«Техника-молодежи» 2004 г №2, с. 16-17
| 1а. «ВОСХОД»: экипаж: 2-3 чел.; стартовая масса — 5,32 — 5,662 т; длина — 5,0 м; диаметр — 2,43 м; рабочая орбита: 250 — 500 км. 1 — резервная ТДУ; 2 — надувная шлюзовая камера 2. «MERCURY»: экипаж: 1 чел.; масса — 1,93 т; длина с обтекателем антенны и ТДУ — 3,342 м; максимальный диаметр — 1,892 м; герметичный объем — 1,5 м3, свободный — 1 м3; тяга ТДУ — 3 х 450 кг. На рисунке: 1 — двигатель системы аварийного спасения; 2 — антенны; 3 — парашют; 4 — спускаемый аппарат; 5 — тормозные двигатели 3. «GEMINY»: экипаж: 2 чел.; масса — 3,13 — 3,8 т; длина — 5,79 м; максимальный диаметр — 3,05 м; герметичный объем — 2,3 м3, свободный — 1,6 м3; тяга ТДУ — 4 х 1020 кг; максимальная длительность полета — 13сут. 18 ч 35 мин; рабочая орбита — 160 — 1370 км. На рисунке: 1 — радиолокатор системы сближения и стыковки; 2 — парашют; 3 — двигатели ориентации; 4 — блоки бортовых систем на плоской панели; 5 — агрегатный отсек; 6 — тормозной двигатель Рисунки Михаила ШМИТОВА |
Ракеты-носители решили только одну из задач, стоящих на пути в космос, — энергетическую. Однако человека на Землю надо еще вернуть. Достаточно лишь небольшого толчка, чтобы перевести корабль на орбиту, погружающуюся в атмосферу. Дальше тормозит она, НО...
При входе в плотные слои атмосферы с орбитальной скоростью сжимаемый воздух вокруг летательного аппарата раскаляется до 6000° (уже неважно, Цельсия или Кельвина), и, естественно, немалая часть этого жара обрушивается на конструкцию. А ей много не надо: большинство материалов теряют прочность при 300° — 400°С, а уж в кабине экипажа и 40°С — аварийная температура.
Конструкторы первого в мире космического корабля «Восток» (ОКБ-1, ныне РКК «Энергия») решили покрыть алюминиево-магниевый корпус слоем т.н. абляционной теплозащиты. Сложная композиция на основе асбестовых волокон и поглощала довольно много тепла, и, по достижении определенной температуры испарялась прямо из твердого состояния, отбирая тепло у ниже лежащих слоев. Толщина ее была выбрана с большим, как потом оказалось — 5-кратным запасом.
Однако масса такой теплозащиты получилась очень большой, а конструкция, рассчитанная на 9-кратные перегрузки, — тяжелой. Поэтому решили, что на Землю будет спускаться только то, без чего человек не может обойтись при спуске, соответственно, минимизировав размеры этой части корабля. Вскоре она получила название спускаемый аппарат (СА). СА «Востока» имел сферическую форму, что было выбрано по нескольким соображениям. Во-первых, картина обтекания шара была досконально известна гаэодинамикам. Во-вторых, шару было безразлично, какой стороной входить в атмосферу; другая форма аппарата требовала гораздо более точной ориентации перед торможением, что превышало возможности соответствующей системы «Востока». Наконец, сфера имеет минимальную площадь поверхности, а значит, — и минимальную массу обшивки при том же объеме.
Времени на отработку чего-то более эффективного и сложного не было: демонстрация научной и промышленной мощи (а ничего эффективнее космических триумфов для этого не придумано) должна была отвести от «виска» страны ядерный «пистолет», и решила эту задачу!
При старте и спуске космический корабль испытывает перегрузки в 6-9 единиц. В принципе, тренированный человек это переносит, но не безболезненно, а ведь после старта нужно работать, а после посадки — хотя бы ходить. Поэтому человеку придали такую позу, при которой перегрузки наименее болезненны (это когда они действуют в направлении «грудь — спина»). Наконец, нужно расположить датчики системы ориентации (а в те времена это были довольно громоздкие агрегаты) так, чтобы при работе двигателей они видели те объекты (Солнце), по которым ориентируются. Так, далеко не сразу, определилась компоновка: сферический спускаемый аппарат, за ним — приборно-агрегатный отсек с тормозной двигательной установкой (ТДУ).
Но приземлялся космонавт не в спускаемом аппарате. Дело в том, что скорость его спуска на парашюте достигала 10 м/с, что очень много. Поэтому, после торможения «шарика» до скорости порядка 300 м/с, космонавт катапультировался и приземлялся на своем парашюте на собственные ноги.
В СА были три люка, один из которых скрывал парашютный контейнер, другой был технологическим и использовался для монтажа оборудования, а третий служил для входа космонавта; через него же космонавт катапультировался при посадке или аварии.
С 15 мая 1960г. по 12 апреля 1961 г. с Байконура ушли семь «Востоков», пять из них вышли на расчетные орбиты, но только три (в том числе два последних) выполнили программу полностью. И только после этого место в корабле занял Ю.А. Гагарин. Всего до июня 1963 г. на «Востоках» было выполнено шесть пилотируемых полетов, каждый из которых был в чем-то первым.
Простому и надежному «востоковскому» СА предстояла долгая жизнь (и 40 лет спустя он успешно летает в военных, научных и технологических целях), но сам корабль скоро устарел: точность ориентации, возможности маневрирования, обеспечение безопасности — все это годилось для первого шага, но не для работы в космосе. Еще до пилотируемого старта Востока в ОКБ-1 задумали значительно более совершенный Союз, но... политические причины заставили С.П. Королева пойти на отчаянный шаг.
Сергей Павлович отлично понимал, что поступательное развитие космонавтики возможно только при благожелательном к ней отношении руководителей страны. А им прежде всего нужны были эффектные космические эксперименты. После первых полетов закономерными шагами были многоместный корабль и работа человека в открытом космосе. Американцы рассчитывали осуществить и то, и другое на новом корабле «Джемини», у нас же «Союз» обещал появиться еще нескоро. Тогда-то и было решено, до предела используя запасы «Востока», сделать из него многоместный «Восход».
Перекомпоновали спускаемый аппарат. Теперь парашютный контейнер и его люк был уже не справа, а сверху, тогда как с боков располагались входной и монтажный люки. Вместо одного катапультируемого кресла в «Восходе» смогли разместить три амортизированных ложемента (либо два, но с системами жизнеобеспечения скафандра для выхода в открытый космос и надувную шлюзовую камеру).
Катапультирование космонавтов стало невозможно, поэтому при посадке использовалась ПРС — парашютно-ракетная система: на стропах парашюта висел твердотопливный двигатель мягкой посадки, замедлявший скорость до 5 м/с, что — в амортизированных креслах — было уже переносимо. А вот САС — систему аварийного спасения, как позднее на «Союзе», создать не успели... Впрочем, к тому времени статистика пусков давала уверенность, что уж здесь-то ничего не случится.
Зато серьезным шагом в направлении повышения безопасности полета стала резервная ТДУ. В дополнение к «востоковской», с жидкостным ракетным двигателем, впереди СА поставили твердотопливную, на случай возможного отказа первой. Это позволило поднять высоту орбиты: «Востоки» запускались так, чтобы даже в случае отказа двигателя затормозить в верхних слоях атмосферы за семь суток (на этот срок рассчитывались и запасы системы жизнеобеспечения), а «Восходы» стали самыми высотными из наших кораблей.
Американцы, в общем, не торопились, зато немало времени посвятили обсуждению вопроса: а что, собственно, делать в космосе? И обсуждали бы еще очень долго, но 4 октября 1957 г. с околоземной орбиты раздались позывные советского спутника. Пространные разговоры и амбициозные проекты пришлось отставить, и взяться за программу, так и названную — «Человек в космосе любой ценой».
Результатом стал «Меркурий». Малая — по сравнению в «семеркой» — грузоподъемность располагаемых носителей потребовала от создателей «Меркурия» (авиастроительной корпорации «Макдоннелл Дуглас») нетривиальных конструкторских и технологических решений. В результате рядом с «Востоком» он выглядит, как гоночный «болид» формулы 1 рядом с тяжелым танком.
Корпус «обратноконической» формы сварен из титана толщиной 0,25 мм (коническая обечайка — из двух таких слоев). Внешняя поверхность — теплозащита излучающего типа — выполнена из никелевого жаропрочного сплава «Rene-41» толщиной 0,4 мм, между ним и титаном проложена теплоизоляция из керамических волокон. Теплозащитный экран на широком днище конуса — лобовом при посадке — многослойный стеклопластик. Наконец, парашютный контейнер на узком конце конуса сделан из бериллия толщиной 5,5 мм. Все это, в сочетании с минимальными размерами корабля (сами американцы более правильно назвали его капсулой), привело к тому, «Меркурий» в 2,5 раза легче «Востока»!
Но за предельную компактность пришлось расплачиваться. Первые американские астронавты попадали в свои корабли через трапециевидные люки сбоку, стараясь не задеть приборы, смонтированные где придется, «россыпью» (любое их обслуживание на космодроме превращалось в пытку для монтажников). Естественно, катапультируемое кресло «втиснуть» было некуда, и «Меркурий» получил САС почти привычного нам облика — с твердотопливным двигателем на ферме впереди. Кстати, твердотопливными были и двигатели, дававшие тормозной импульс для схода с орбиты при посадке.
Что значительно облегчило жизнь американским конструкторам и астронавтам, так это возможность посадки на воду — она гораздо мягче, чем североказахстанская степь...
Первый беспилотный полет «Меркурия» состоялся 25 апреля 1961 г., 5 мая А.Шепард выполнил на нем баллистический прыжок, а 20 февраля 1962 г. Дж. Гленн совершил уже нормальный, 3-витковый полет. Всего до мая 1963 г. «Меркурии» поднимались в космос 6 раз — 2 раза по суборбитальной траектории и 4 раза — на орбиты.
Крайне неудачная компоновка внутреннего оборудования была учтена в конструкции следующего корабля — двухместного «Джемини» («близнецы»), имевшего ту же форму СА, но в полтора раза большего размера. Астронавты сидели рядом (и их положение в немалой степени определило название корабля), над каждым был его персональный люк (через который он должен был и катапультироваться при аварии). С боков, на плоских панелях, разметили все бортовое оборудование (в частности — цифровую ЭВМ), на сей раз собранное в блоки, к каждому из которых обеспечили удобный доступ.
Отсеков у нового корабля было целых 4. В самом носу располагались радиолокатор и другое оборудование для сближения и стыковки с ракетным блоком-мишенью «Аджена-Д» (отработка стыковки в преддверии программы «Аполлон» и была одной из главных задач новых кораблей), здесь же был уложен парашют. За ним шел отсек с 16-ю двигателями ориентации. Наконец, за СА имелся агрегатный отсек с 4 тормозными РДТТ и 16 рулевыми ЖРД. Там же размещались источники электропитания — впервые примененные топливные элементу.
В период с 23 марта 1965 по 15 ноября 1966 г на кораблях «Джемини» было выполнено 10 пилотируемых полетов! При этом осуществлены: первая в мире ручная стыковка КА, первые в США орбитальное маневрирование и выход в открытый космос. Но на этом история этих кораблей закончилась.
Сергей АЛЕКСАНДРОВ