«Техника-молодежи» 1988 г №4, с.24-26, 40

Давно подмечено: любая вещь, предмет, которыми пользуется человек, как бы перенимает частицу души хозяина, словно очеловечивается. В полной мере это относится и к машинам, к средствам передвижения — в особенности. Помните песню Владимира Высоцкого «Я Як-истребитель»? Вот сзади заходит ко мне «мессершмитт». Уйду — я устал от ран. Но тот, который во мне сидит, я вижу, решил — на таран! Что делает он, ведь сейчас будет взрыв!.. Но мне не гореть на песке, - запреты и скорости все перекрыв, я выхожу из пике... Точнее и выразительнее о духовном сродстве человека и машины, пожалуй, не скажешь... В № 10 за 1987 год была опубликована статья летчика-космонавта СССР Павла Поповича и конструктора Александра Желудкова «Возносящие на орбиты», в которой рассказывалось о ракетах-носителях, доставляющих в околоземное пространство различные аппараты. Продолжая эту тему по просьбе читателей, помещаем выступление тех же авторов, посвященное космическим кораблям — самым очеловеченным машинам космоса.

«Восток», «Восход» и другие

Павел ПОПОВИЧ, летчик-космонавт СССР, дважды Герой Советского Союза, Александр ЖЕЛУДКОВ, ведущий конструктор

Итак, создание мощной ракеты-носителя обеспечило возможность запуска на орбиту настолько тяжелого груза, что им мог стать и корабль с человеком. С мая 1960 года начались натурные испытания корабля «Восток» для полетов с человеком на борту. Чтобы сделать корабль проще, надежнее и в кратчайший срок, академик С. П. Королев стремился использовать уже известные, отработанные на земной технике принципы. Так, для посадки корабля использовали парашютную систему — ее масса меньше, чем, скажем, у крыла или вертолетного винта. Поскольку размеры парашютов зависят от массы спускаемого груза — решили не возвращать на Землю оборудование, которое не понадобится при спуске. С этой целью «Восток» со стартовой массой 4,7 т был составлен из двух частей — обитаемого спускового аппарата (СА) и невозвращаемого приборного отсека с двигательной установкой. Отсеки были стянуты металлическими лентами, которые размыкались при спуске.

Приборный отсек опоясывал своеобразный «патронташ», составленный из шарообразных баллонов. Хранившийся в них сжатый азот служил рабочим телом в двигателях ориентации. «Восток» не мог изменить параметры орбиты. Для этого не годились ни двигатели ориентации, ни маршевая установка ТДУ-1 конструкции А. М. Исаева, которая запускалась только для торможения и работала непрерывно до израсходования топлива. Между прочим — следовало учитывать и такую возможность, — установка могла и не включиться. Для обеспечения безопасности полета выбирали низкие орбиты, где происходило естественное торможение, за счет которого корабль сходил бы с орбиты не более чем за 10 суток — на такой срок были рассчитаны ресурсы системы жизнеобеспечения.

Спускаемый аппарат «Востока» имел форму шара. Внушительные по размерам антенны командной радиолинии крепились к стяжным лентам и оставались с ними после разделения отсеков. Заданная ориентация СА при спуске обеспечивалась как у «ваньки-встаньки», за счет центровки...

Сопоставим две официальные цифры. «Восток-4» находился в полете 70 ч 44 мин, а его командир П. Р. Попович — на 13 мин больше. Ошибки нет — просто на высоте 7000 м космонавт катапультировался и спустился на парашюте, а парашют продолжавшего падать шара вступил в действие лишь на отметке 4000 м. Так происходило на всех «Востоках». Однако при крайней необходимости (если не срабатывала система катапультирования) космонавты могли совершить посадку и в СА. Конечно, тряхнуло бы их сильно, но руки и ноги остались бы целы.

Закономерный вопрос: для чего понадобилось катапультировать космонавта? Обычно отвечают, что необходимо было облегчить парашютную систему СА. Для более мощной, обеспечивающей комфортную посадку космонавтов, в отсеке не хватало места.

Видимо, это не совсем так. В октябре 1964 года стартовал корабль «Восход». Он внешне отличался от предшественника лишь тем, что у него появилась впереди резервная твердотопливная тормозная установка. Что же позволило разместить в нем сразу трех космонавтов? Отсутствие катапультируемых кресел — экипаж приземлялся в СА. Так что схема посадки «Востока» была отнюдь не экономична, и соответственно полезная нагрузка спускаемого аппарата невелика. Однако нужно помнить, что на кораблях первого поколения только отрабатывались основные принципы пилотируемых полетов, а при подобных испытаниях большой экипаж не нужен.

На «Восходе» была уже комбинированная система приземления, кроме двухкупольного парашюта, включавшая еще и двигатель мягкой посадки — он резко тормозил СА перед самой землей. Пороховой заряд воспламенялся от толчка, передававшегося через штырь механического высотомера.

На кораблях второго поколения удалось решить проблему выхода человека в открытый космос. «Восход-2» снабдили системой шлюзования. Шлюзовая камера, крепившаяся к СА и сбрасываемая перед возвращением на Землю, представляла собой уложенный гармошкой металлический цилиндр, который после наддува растягивался. (Подобная система шлюзования на других кораблях уже не применялась).

Итак, «Востоки» и «Восходы» послужили отработке основ пилотируемого полета. Однако полученный опыт можно было воплотить лишь в принципиально новой конструкции. И она появилась. Работа, начатая С. П. Королевым в 1962 году, завершилась в 1967 году созданием корабля типа «Союз». После отработки маневров и стыковки на орбите его начали использовать для транспортных операций в двухместном варианте.

Меленькая «водонапорная башенка» над обтекателем корабля «Союз» — система аварийного спасания (САС), которая срабатывает при неудачном запуске или при аварии на начальном участке полета корабля. Небольшая ракета уводит обитаемые отсеки «Союза» из опасной зоны. После достижения высоты, достаточной для приведения в действие парашютной системы спускаемого аппарата, он выпадает из головного обтекателя и совершает мягкую посадку. Стабилизация полета ракеты САС обеспечивается четырьмя решетчатыми крыльями, похожими на оперение стрелы. Схема возвращения с орбиты кораблей типа «Восток». Средства приземления кораблей типа «Восход» (крупным планом показан двигатель мягкой посадки).

Схема возвращения с орбиты кораблей типа «Союз».

Однако первые «Союзы» были трехместными. С одним из них связано драматическое событие в истории советской космонавтики. В 1971 году при спуске с орбиты погибли космонавты Г. Т. Добровольский, В. Н. Волков и В. И. Пацаев — экипаж «Союза-11». В момент разделения отсеков произошла разгерметизация спускаемого аппарата.

С тех пор «Союзы» стали двухместными. Космонавтов снабдили скафандрами (соответственно и места для каждого требовалось больше). В скафандрах экипаж обязан был находиться при так называемых динамических операциях (старте, стыковке-расстыковке, посадке) корабля.

Необходимо развеять одно устоявшееся заблуждение. Система аварийного спасения (САС), применяющаяся при неудачных стартах, когда необходимо срочно отделить кабину с космонавтами от аварийной ракеты, появилась впервые не на двухместном «Союзе». Она была на всех кораблях третьего поколения.

«Союз» довольно просторен. По внутренним герметичным контурам имеет вдвое больший объем, чем «Восход», хотя по массе превышает его всего на 1,5 т. Это объяснимо — новый корабль еще больше соответствовал принципу: возвращать с орбиты только необходимые при посадке части конструкции. Просторно должно быть в орбитальном полете, но при спуске с орбиты можно и потесниться. Поэтому обитаемый объем (так сказать, космическую жилую площадь) разделили на две «комнаты»: СА и невозвращаемый орбитальный отсек. На долю последнего пришлось две трети жизненного пространства. В то же время сам СА по объему был значительно меньше, чем на «Восходе». Он не избежал общей участи совершенствующихся систем — миниатюризации. Оборудование размещено на нем гораздо рациональнее, чем на предшественниках — занятый основной и резервной парашютными системами объем СА в сравнении с «Востоком» удалось уменьшить вдвое.

Но главное достоинство «Союза» в том, что он мог маневрировать на орбите. Это и позволило использовать его в качестве транспортного средства. Двигатель КТДУ-35 конструкции А. М. Исаева выдерживал не менее 25 включений на орбите. (Резервный двигатель использовался только для возвращения на Землю при отказе основного.)

Каким образом происходит управление спускаемым аппаратом «Союза» в атмосфере? Посмотрите на рисунок. Центр масс аппарата расположен ниже центра давления — точки, где приложена равнодействующая аэродинамических сил Т. Но центр масс еще и смещен относительно продольной оси аппарата, в силу чего тот немного заваливается набок. Из-за того, что поток воздуха обтекает СА несимметрично, возникает сила N, которая смещает аппарат относительно потока (это аналог подъемной силы, действующей на крыло самолета). Траектория спуска СА в атмосфере зависит от величины и направления силы N, а та, в свою очередь, от угла наклона аппарата к набегающему потоку. Его изменяют, поворачивая СА относительно оси ОХ реактивными двигателями крена. Двигатели курса и тангажа компенсируют случайные колебания аппарата относительно осей ОУ и OZ. Остается добавить, что с управляемым спуском хорошо справляется автоматика. Отклонение от расчетного места посадки не превышает нескольких километров.

Как же происходит стыковка? Сначала (на этапе так называемого дальнего наведения) маршевая установка осуществляет несложные последовательные коррекции орбиты корабля. После сближения аппаратов на расстояние порядка 20-30 км начинается этап «склеивания». Теперь уже маршевый двигатель включается только после разворотов «Союза», гасящих угловую скорость цели (обычно это орбитальная станция) относительно линии визирования. Когда до нее остается всего несколько сотен метров, маршевые двигатели выключаются. Наступает черед двигателей причаливания и ориентации. Корабль теперь как бы топчется перед станцией. Он совершает боковые перемещения не разворачиваясь, не отстраняя «лица» от цели.

Остаточные отклонения космических аппаратов, которые не удалось компенсировать на последнем этапе маневрирования, гасятся стыковочным агрегатом системы штырь — конус.

Выполнив программу полета, «Союз» отстыковывается от станции, тормозится и сходит с орбиты. После разделения на отсеки СА продолжает свой путь и совершает мягкую посадку.

Спуск стал управляемым. Разработчики «Союза» придали СА форму фары. При косом обтекании потоком воздуха она, как и крыло, создает подъемную силу. Такой СА не будет отвесно падать. Он покатится словно горнолыжник по крутому склону, а если с помощью реактивных двигателей его поворачивать относительно оси симметрии, то будет изменять направление движения в сторону крена. Управляемый спуск обеспечил высокую точность посадки, а перегрузка снизилась до 3—4-кратной (вместо 8—10-кратной у «Востока») — это особенно важно для космонавтов, возвращающихся из длительных полетов.

Всего «Союзов» было сорок. Эстафету от них принял «Союз Т» — трехместный транспортный корабль на базе «Союза». (Новое, компактно размещенное в нем оборудование позволило взять на борт третьего члена экипажа даже при условии работы космонавтов в скафандрах.) На «Союзе Т» установили объединенную двигательную установку — маршевый двигатель и двигатели причаливания и ориентации имели общую топливную систему. Кроме того, на корабле появился бортовой вычислительный комплекс. С его помощью удалось существенно сократить расход топлива при маневрах на орбите. Наконец, «Союз Т» получил солнечные батареи, такие же, какие были установлены на первых «Союзах» (они были сняты для уменьшения полетного веса).

«Союз Т» уступил место кораблю «Союз ТМ», созданному специально для работы с орбитальной станцией «Мир». Система управления «Союз ТМ» обеспечивает подход к нужному стыковочному агрегату при любом положении станции.

«Мир» — восьмая по общему счету советская орбитальная станция и первая станция третьего поколения.