Разработка космических кораблей

При реализации программы пилотируемых полетов в космос конструкторам пришлось решать ряд кардинальных проблем: создать достаточно мощную ракету-носитель (РН "Восток" в СССР и РН "Атлас-Ди" в США), обеспечить возвращение космонавта на Землю (разработать тормозную двигательную установку и систему ориентации), предусмотреть возможность спасения космонавта при аварии РН и, главное, создать космический корабль, предназначенный для полета человека в космос.

Космический корабль должен был обеспечивать пребывание человека в условиях космического полета в течение достаточно продолжительного времени, а кроме того - защищать космонавта от внешнего нагрева и перегрузок при старте РН и возвращении на Землю. Поскольку космонавту отводилась весьма активная роль, космический корабль нужно было оборудовать иллюминаторами, системами радиосвязи с наземными пунктами и другой аппаратурой. Короче говоря, в космический корабль необходимо было "вместить" системы самого различного назначения: жизнеобеспечения, электропитания, терморегулирования, радиосвязи, телеметрии и пр.

Надо сказать, что космический корабль, несмотря на некоторые свои качественно новые функции, все же представляет собой, по сути, искусственный спутник Земли, но с человеком на борту. По этой причине первые наметки советского космического корабля были сделаны в том подразделении ОКБ С.П.Королева, где под руководством М.К.Тихонравова разрабатывались первые советские искусственные спутники Земли⁷. В 1958 г. группа К.П.Феоктистова подготовила "Материалы предварительной проработки вопроса о создании спутника Земли с человеком на борту", которые, одобренные и подписанные М.К.Тихонравовым и заместителем главного конструктора К.Д.Бушуевым, были представлены 15 августа 1958 г. С.П.Королеву. Хотя ОКБ С.П.Королева в это время в содружестве с другими коллективами занималось подготовкой грандиозной программы запусков первых автоматических аппаратов к Луне, было решено продолжить работы по космическому кораблю для полета человека в космос. В этом же году появились первые проектные решения, и был намечен план необходимых работ в данном направлении. В мае 1959 г., как уже упоминалось, С.П.Королев вместе с М.В.Келдышем составили докладную записку правительству, по которой были приняты соответствующие постановления. В этом же году определился состав, и были получены основные проектные характеристики систем и аппаратуры будущего "Востока".

Начались работы, связанные с проектированием отдельных агрегатов, систем и корабля в целом, появились первые чертежи. Этими работами теперь занимались различные ОКБ и НИИ нашей страны. Уже в начале 1960 г. был изготовлен первый опытный образец корабля-спутника.

Выступая на XIII Международном конгрессе по истории науки, К.П.Феоктистов вспоминал: "Первый вопрос, который надо было решать, - создавать ли вначале аппарат для полета человека на ракете по баллистической траектории, а затем создавать спутник Земли с человеком на борту или сразу приступить к созданию спутника Земли с человеком на борту. Был выбран наиболее короткий путь - создание корабля-спутника".

В отличие от этого при создании американского космического корабля был предусмотрен ряд испытательных полетов по баллистической траектории, причем, как и в СССР, сначала запускались опытные образцы космического корабля в беспилотном варианте. Первый такой полет по программе "Меркурий" состоялся 9 сентября 1959 г. (подробнее об этом и других испытательных полетах будет сказано ниже). Однако первый орбитальный испытательный полет американского космического корабля был совершен лишь 13 сентября 1961 г., когда в СССР не закончилась программа, серии запусков, кораблей-спутников, но уже состоялись полеты Ю.А.Гагарина и Г.С.Титова.

После проработки требований к характеристикам будущего американского корабля "Меркурий" его разработка и изготовление были поручены авиастроительной фирме "Макдонелл", которая была одной из 12 фирм, претендовавших на этот заказ. Решение об этом НАСА приняло 6 февраля 1959 г, и через год и два месяца, 12 апреля 1960 г., фирма поставила НАСА первый серийный корабль "Меркурий" для испытательного полета по баллистической траектории.

Сами американцы, сравнивая космические корабли "Восток" и "Меркурий", указывали на ряд преимуществ советского корабля. Причем особенно выделяли то обстоятельство, что атмосфера в кабине корабля "Восток" была двухкомпонентной (азотно-кислородной), по своим параметрам аналогичной земной атмосфере на уровне моря. Чисто кислородная атмосфера в кабинах первых американских космических кораблей приемлема только для непродолжительных полетов. Первый американский космический корабль с двухкомпонентной атмосферой создан лишь в 80-х годах (по программе "Спейс Шаттл"), правда, двухкомпонентная атмосфера была и на орбитальной станции "Скайлэб", на борту которой в 70-х годах побывали три длительные экспедиции американских космонавтов. Основные же преимущества советского космического корабля определялись большей мощностью советской ракеты-носителя, что в первую очередь отразилось в стартовых массах космических кораблей. Даже с учетом массы системы аварийного спасения (САС) корабля "Меркурий" (сбрасываемой вскоре после старта РН) стартовая масса "Востока", составлявшая 4730 кг, превосходила на 2800 кг стартовую массу американского космического корабля (без учета массы САС она равнялась 1350 кг). Этот "недостаток" в массе, вызвал, гораздо более жесткие массогабаритные ограничения на конструкцию американского корабля и его агрегатов. В результате американским специалистам в ряде случаев пришлось довольствоваться более простыми решениями при разработке систем корабля "Меркурий", что всегда чревато отказами в работе этих систем и весьма рискованно, когда речь идет о жизни космонавта.

С другой стороны, менее жесткие массогабаритные ограничения на конструкцию систем корабля "Восток" способствовали разработке более надежных его систем, большему внедрению автоматики и созданию более комфортабельных условий для работы космонавта. Наконец, хотя программой первого полета в космос был предусмотрен лишь один виток вокруг Земли, ресурсы космического корабля, как уже говорилось, позволяли космонавту находиться на орбите до 10 сут, чтобы в случае отказа тормозной двигательной установки он после естественного торможения корабля атмосферой смог благополучно вернуться на Землю. Системы же корабля "Меркурий" обеспечивали максимальную продолжительность полета американского космонавта 1,5 сут, и отказ тормозной установки грозил ему гибелью.

Надо сказать, что теоретически были возможны варианты, когда даже безотказная работа тормозных двигательных установок не в состоянии была гарантировать возвращение космонавта на Землю. Это могло случиться при отказе систем ориентации и автоматики, и следует отдать должное советским и американским специалистам, которые сумели обеспечить надежность работы этих систем и избежать критических ситуаций при полете космических кораблей. Большой вклад в создание систем ориентации и автоматики многих советских ракет-носителей, космических кораблей и межпланетных автоматических станций внес коллектив ОКБ, возглавляемый Н.А.Пилюгиным, который вместе с С.П.Королевым и В.П.Глушко был удостоен второй звезды Героя Социалистического Труда в связи с осуществлением программы первого полета человека в космос.

Вообще говоря, системы ориентации и управления движением в пространстве представляют собой сложные агрегаты корабля, подразделяющиеся на несколько подсистем. Это и различные датчики положения корабля, и исполнительные органы в виде набора реактивных сопел. Причем космонавт мог контролировать работу систем и сам управлять ориентацией корабля. Первые космонавты, совершавшие; полеты на кораблях "Восток" и "Меркурий", были и первыми испытателями новой космической техники. Они продемонстрировали как надежность космической техники, так и эффективность присутствия человека на борту космического аппарата.

Для осуществления ручной ориентации по трем осям на одном на иллюминаторов корабля "Восток" было установлено оптическое устройство "Взор", позволяющее определять положение корабля относительно Земли, Оно состояло из двух кольцевых зеркал-отражателей, светофильтра и стекла с сеткой. При правильной ориентации космического корабля относительно вертикали к горизонту изображение последнего в поле зрения "Взора" получалось в виде кольца. Далее, если направление "бега Земли" в оптическом визире совпадало с курсовой чертой сетки, то это свидетельствовало о правильной ориентации корабля по всем трем осям.

В случае необходимости как советский, так и американский космонавт мог развернуть свой корабль, воздействуя на исполнительные органы системы ориентации. Естественно, правильная ориентация особенно была важна в момент включения тормозной двигательной установки перед спуском на Землю, Причем в приборную доску в кабине корабля "Восток" был вмонтирован "глобус", позволяющий определять место посадки при включении ТДУ-1 в заданный момент времени. Надо сказать, что время с момента включения тормозной двигательной установки до момента приземления спускаемого аппарата корабля "Восток" составляло около 30 мин, и за этот промежуток времени космонавт "пролетал" расстояние около 8000 км.

В целях экономии средств теплозащиты корабля "Восток" от нагрева (на участке спуска) было решено, чтобы совершал посадку не весь корабль, а лишь некоторая его часть (массой 2460 кг) - спускаемый аппарат (остальная часть корабля - приборный отсек - после срабатывания ТДУ-1 сгорала в плотных слоях земной атмосферы). Для спускаемого аппарата была принята форма сферы диаметром 2,3 м, ради экономии масса теплозащиты несколько скошенной в тыльной части спускаемого аппарата. Американские специалисты выбрали для капсулы корабля "Меркурий" форму усеченного конуса со скругленным днищем диаметром 1,9 м. Вообще говоря, такая форма была весьма аэродинамически неустойчивой при баллистическом спуске.

Спускаемый аппарат корабля "Восток" фактически представлял собой кабину космонавта с необходимым оборудованием, и, помимо прочего, сферическая форма давала оптимальное решение для размещения этого оборудования. Последнее же определяло достаточно большой свободный объем пространства, который в кабине корабля "Восток" равнялся 1,6 м³ (в кабине корабля "Меркурий" он составлял 1,1 м³). Как в советском, так и американском корабле космонавт размещался в кресле, установленном таким образом, чтобы перегрузки на участке выведения и на участке спуска действовали в наиболее благоприятном направлении для организма человека (грудь-спина).

Кабина корабля "Восток" была оборудована тремя иллюминаторами (прямого и бокового обзоров), кабина корабля "Меркурия" - только одним (перед космонавтом). Впереди кресла в обоих кораблях находился пульт, где располагался ряд индикаторов, позволяющих контролировать работу систем корабля. Здесь же находились переключатели для управления работой радиотелефонной системы, регулирования температуры в кабине, а также ручка управления ориентацией. В конструкции корабля "Восток" были предусмотрены меры, предотвращающие повышение температуры в кабине сверх определенного предела. Американский космонавт мог избежать перегрева, лишь переключившись на автономную систему жизнеобеспечения скафандра.

Двухсторонняя связь космонавтов с Землей обеспечивалась радиотелефонной системой, которая на советском и американском кораблях могла работать в КВ- и УКВ-диапазонах. Кроме того, на корабле "Восток" была предусмотрена возможность передачи космонавтом радиотелеграфных сообщений, а также запись речи космонавта на магнитофон с ее воспроизведением и передачей при полете корабля над наземными приемными пунктами. В кабине корабля "Восток" были установлены две телевизионные камеры, передававшие изображение космонавта анфас и в профиль, что позволяло вести визуальный контроль за его состоянием.

Во многом системы советского и американского кораблей были; схожи по своему назначению, но порою сильно различались по конструктивному исполнению и своим характеристикам⁸. В подавляющем большинстве случаев это было не в пользу систем корабля "Меркурий", конструкторы которого, как уже говорилось, были вынуждены считаться с довольно жесткими массогабаритными ограничениями. Почти единственным здесь исключением была система аварийного спасения американского корабля, предусматривающая в случае аварии ракеты-носителя при старте отделение корабля от ракеты и его увод вверх в сторону с последующим спуском на парашюте.

Правда, при авариях на больших высотах также предусматривалось сначала отделение спускаемого аппарата корабля "Восток" от ракеты-носителя с последующей работой средств приземления. Однако в остальных случаях космонавт катапультировался в кресле из спускаемого аппарата с приземлением с помощью парашютной системы, размещенной в спинке кресла. Такое простое решение (которое, правда, не спасало спускаемый аппарат) было продиктовано тем обстоятельством, что в одном из вариантов посадки советского космонавта он на высоте 7 км от земной поверхности должен был катапультироваться в своем кресле (естественно, с меньшим ускорением, чем при авариях ракеты-носителя). В другом, варианте посадки космонавт мог приземляться в спускаемом аппарате. Оба этих варианта отрабатывались при полетах кораблей-спутников.

Разработка космических кораблей

СОДЕРЖАНИЕ

РАЗРАБОТКА КОСМИЧЕСКИХ КОРАБЛЕЙ