«Техника-молодежи» 2004 г №5, с. 16-17
|
Еще в конце 1959 г., когда в цехах только-только появились первые детали будущего «Востока», в ОКБ-1 начали думать над новыми кораблями. Предусматривалось создание орбитальных аппаратов для связи, навигации, наблюдения за земной поверхностью, изучения ближнего космоса, астрономических исследований, строительство автоматических и пилотируемых межпланетных аппаратов. Но все эти задачи не решались без сборки в космосе больших и тяжелых конструкций, что, в свою очередь, невозможно без стыковки космических аппаратов. Программа отработки стыковки и сборки в космосе получила название «Союз».
Сначала предполагалось использовать уже почти готовый «Восток» в качестве «монтажника». Оснащенный корректирующим двигателем многократного включения, двигателями ориентации и соответствующими приборами, управляемый космонавтом и по командам с Земли, он должен был собирать запускаемые по отдельности блоки в общую связку из нескольких ракетных ступеней и целевой нагрузки. Однако от этого варианта быстро отказались.
Более перспективным представлялся комплекс, состоящий из шести аппаратов трех типов: пилотируемого корабля «Союз А» (заводское обозначение 7К), ракетного блока «Союз Б» (9К) и четырех танкеров «Союз В» (11 К). «Союз Б» запускался пустым, только с небольшим запасом топлива для маневрирования. Танкеры стыковались с ним автоматически (т.е. по командам с Земли). После завершения заправки с ракетным блоком стыковался пилотируемый «Союз А», и вся связка могла приступить к выполнению целевой задачи, например — к облету Луны, перелету на полярную орбиту и т.д
Конструкции ракетного блока и танкера представляют колоссальный интерес для специалистов и историков техники: впервые на уровне проектирования реальных машин решались задачи хранения в космосе большого количества жидкого топлива, его перекачки с одного аппарата на другой, многократного запуска в невесомости жидкостных ракетных двигателей. Кстати, в связи с ограниченностью возможностей производства, рабочее проектирование и изготовление 9К и 11К должны были передать в куйбышевский филиал ОКБ-1 — нынешнее ЦСКБ. К сожалению, ЭТА часть «Союза» осталась на бумаге, тогда как «Союз А»...
Он должен был состоять из пяти отсеков, от носа к корме: орбитально-бытового (ОБО), спускаемого аппарата (СА), приборного, агрегатного и навесного.
СА использовали новый, тот самый, что разрабатывался для возвращения с Луны. Одновременно решались три задачи: новая техника испытывалась в околоземных полетах, уменьшались (с 9 до 3,5 единиц) перегрузки, действующие на космонавтов при посадке, повышалась точность приземления (что сокращало район поиска, время обнаружения космонавтов на Земле, и, в конечном счете, способствовало их безопасности). Но свободный объем нового СА составлял всего 2,5 м3, что для двух-трех космонавтов было совершенно недостаточно. Поэтому появился ОБО (свободный объем — 4 м3). Ему не требовались прочность и теплозащита, что облегчило конструкцию. В новый отсек перенесли большую часть агрегатов и запасов, системы жизнеобеспечения, там же космонавты должны были заниматься и научными экспериментами. Наконец, этот же отсек использовался в качестве шлюзовой камеры при выходе в открытый космос.
Приборы, не нуждающиеся в постоянном обслуживании, но чувствительные к внешним воздействиям, и систему электропитания разместили в герметичном приборном отсеке, а маршевый двигатель (названный сближающе-корректирующим), рулевые двигатели, запасы топлива к ним — в агрегатном (компоновочно и технологически они объединены в приборно-агрегатный отсек — ПАО). В навесном отсеке планировали установить радиотехническую систему стыковки, дабы сбрасывать его после причаливания, но потом от этого отказались, перенеся агрегаты в ОБО.
Орбитальный отсек можно было поставить впереди или сзади СА. Второй вариант был предпочтительнее для системы аварийного спасения, но требовал люка в теплозащите, на что тогда не решились. Кроме того, принятая компоновка сохраняла в целости СА в случае аварийного столкновения при стыковке.
Конструкция нового корабля исключала катапультирование космонавтов, и для аварийного спасения была создана специальная твердотопливная двигательная установка, срывавшая ОБО и СА с терпящего бедствие носителя на стартовом столе или при полете в атмосфере. Практика ракетостроения показала, что на внеатмосферных участках катастрофы ракет не столь скоротечны, поэтому там для увода СА хватает штатных средств разделения.
Не сразу обрели законченный вид и средства посадки. Спускаемый аппарат оснащен двумя парашютными системами — основной и запасной. Сначала твердотопливные двигатели мягкой посадки (ДМП) крепились на стропах парашютов каждой из них, но площадь куполов пришлось увеличить вдвое. Тогда ДМП «переехали» на днище СА, под сбрасываемый после раскрытия парашютов теплозащитный экран (чем, кстати, предотвращался перегрев космонавтов). Но при этом пришлось принять меры, предотвращающие их взрыв даже в том случае, если сопло забьется землей...
Принципиально важным было то, что в этом проекте впервые была проработана методика стыковки, ставшая классической. Вся операция делилась на три стадии: дальнего сближения, ближнего сближения и причаливания. Сначала аппараты обычными маневрами выводились на расстояние нескольких сотен метров, максимум — километров друг от друга. Главным отличием второго этапа было то, что навигационные измерения и расчеты велись в другой системе координат, связанной не с Землей, а с одним из кораблей — это оказалось гораздо проще и математически, и аппаратно. В конце концов, погрешности систем управления гасили механические конструкции стыковочных агрегатов. Методика стыковки сохранилась поныне, а вот сам корабль претерпел существенные изменения.
Внешне наиболее заметно изменился орбитальный отсек — из цилиндрического он стал яйцеобразным (на самом деле — два сферических днища с крохотной цилиндрической обечайкой между ними). Как уже сказано, в него же переместилась радиотехническая аппаратура стыковки. Сам стыковочный агрегат из простого шпангоута стал достаточно громоздкой и сложной конструкцией... А главной задачей «Союза» стала уже не экспедиция к Луне (эту задачу возложили на ЛЗ), а отработка стыковки.
Создание нового корабля сопровождалось огромной экспериментальной работой, многочисленными испытаниями всех систем, как по отдельности, так и в сборе. К сожалению, недостаточными...
Первый «Союз» стартовал 28 ноября 1966 г. («Космос-133»), полет проходил нормально, но из-за элементарной технологической ошибки (при монтаже проводки в системе управления двигателем перепутали полярность), снижение пошло по нерасчетной траектории, и корабль был подорван.
Второй пуск, 14 декабря того же года, был отменен в последний момент из-за отказа носителя. Началась подготовка к сливу топлива и снятию ракеты со старта, но не обесточили систему управления. Гироскопы продолжали работать, и, по мере поворота носителя вместе с Землей, они встали на упоры. Автоматика расценила это как аварийное отклонение ракеты от расчетной траектории, пошел сигнал на запуск двигателей САС, а замки, крепящие корабль к носителю, еще не были расчекованы... К счастью, не успели подвести фермы обслуживания, и последовавших пожаре и взрыве погибли только два человека.
7-9 февраля 1967 г. очередной беспилотный «Союз» («Космос-140»), отработал почти нормально, при спуске была повреждена теплозащита СА, как оказалось — из-за технологической ошибки при его сборке... Таким образом, оба запущенных беспилотных корабля отработали нештатно, и необходимо было еще не менее двух полетов без человека, причем полетов успешных. Однако по не очень понятным причинам (скорее всего — из-за стремления «закрыть» уже двухлетнее «окно» в пилотируемых полетах) было принято решение о пилотируемом полете.
«Союз» с В.М. Комаровым стартовал 23 апреля 1967 г. Сразу после выхода корабля на орбиту возникли отказы, самыми серьезными были нераскрытие одной из двух панелей солнечных батарей и отказ нескольких датчиков системы ориентации. Выполнение программы, предполагавшей старт второго корабля, стыковку с ним и переход космонавтов, стало невозможным. Комаров сумел вручную сориентировать корабль и 24 апреля выдать тормозной импульс для входа в атмосферу. СА успешно прошел самый тяжелый участок спуска, но... не раскрылись ни основная, ни запасная парашютная система, и аппарат ударился о землю со скоростью около 100 м/с (правда, есть мнение, что погиб космонавт не от удара, а от последовавшего за ним пожара двигателей управления спуском, работающих на перекиси водорода)
Однозначно причина катастрофы так и не была установлена, существуют три версии, не исключающие одна другую. Парашюты могли не выйти из-за недостаточного усилия вытяжного парашюта при определенном угле атаки; могли застрять в неоптимально спроектированном и деформировавшемся парашютном контейнере; могли приклеиться к стенкам контейнера, на которые могли попасть компоненты теплозащиты при ее нанесении на СА... Доработки проводились по всем трем: появились аэродинамические щитки, выводящие аппарат на нужный угол атаки; изменилась конструкция парашютных контейнеров; ужесточили технологию нанесения теплозащиты. Все это сопровождалось дополнительными испытаниями.
27 октября — 2 ноября 1967 г. два беспилотных «Союза» («Космос-186 и -188») впервые в мире состыковались в автоматическом режиме. Через год, 26-30 октября 1968 г., полет Г.Т. Берегового «реабилитировал» корабль, но не смог на «Союзе-3» вручную состыковаться с беспилотным «Союзом-2»: автоматика оказалась надежнее заслуженного летчика-испытателя! Наконец, полностью программу стыковки выполнили «Союзы» с номерами 4 и 5, из одного корабля в другой космонавты А. Елисеев и Е. Хрунов перешли через открытый космос (как это предполагалось в лунной экспедиции). Совместный полет «Союзов-6, -7 и -8» показал, что приборное оснащение кораблей недостаточно для сложного маневрирования, а методики управления космическими объектами нуждаются в дальнейшем совершенствовании. Наконец, на «Союзе-9» А. Николаев и В. Севастьянов выполнили самый длительный тогда — 19-суточный полет, показав, что летать долго можно, но медицинское обеспечение работы в космосе нужно менять полностью.
Программа «Союз» была выполнена. Но биография космического корабля «Союз» только начиналась: до 1981 г. на них было выполнено еще 30 пилотируемых полетов!
Сергей АЛЕКСАНДРОВ