Сканировал Игорь Степикин

Валентин БОБКОВ
КОСМИЧЕСКИЙ КОРАБЛЬ "ВОСТОК"

"Крылья Родины", 1991, №4, с. 4-5; №6, с. 24-25.


КОМПОНОВКА КОСМИЧЕСКОГО КОРАБЛЯ "ВОСТОК"
1. Космонавт в катапультируемом кресле. 2. Спускаемый аппарат. 3. Ручка управления ориентацией корабля. 4. Приборная доска. 5. Теплозащита спускаемого аппарата. 6. Оборудование системы жизнеобеспечения. 7. Телекамера. 8. Шар-баллоны с азотом, воздухом и кислородом. 9. Приборный отсек. 10. Антенны переговорной радиолинии КВ-диапаэона — 2 шт. 11. Антенны системы "Сигнал" — 2 шт. 12. Тормозная двигательная установка. 13. Антенны радиотелеметрической системы — 4 шт. 14. Антенны командной радиолинии — 4 шт. 15. Антенна переговорной радиолинии УКВ-диапазона. 16. Антенны системы РКО — 4 шт. 17. Антенна широковещательного приемника. 18. Жалюзи радиатора-излучателя. 19. Запасы воды и пищи. 20. Оптический ориентир "Взор". 21. Датчики ориентации на Солнце. 22. Иллюминатор. 23. Сопла системы ориентации корабля.
  • Март 1957 года. На техническую позицию космодрома Байконур доставлена первая советская двухступенчатая межконтинентальная баллистическая ракета Р-7, испытательные пуски которой начались 15 мая. Тем не менее в апреле этого года в ОКБ С. П. Королева в отделе М. К. Тихонравова уже был подготовлен "План проектных исследований по созданию пилотируемых спутников и автоматических аппаратов для исследований Луны". Проектанты ракеты Р-7 доказали, что оснащение ее третьей ступенью позволит поднять величину полезного груза, выводимого на орбиту ИСЗ, с 1,3 до 4,5 — 5 тонн.
  • Отдел прикладной математики АН СССР к этому времени провел расчеты, из которых стало ясно, что при пологом баллистическом спуске с орбиты спутника перегрузки нарастают плавно, и их максимальная величина не превышает 10 единиц. Таким образом, главная проблема — создать спускаемую часть спутника. С этой целью по техническому заданию ОКБ С. П. Королева в одном из НИИ МАП началась научно-исследовательская работа по подготовке уточненной методики расчета тепловых потоков при спуске и комплексным исследованиям конструктивно-компоновочных схем, массовых характеристик и динамики полета спутника.
  • К апрелю 1958 в ОКБ С. П. Королева пришли к выводу, что спускаемая часть спутника, названная впоследствии спускаемым аппаратом (СА), для баллистического спуска с орбиты может иметь аэродинамическое качество от 0 до 0,5 единиц и представлять собой тупой конус со скругленным носком и сферическим днищем. На конечном участке спуска пилот должен катапультироваться и приземляться на парашюте.
  • В это же время в ОКБ-256 МАП П. В. Цыбина прорабатывался спутник крылатой схемы ("лапоток") с посадкой "по-самолетному", и был выпущен эскизный проект в мае 1959 г. В США также начались работы над проектами "Меркурий" (спуск капсулы по баллистической траектории) и "Дайна Сор" (спуск крылатого ракетоплана).
  • В качестве промежуточного этапа появилась идея (как в США, так и у нас) создать капсулу для подъема человека до высоты 200-500 км при вертикальном пуске баллистической ракеты с последующим возвращением на парашюте. Американцы эту идею реализовали при пусках А. Шепарда и В. Гриссома 5 мая и 21 июня 1961 г. в капсулах "Меркурий" на ракетах "Редстоун". С. П. Королев принял решение сразу делать основной вариант, то есть космический аппарат-спутник для полета человека на орбиту ИСЗ.
  • В апреле 1958 г. медики дали "добро" на допустимость перегрузки для пилота в 10 единиц в направлении "грудь-спина".
     Ракетно-космическая система "Восток"Ракетно-космическая система Меркурий"-"Атлас Д"
    Стартовая масса, т287118
    Стартовая тяга, тс408166
    Общая длина, м38,3629
    Масса корабля, т4,7251,355
  • В середине августа проектанты группы К. П. Феоктистова (будущего летчика-космонавта СССР) в отделе М. К. Тихонравова ОКБ С. П. Королева подготовили технический отчет: "Материалы предварительной проработки вопроса о создании спутника Земли с человеком на борту (объекта ОД-2)". В этом отчете все многообразие возможных форм спускаемого аппарата было сведено до осесимметричных. При этом отмечено, что сфера имеет достоверные и стабильные аэродинамические характеристики во всех диапазонах углов атаки и скоростей, причем масса теплозащитного покрытия будет приемлемой величины. Безопасность и надежность полета человека можно обеспечить за счет функционального дублирования систем и агрегатов принципиально разными способами реализации полетных ситуаций. Отчет содержал предварительные исходные данные для начала разработки компоновки, конструкции и требований к бортовым системам спутника.
  • С. П. Королев одобрил результаты проработок спутника с баллистической схемой спуска, хотя поступившие отчеты по научным исследованиям, проведенным в НИИ МАП, отдавали предпочтение спутнику с крылатой схемой посадки. Звездный час крылатых схем еще не наступил, поскольку неясно было, как надежно защитить конструкцию планера от аэродинамического нагрева, да и управляемость в широком диапазоне скоростей оставалась мало исследованной.
  • К крылатой схеме в 1965 году обратилось ОКБ А. И. Микояна, где был разработан проект экспериментального пилотируемого орбитального самолета по теме "Спираль" (см. "КР" № 11 — 1990 г.), изготовлен самолет-аналог и проведены его сбросы с пилотом на борту с самолета-носителя. Модели этого самолета в масштабе 1:2 с теплозащитой получили название "Бор" и впоследствии выводились на орбиту ракетами-носителями и совершали планирующий спуск на Землю.
  • В соответствии с принятым решением по пилотируемому спутнику С. П. Королев предложил проработать дополнительно ряд вопросов, связанных с функциональным дублированием отдельных полетных ситуаций. В частности, таких, как штатное катапультирование пилота и спуск его в СА при необходимости, автоматическая ориентация спутника с помощью специального датчика и ручная ориентация по Земле с использованием оптического визира, ввод парашютной системы от баро— и инерциальных датчиков, разделение отсеков спутника по сигналу от программно-временного устройства и от термодатчиков. Оставались нерешенными вопросы о дублировании двигательной установки и спасении пилота при аварии ракеты-носителя на старте и различных участках активного полета. Так, спасение пилота при аварии на начальном участке работы первой ступени достигалось с помощью катапультирования из спускаемого аппарата и через люк в головном обтекателе. Однако в случае аварии в конце работы первой ступени нагрев кресла мог достичь нескольких сот градусов, что требовало создания теплозащитного кокона для пилота.

    Так выглядел спускаемый аппарат "Востока" после приземления (на подставке)
  • Уточненные расчеты по прогреву теплозащиты спускаемого аппарата позволили снизить ее массу примерно в 2 раза. Специалисты по аэродинамике хотели снизить массу теплозащиты еще больше, предложив форму СА "фара" (позднее реализованную на космическом корабле "Союз"). Однако это предложение в то время не прошло, так как требовалось много времени на проведение испытаний в трубах по оценке аэродинамических характеристик.
  • К слову, при разработке космического корабля "Меркурий" американцам с самого начала пришлось "изобретать" подобную форму с целью снижения массы теплозащиты до минимума (380 кг), так как возможности ракеты -носителя "Атлас Д" не позволяли кораблю "Меркурий" иметь стартовую массу более 1,35 т (без учета системы аварийного спасения). Старт на орбиту американского корабля "Меркурий МА-6" с астронавтом Дж. Гленном состоялся лишь 20 февраля 1962 г.
  • Окончательная редакция отчета по созданию пилотируемого спутника была утверждена С. П. Королевым 15 сентября 1958 г., а с октября началась разработка его отдельных узлов и агрегатов конструкции.
  • Постановление правительства СССР в мае 1959 года опередило всех основных исполнителей этой исторической работы. 30 мая были выпущены исходные данные на разработку объекта "Восток-1", получившего впоследствии название — корабль-спутник (КС). Начались проектирование систем, разработка чертежей и схем на корабль-спутник для полета с животными на борту.
  • Последнее уточнение проектных данных в основном по результатам полетов в беспилотном варианте прошло в сентябре-ноябре 1960 г. уже применительно к пилотируемому варианту корабля "Восток".
  • Отработка конструкции и систем корабля-спутника в беспилотном варианте была начата 15 мая 1960 года. КС не имел теплозащиты и системы приземления. Программой предусматривался полет по орбите и торможение для входа спускаемого аппарата в атмосферу. На нем отрабатывалась также экспериментальная солнечная батарея "Луч" площадью 0,8 м2. Однако система автоматической ориентации с использованием датчика ИКВ и гироорбитанта не сработала нужным образом, и вместо торможения получился разгон корабля. По результатам этого полета в систему автоматической ориентации был введен датчик одноосной солнечной ориентации, что давало возможность сориентировать корабль "на торможение" по Солнцу над Африкой при небольшом увеличении тормозного импульса и произвести спуск в заданный район территории СССР.
  • В июле, августе и декабре 1960 г. были произведены четыре запуска КС с собаками на борту. Первый и третий оказались неудачными. При втором пуске (19.08.60 г.) впервые живые существа Белка и Стрелка вернулись на Землю после 27-часового космического полета, а в четвертом — собаки Шутка и Комета совершили суборбитальный полет.
  • 9 марта 1961 г начались испытания конструкции корабля "Восток", предназначенного уже для полета человека. Через 1,92 ч полета на Землю был возвращен спускаемый аппарат с собакой Чернушкой. Автономно произведена посадка манекена с использованием катапультируемого кресла. 25 марта успешно повторен предыдущий полет. На этот раз на Землю вернулись собака Звездочка и манекен.
  • 7 апреля С. П. Королев утвердил программу полета пилотируемого космического корабля "Восток".
  • 12 апреля 1961 года, стартовав в 9 часов 07 минут по московскому времени, ракета-носитель "Восток" вывела на орбиту с перигеем 181 км, апогеем 327 км и наклонением 65° космический корабль "Восток" массой 4725 кг с первым в мире космонавтом Ю. А. Гагариным. Стартовая масса ракеты-носителя с кораблем "Восток" составляла 287 т. Время выведения на орбиту равнялось 11,5 минуты. Космонавт в течение полета вел радиосвязь с Землей, передавал показания приборов, фиксировал изменение перегрузок и моменты отделения ступеней ракеты-носителя, оценивал уровень шумов, вел наблюдения поверхности Земли. С помощью двух телевизионных камер изображение космонавта передавалось на Землю.
  • В 9 часов 51 минуту после выхода корабля из тени Земли включилась автоматическая система ориентации. Космонавт вел наблюдения в иллюминаторы, контролировал работу систем корабля, в том числе системы ориентация через оптический прибор "Взор". Свои наблюдения он записывал на планшет, а также на магнитофон. Во время полета космонавт успешно отведал "космической пищи". В 10 часов 25 минут, когда корабль был над Гвинейским заливом, включилась на 44 секунды тормозная двигательная установка, и корабль перешел на траекторию спуска. Вновь был закрыт гермошлем. Спускаемый аппарат отделился от приборного отсека и продолжил путь к Земле. В 10 часов 35 минут радиосвязь пропала. Возникли перегрузки и вибрации. Спускаемый аппарат окутался плазмой. Перегрузки величиной 5 единиц действовали в течение 100 секунд. На высоте 7 км от поверхности Земля произошло автоматическое катапультирование кресла с Ю. А. Гагариным из спускаемого аппарата. Парашютная система обеспечила благополучное приземление космонавта вблизи (1,5 км) деревни Смеловки в Саратовской области, в 6 км от реки Волга, в 10 часов 55 минут. Чуть раньше в двух км от космонавта совершил посадку спускаемый аппарат.

    КОСМИЧЕСКИЙ КОРАБЛЬ "ВОСТОК"

  • Основные характеристики

    Стартовая масса корабля (без головного обтекателя), т — 4,725, в том числе: спускаемого аппарата — 2,46; приборного отсека — 2,265. Габариты, м: длина по корпусу — 4,3; диаметр по корпусу (максимальный) — 2,5; диаметр спускаемого аппарата — 2,3; свободный объем спускаемого аппарата, м3 — 1,6. Перегрузка на участке спуска, ед. — 9-10. Расчетная продолжительность полета, сут. — до 10.

  • Космический корабль "Восток" состоял из двух основных отсеков: спускаемого аппарата и приборного отсека с тормозной двигательной установкой. Он имел ряд бортовых систем.
  • Система ориентации и стабилизации обеспечивала автоматическую и ручную ориентацию корабля при выполнении программы полета. Для контроля работы систем и ручной выдачи команд имелись приборная доска, пульт управления и ручка ориентации. В качестве исполнительных органов были выбраны газовые сопла (тяга одного сопла — 1,5 кгс), входящие в состав двух автономных систем (по 8 сопел в каждой). Они работали на азоте, поступавшем из шар-баллонов, находившихся снаружи корабля.
  • Система управления бортовой аппаратурой и электропитания размещалась в отсеках корабля. Она включала командно-логические и электрокоммутационные устройства, блоки аккумуляторных батарей (в приборном отсеке), автономную аккумуляторную батарею (в спускаемом аппарате), а также преобразователи тока.
  • Системы жизнеобеспечения и терморегулирования поддерживали в спускаемом аппарате нормальную атмосферу с давлением 755-775 мм ртутного столба с 21-25% кислорода по объему и температуру 17-26 °С. Индивидуальное снаряжение космонавта включало скафандр с системами вентиляции и кислородного питания. Запасы пищи, воды и емкости для сбора отходов были рассчитаны на 10 суток.
  • Системы радиосвязи. Для обеспечения двухсторонней телефонной связи включали УКВ-радиолинию и две КВ-радиолинии. Имелись КВ-передатчики системы "Сигнал" для передачи данных о самочувствии космонавта. Дублированный комплект радиоаппаратуры обеспечивал траекторные измерения. На борту был также широковещательный приемник.
  • Два комплекта приемных и дешифрирующих устройств аппаратуры командной радиолинии с блоками коммутации обеспечивали прием на корабле 63 команд с Земли для управления комплексом бортовой аппаратуры.
  • Данные о работе бортовых систем передавали на Землю дублированные комплекты радиотелеметрической системы. С момента введения основных парашютов космонавта и спускаемого аппарата была предусмотрена работа пеленгационных КВ-передатчиков, а после приземления — и УКВ-передатчиков.
  • Программно-временное устройство обеспечивало заданную циклограмму работы бортовой аппаратуры корабля.
  • Тормозная двигательная установка (ТДУ). Выдавала импульс "на торможение" для схода корабля и орбиты.
  • ТДУ имела полную массу 396 кг, включала в себя жидкостный двигатель с тягой 1600 кгс, торовые топливные баки и систему подачи топлива.
  • Запас двухкомпонентного топлива (окислитель — азотная кислота с добавками и горючее на основе аминов) составлял 280 кг. Для схода с орбиты ТДУ должна была "убавить" орбитальную скорость корабля на 100— 140 м/с. Стабилизация корабля при работе ТДУ осуществлялась автоматически по сигналам от гироскопов с помощью рулевых сопел.
  • Система приземления спускаемого аппарата. Имела вытяжной парашют площадью 1,5 м2, вводимый в поток крышкой парашютного контейнера, отстреливаемой по команде от бародатчиков, тормозной — площадью 18 м2, вводимый на высоте 4 км при скорости 200 м/с, и основной (вводимый на высоте 2,5 км) площадью 574 м2. Скорость приземления спускаемого аппарата составляла 10 м/с.
  • Катапультируемое кресло космонавта было оснащено двумя парашютами: основным и запасным. В состав основного входил тормозной площадью 2 м2. Основной — площадью 83,5 м2 располагался в верхней части кресла в контейнере, а запасной — площадью 56 м2 на специальной отделяемой спинке кресла. Ввод запасного парашюта происходил при отказе основного (Примеч.- При посадке Ю. А. Гагарина для повышения безопасности был реализован автоматический ввод запасного парашюта после раскрытия основного (посадка на двух парашютах).) В нижней части кресла размешался отсек для носимого аварийного запаса (НАЗа) и кислородного прибора. Стреляющий механизм кресла придавал креслу с космонавтом скорость на выходе из спускаемого аппарата до 20 м/с за 0,1-0,2 с. Для спасения космонавта в случае аварии ракеты-носителя на старте или в начале полета были предусмотрены дополнительно 2 пороховых ускорителя, с помощью которых можно было придать креслу скорость до 48 м/с.
  • По команде автоматики системы приземления на высоте 7 км при скорости 220 м/с происходило отделение крышки входного люка и через 2 с — катапультирование. Одновременно автоматически закрывалось остекление шлема скафандра, подтягивались плечевые ремни и включался кислородный прибор. После выхода кресла вводился тормозной парашют, а через 3 с одновременно с отделением от кресла космонавта вместе со спинкой, запасным парашютом и НАЗом отключался тормозной парашют и вводился основной (на высоте 4 км и при скорости 70 м/с). Спустя 10 с после сброса кресла от космонавта отделялся НАЗ и повисал на фале длиной 15 м. Скорость приземления космонавта на основном парашюте составляла 6 м/с.
  • Корпус СА, сваренный из листов алюминиевого сплава толщиной 3 мм, состоял из сферических долек и конических обечаек, переходящих в сферу. Теплозащита представляла в основном асбестовую ткань, пропитанную бакелитовой смолой. Максимальная толщина теплозащиты в лобовой части составляла 110 мм, а минимальная — 40 мм в тыльной.
  • В верхней части СА располагались 3 люка с диаметром "в свету" 1 метр. Один из них (со стороны ног космонавта) являлся технологическим. Через другой люк (напротив технологического) осуществлялась посадка космонавта и катапультирование кресла с ним. Через третий люк вытягивалась из контейнера парашютная система. Спускаемый аппарат имел три иллюминатора, два из которых размещались на крышках люков. Внутри СА покрывался декоративной обшивкой (поролоном).
  • Приборный отсек корабля объемом 3 м3 представлял собой два соединенных основаниями усеченных конуса, В нем размещались аппаратура и оборудование основных систем корабля, обеспечивавших орбитальный полет. Корпус отсека был сварен также из листов алюминиевого сплава толщиной 2 мм и точеных шпангоутов. Со стороны СА корпус приборного отсека имел вогнутую сферическую оболочку, а с противоположной стороны — цилиндрическую нишу для размещения ТДУ. Перед полетом отсек заполнялся сухим азотом.
  • Стартовая масса корабля "Восток" распределялась следующим образом: конструкция — 20 %, теплозащита (с матами ) — 17,7 %, бортовые системы — 21,5%, бортовая кабельная сеть — 8,6%, система электропитания — 12,5%, ТДУ — 8,4 %, средства приземления — 3,2 %, кресло с космонавтом — 7,1 %, заправка газами — 1%.
  • Первые космические корабли для полета человека в космос создавались, когда многое было еще неясным и трудным. Однако в главном их разработчики разобрались быстро и, как позднее подтвердилось, правильно. Задача создания первого в мире космического корабля "Восток" была решена профессионально, а сам он вошел в историю техники как результат выдающейся инженерной мысли.
  • Впоследствии были знаменитые исторические полеты человека на Луну, впечатляющие старты и возвращение на Землю крылатых космических кораблей многоразового использования, но "Восток" открыл тернистый путь человека к звездам.