавт В.М.Комаров, космонавт-инженер К.П.Феоктистов и космонавт-врач Б.Б.Егоров. Они провели комплексные научно-технические и медико-биологические исследования, были исследованы работоспособность и взаимодействие в полете группы космонавтов.
К сожалению, полет корабля "Восход" был кратковременным.
18 марта 1965 г., в 8 ч 34 мин 51 сек по Гринвичу, Земля приняла из космоса доклад космонавта П.И.Беляева: "Человек вышел в космическое пространство!" Это было во время полета КК "Восход-2". А перед этим был неудачный пуск 22 февраля 1965 г. беспилотного аналога этого корабля ("Космос-57"). Шлюз не отстрелился от СА перед выдачей импульса "на торможение". Из-за смещенной центровки не было стабилизации корабля во время работы тормозного двигателя, нужная скорость не была набрана, корабль спускался по нерасчетной траектории и был подорван. Тем не менее, вскоре состоялся пуск пилотируемого корабля "Восход-2".
Космонавт А.А.Леонов, используя надувную шлюзовую камеру, вышел в открытый космос и пробыл вне корабля 12 мин 9 с. Возвращение в камеру было очень трудным, т. к. раздутый скафандр мешал в нее войти. Пришлось космонавту несколько стравить давление из скафандра.
Перед выдачей тормозного импульса не прошла автоматическая команда на спуск. Пришлось проводить ориентацию КК вручную, и вручную включать ТДУ, а это было далеко не просто при принятой компоновке кресел по отношению к оптическому визиру-ориентатору "Взор". Возвращение на Землю было выполнено с очень большим "перелетом", в тайгу, недалеко от Перми.
С.П.Королев был очень доволен мужеством, которое проявил экипаж в этом полете.
Единственное, чего не сделал космонавт А.А. Леонов во время выхода — не смог заснять КК с помощью кинокамеры, встроенной в скафандр, т.к. не мог нащупать ее спусковой пульт.
В настоящее время космонавты работают вне орбитальной станции более 6 ч, а началось все с 12 мин.
На следующем космическом корабле типа "Восход" планировалось провести эксперимент по созданию искусственной тяжести, для чего предполагалось оснастить третью ступень ракеты-носителя лебедкой с тросом, соединенным с КК. После отхода корабля от ступени на тросе длиной 1000 м, должна была проводиться закрутка относительно оси, проходящей через центр масс системы.
Искусственную тяжесть создали американцы на КК "Джемини-11 , соединенном тросом с ракетой "Аджена" после стыковки.
Планировался также длительный полет двух космонавтов на очередном КК типа "Восход". Эстафету опять перехватили американцы на корабле "Джемини-7" (13 сут 18 ч 35 мин), а далее — мы, на корабле "Союз-9".
Только беспилотный корабль "Восход" полетел на 22 сут с двумя подопытными собаками — Ветерком и Угольком. Этот КК вошел в историю как очередной спутник "Космос-110".
Оставшийся штатный корабль типа "Восход" находится сейчас в музее РКК"Энергия" им. С.П.Королева.
Литература и источники.
1. Пилотируемые космические корабли "Восток" и "Восход" / В кн. "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П.Королева. Б.м. [г.Королев], 1996, с. 20 -118.