На «Востоке» спускаемый аппарат имел форму сферы, которая при движении в атмосфере не имеет подъемной силы, и поэтому спуск его идет по довольно крутой, баллистической траектории. В результате при входе в плотные слои атмосферы возникают большие перегрузки — до 8—10 единиц. Для космонавтов, недолго пробывших на орбите, это не страшно. Но при длительных полетах ослабленному невесомостью организму космонавта большие перегрузки противопоказаны.
Если у корабля есть хотя бы небольшая подъемная сила, еще лучше регулируемая, корабль идет в атмосфере по более пологой траектории, тормозится медленнее, перегрузки снижаются. Кроме того, регулирование подъемной силы позволяет менять по необходимости точку приземления в диапазоне плюс-минус несколько сот километров с точностью до нескольких километров.
Для возвращаемых космических аппаратов возможно несколько способов получения подъемной силы: жесткое крыло, крылоподобная форма самого аппарата, авторотирующие винты, надувное крыло типа дельтаплана, специальные реактивные двигатели. Нужно было выбрать наиболее выгодный, исходя из условий выведения, полета и возвращения корабля, а также его компоновки.
Изучив все известные методы, специалисты по аэродинамике и проектанты пришли к выводу, что наиболее выгодно… не применять никаких средств, а использовать способность любого несферического тела развивать подъемную силу при определенных углах атаки. Говоря о «Востоке», мы упоминали различные формы тел, оптимальных с точки зрения объема, веса, теплозащиты и подъемной силы. На этот раз все эти формы были исследованы заново и выбор пал на бочкообразный усеченный конус с небольшим, в несколько градусов, углом раскрытия. Подобную форму имеет автомобильная фара. Такая форма при смещении центра тяжести от оси симметрии позволяет при движении в атмосфере получить подъемную силу. Вообще-то спускаемый аппарат с подъемной силой прорабатывался на предприятии еще с 1960 года и проектанты имели в своем распоряжении результаты обширного анализа.
— Спускаемые аппараты всех американских кораблей имели форму конуса — «Меркурий» и «Джемини» с углом около 55 градусов, а «Аполлон» — более 60 градусов. У «Союза» форма иная, это дало какие-нибудь преимущества?
— В целом, мне кажется, да. У «Аполлона» было несколько выше аэродинамическое качество. Но, с другой стороны, у «Союза» лучше использовался объем, меньше потребный запас топлива на ориентацию при спуске, проще задача размещения оборудования.
— У «Востока» и всех американских космических кораблей спускаемые аппараты перед стартом располагались в головной части комплекса носитель — корабль. И это понятно. На случай аварийной ситуации так легче отделить аппарат с космонавтами и увести его в сторону. Почему у «Союза» впереди спускаемого аппарата располагается еще орбитальный отсек? Чем это вызвано и как при этом решается задача аварийного спасения?
— В свое время мы очень много думали над этим. И вот какие у нас возникли доводы в пользу такой, в общем, вы правы, не очень удобной с точки зрения аварийного спасения компоновки. Все корабли, созданные до «Союза», были рассчитаны на сравнительно кратковременные полеты — до двух недель. В этом случае космонавты, когда их два-три человека, вполне могут потерпеть друг друга в одном объеме, однако комфорта при этом немного. Попробуйте втроем сесть в «рафик» и провести в нем безвыходно даже недельку — и работать, и есть, и спать все время в маленьком салоне. Здесь же, разумеется, должен быть и туалет. Мы решили сделать «Союз» «двухкомнатным». Один отсек — спускаемый аппарат — для выведения и возвращения космонавтов, другой — орбитальный отсек — для научной работы. Здесь же туалет. Естественно, орбитальному отсеку не нужна теплозащита — он будет отделяться после входа в атмосферу вместе с приборно-агрегатным отсеком.
— Конечно, «двухкомнатная квартира» удобнее, это понятно. Но ведь так сложнее устроить аварийное спасение. Я говорю уже не о «рафике», а о космическом корабле. Почему бы орбитальный отсек не разместить между спускаемым аппаратом и приборно-агрегатным отсеком? Ведь если спускаемый аппарат разместить впереди, система аварийного спасения легко устанавливается прямо на спускаемый аппарат.
— Думали мы об этом варианте. Но в этом случае возникает необходимость сделать переходной люк-лаз в теплозащитном экране, а это приводит к всевозможным техническим и технологическим сложностям. Например, космонавтам пришлось бы лазать под креслами.
— Кресла можно сделать сдвижными, как в «Жигулях».
— Но дело в том, что именно здесь, возле экрана, в целях обеспечения центровки аппарата должна располагаться основная масса оборудования.
— А перевернуть спускаемый аппарат было нельзя?
— А где тогда будет стыковочное устройство? Опять же в теплозащитном экране?
— Сделать его сбоку того или другого отсека!
— Опять не годится. Стыковочный узел можно было бы поставить только на боковую стенку орбитального отсека (у спускаемого аппарата это резко бы нарушило аэродинамику), но тогда очень усложнилось бы оборудование сближения и причаливания и совсем неудачным оказался бы с точки зрения динамики конструкции весь комплекс из двух состыкованных кораблей. И потом, если спускаемый аппарат перевернуть, космонавты на старте будут не лежать в креслах, а висеть на ремнях и перегрузки будут действовать не в самом благоприятном направлении: спина — грудь.
— Сделать поворотные кресла очень сложно?
— Да, это усложнение чрезмерное — понадобится специальный механизм, да и дополнительное пространство. Можно было бы просто не «сажать» космонавтов в кресла вниз животом, а подвесить в специальных ложементах. Но некомфортно все это, и вообще не годится. Одним словом, только экраном вниз и только в середине между двумя блоками.
— Еще вопрос бывшего конструктора: разве вас не смутило, что космонавтам будет трудно наблюдать визуально за сближением и причаливанием кораблей — ведь впереди орбитальный отсек?
— Смущало, конечно. Но во-первых, наблюдение можно было бы вести и из орбитального отсека, а во-вторых, мы решили применить перископическую систему. Обзор через нее несколько хуже, но работа с ней сложности не представляет. Каждая проектная задача — это выбор оптимального решения. Хочешь иметь преимущества — «плати» какими-то недостатками. Без этого не бывает.
— Ну и наконец, как вы все-таки решили спасать космонавтов при аварии на начальном участке — отрывать спускаемый аппарат вместе с орбитальным блоком?
— В общем, решили именно так, с последующим их разделением. Но в этом решении есть одна тонкость. «Тянуть» корабль за орбитальный отсек нехорошо, тогда нужно делать его очень прочным. И мы смонтировали стойку с двигателями системы спасения на головном обтекателе, который крепится к месту соединения орбитального отсека со спускаемым аппаратом и при аварии тянет их оба.
— Ага! Корабль как бы подхватывался под мышки. Красивое решение! А кстати, как все же было с весами?
— Очень быстро мы в наших проектных прикидках добрались до предела. Так уж получалось — тому накинешь с десяток килограммов, другому чуть уступишь…
— Речь идет о смежниках, делающих оборудование?
— Да. Теперь мы уже в отличие от «Востока» стремились к установке самой современной аппаратуры. И, требуя лучших характеристик, вынуждены были уступать в весах. В результате регулярно возникали проблемы. Однажды один из моих сотрудников вдруг заявил: «У нас ничего не получится, нет никакого резерва весов, и нам не выпутаться; это все вы (я то есть) виноваты, добренький очень, всем уступаете». И так далее и тому подобное. В общем, на мой взгляд, сдался. А был хороший, толковый проектант. Мне пришлось его перевести с работ по «Союзу» на текущие работы по «Востоку» — «Восходу». Но он, этот сотрудник, был не одинок в своем скепсисе. Многие тогда считали, что «Союз» не получится. Я же и многие наши ребята верили: справимся. Верили в это дело и Сергей Павлович и Константин Давыдович, которые занимались «Союзом» очень активно.
Уже в середине 62-го были подготовлены первые исходные данные на разработку технической документации и началась работа над эскизным проектом. Трудности сразу возникли очень большие. Особенно при разработке системы определения параметров относительного движения двух кораблей при сближении и средств наземного контроля работы этой системы (как, впрочем, и всех других систем корабля). Непросто далось макетирование внутренней компоновки отсеков.
Но больше трудов было положено на обеспечение возвращения и посадки корабля. Детально исследовались аэродинамические и тепловые характеристики, как и характеристики устойчивости и управляемости спускаемого аппарата. Много хлопот доставило теплозащитное покрытие, оно тоже теперь было другое по составу и конструкции. А следовательно, нужны были новая технология и оснастка для нанесения теплозащиты и проверки ее работоспособности. Работы по новой системе приземления потребовали создания специальных макетов спускаемого аппарата, сбрасываемых с самолетов. Пришлось заказать новую двигательную установку, систему управляющих двигателей и массу других новых агрегатов. Нелегко было добиться нужной надежности и точности от всей этой аппаратуры.
Мы уже говорили о сложности электрических цепей «Востока», которая открылась, когда их впервые разложили на столах. Здесь же создателей корабля охватил просто ужас: сотни приборов, тысячи деталей, десятки километров кабелей. И все это должно быть воссоединено в работающее целое. Только описание логики работы, программ автоматики составило целый том. И это при том, что эту логику старались сделать максимально простой и надежной.
Кое-кто опять засомневался: удастся ли вытянуть всю эту автоматику? Занимался ею Шустин со своими товарищами, проявили они буквально виртуозность, ведь дорабатывать логику им пришлось множество раз.
Все было выверено, казалось, предельно, но все же на первом летном испытании системы объявились три «креста». То есть в трех случаях команды сработали наоборот. Правда, в двух из них команды компенсировали друг друга, так что остался один «крест». Для первого раза это было совсем неплохо.
Объем работ был огромным. Только конструкторская документация составила несколько тысяч листов чертежей, схем и инструкций. Постепенно испытатели начали включать аппаратуру. Оказалось, работает! И постепенно, шаг за шагом пришли к тому, что все стало включаться и выключаться, когда надо.
Почти пять лет шли проектирование, разработка, постройка и испытания систем. Все чувствовали, что корабль получился очень сложный. Не так уж много людей знали все особенности его работы. Подготовка космонавтов к его пилотированию была очень напряженной.
Первый пилотируемый полет состоялся в апреле 1967 года. Первым космонавтом-испытателем «Союза» был командир «Восхода» Владимир Комаров, и полет его, как известно, закончился трагически.
Вспоминать лишний раз об этом очень тяжело. Но иногда надо. Наверняка каждому, кто причастен к созданию и полетам космических кораблей, это служит нелишним подтверждением необходимости постоянней и предельной тщательности в работе над техникой пилотируемых полетов. Хотя в этом случае, как и в другой трагедии — гибели экипажа корабля «Союза-11», невозможно кого-либо винить за нерадивость, беспечность или низкий профессионализм.
Полет должен был завершиться через сутки после старта. Перед возвращением было решено перейти на ручную систему ориентации. Комаров отлично сориентировал корабль, включил двигатель, все прошло штатно. Разделились отсеки, спускаемый аппарат пошел к Земле. Все было в норме. Но нервы у всех на Земле были напряжены до предела — все-таки первый «Союз» с человеком садится. Потом какое-то время в центре управления не было никакой информации — и вдруг это сообщение…
Что же произошло? Из контейнера не вышел основной парашют. Из-за этого не отделился тормозной парашют, и началось вращение аппарата. Когда же по сигналу автоматики был выпущен запасной парашют, он закрутился вокруг строп тормозного.
Почему не вышел основной парашют? Однозначно ответить на этот вопрос трудно. На испытаниях системы приземления, предшествующих полету Комарова — самолетных и беспилотных космических, — все работало нормально. Возможно, каким-то образом в контейнере образовалось разрежение и парашют был в нем зажат. Во всяком случае, при доработках контейнер расширили и усилили его стенки, доработали также систему запасного парашюта.
К сожалению, мы ничего не знаем и никогда не узнаем, как провел последние секунды жизни Владимир Комаров, что он успел почувствовать и подумать. Обычно космонавт при спуске ожидает резкого рывка и замедления полета, когда раскрывается купол парашюта. Рывка этого не последовало, и падение продолжалось около минуты. Наверное, это слишком мало, чтобы успеть понять, что произошло и что тебя ждет…
Полтора года после этого шли доработки и дополнительные испытания всех систем «Союза». В октябре 1968 года вновь начались пилотируемые полеты корабля.
Первым, кто испытывал доработанный корабль, был летчик-испытатель Георгий Тимофеевич Береговой. Звание Героя Советского Союза он заслужил, совершив 185 боевых вылетов на штурмовике. Войну закончил командиром эскадрильи. Он же был первым космонавтом, пришедшим в отряд с летной испытательной работы, имея к тому же звание заслуженного летчика-испытателя.
К концу 1969 года корабль можно было считать отработанным, а проблему сближения и стыковки на орбите практически решенной. По своим возможностям, насыщенности оборудованием и характеристикам корабль отвечал современным требованиям. Так, спуск корабля был управляемым и разброс точек приземления не превышал нескольких десятков километров и мог быть в принципе снижен до нескольких километров (у «Востока» рассеяние достигало 250–300 километров). Управление достигалось изменением вертикальной составляющей подъемной силы спускаемого аппарата за счет поворота его вокруг продольной оси. Перегрузки при спуске были 3–4 единицы (у «Востока» — 8—10). Система посадки включала парашют и твердотопливные двигатели, которые, включаясь на высоте 1–2 метра, гасилн скорость до 2–4 метров в секунду.
Оборудование корабля обеспечивало возможность проведения полностью автономного полета без участия наземного командного комплекса. Для обеспечения сближения и стыковки с другими объектами на орбите корабль был снабжен разнообразным радиотехническим оборудованием, а также оптическим визиром-ориентатором.
Приборно-агрегатный отсек на этот раз был сделан из двух частей — герметичной, с различной аппаратурой, и негермегичной, с двигательной установкой, предназначенной как для маневрирования на орбите, так и для торможения перед возвращением на Землю. Было решено установить два двигателя — основной и дублирующий, а в системе управления ориентацией — группы двигателей малой тяги со своими топливными баками и прочей аппаратурой.
В цикл создания новой техники входят, как известно, кроме проектирования и разработок, испытания корабля и его систем. Блоки корабля с установленным на нем оборудованием испытывались в барокамерах — на вакуум и герметичность, при перепадах давлений, на вибростендах, в лабораториях прочности. На специальных наземных стендах многократно проверялись системы разделения блоков корабля, механизмы раскрытия антенн и солнечных батарей, система сброса головного обтекателя и другое. Специальные стенды были созданы для отработки и проверки функционирования системы сближения и стыковки.
Наиболее сложные и волнующие испытания систем корабля те, которые проходят в натурных условиях. Так, работа системы приземления проверялась при сбросах экспериментальных объектов с самолета, плавучесть спускаемого аппарата — на водных акваториях, система аварийного спасения — на специальных установках. Каждое из этих испытаний приводило к необходимости уточнений в конструкции и доработкам.
В итоге всей этой огромной работы была получена возможность использовать новый корабль как в автономных многодневных полетах, так и в качестве транспортного средства для снабжения орбитальных станций.
Проектные работы над такой станцией были начаты еще в конце 1969 года. В 1970 году началось изготовление первого летного образца, а также наземные испытания отдельных систем. Неоценимые данные для этой работы были получены в результате рекордного тогда по длительности полета — в течение 18 суток — Андрияна Николаева и Виталия Севастьянова на «Союзе-9» в июне 1970 года.
ПЕРВЫЙ ДОМ НА ОРБИТЕ
Если у корабля есть хотя бы небольшая подъемная сила, еще лучше регулируемая, корабль идет в атмосфере по более пологой траектории, тормозится медленнее, перегрузки снижаются. Кроме того, регулирование подъемной силы позволяет менять по необходимости точку приземления в диапазоне плюс-минус несколько сот километров с точностью до нескольких километров.
Для возвращаемых космических аппаратов возможно несколько способов получения подъемной силы: жесткое крыло, крылоподобная форма самого аппарата, авторотирующие винты, надувное крыло типа дельтаплана, специальные реактивные двигатели. Нужно было выбрать наиболее выгодный, исходя из условий выведения, полета и возвращения корабля, а также его компоновки.
Изучив все известные методы, специалисты по аэродинамике и проектанты пришли к выводу, что наиболее выгодно… не применять никаких средств, а использовать способность любого несферического тела развивать подъемную силу при определенных углах атаки. Говоря о «Востоке», мы упоминали различные формы тел, оптимальных с точки зрения объема, веса, теплозащиты и подъемной силы. На этот раз все эти формы были исследованы заново и выбор пал на бочкообразный усеченный конус с небольшим, в несколько градусов, углом раскрытия. Подобную форму имеет автомобильная фара. Такая форма при смещении центра тяжести от оси симметрии позволяет при движении в атмосфере получить подъемную силу. Вообще-то спускаемый аппарат с подъемной силой прорабатывался на предприятии еще с 1960 года и проектанты имели в своем распоряжении результаты обширного анализа.
— Спускаемые аппараты всех американских кораблей имели форму конуса — «Меркурий» и «Джемини» с углом около 55 градусов, а «Аполлон» — более 60 градусов. У «Союза» форма иная, это дало какие-нибудь преимущества?
— В целом, мне кажется, да. У «Аполлона» было несколько выше аэродинамическое качество. Но, с другой стороны, у «Союза» лучше использовался объем, меньше потребный запас топлива на ориентацию при спуске, проще задача размещения оборудования.
— У «Востока» и всех американских космических кораблей спускаемые аппараты перед стартом располагались в головной части комплекса носитель — корабль. И это понятно. На случай аварийной ситуации так легче отделить аппарат с космонавтами и увести его в сторону. Почему у «Союза» впереди спускаемого аппарата располагается еще орбитальный отсек? Чем это вызвано и как при этом решается задача аварийного спасения?
— В свое время мы очень много думали над этим. И вот какие у нас возникли доводы в пользу такой, в общем, вы правы, не очень удобной с точки зрения аварийного спасения компоновки. Все корабли, созданные до «Союза», были рассчитаны на сравнительно кратковременные полеты — до двух недель. В этом случае космонавты, когда их два-три человека, вполне могут потерпеть друг друга в одном объеме, однако комфорта при этом немного. Попробуйте втроем сесть в «рафик» и провести в нем безвыходно даже недельку — и работать, и есть, и спать все время в маленьком салоне. Здесь же, разумеется, должен быть и туалет. Мы решили сделать «Союз» «двухкомнатным». Один отсек — спускаемый аппарат — для выведения и возвращения космонавтов, другой — орбитальный отсек — для научной работы. Здесь же туалет. Естественно, орбитальному отсеку не нужна теплозащита — он будет отделяться после входа в атмосферу вместе с приборно-агрегатным отсеком.
— Конечно, «двухкомнатная квартира» удобнее, это понятно. Но ведь так сложнее устроить аварийное спасение. Я говорю уже не о «рафике», а о космическом корабле. Почему бы орбитальный отсек не разместить между спускаемым аппаратом и приборно-агрегатным отсеком? Ведь если спускаемый аппарат разместить впереди, система аварийного спасения легко устанавливается прямо на спускаемый аппарат.
— Думали мы об этом варианте. Но в этом случае возникает необходимость сделать переходной люк-лаз в теплозащитном экране, а это приводит к всевозможным техническим и технологическим сложностям. Например, космонавтам пришлось бы лазать под креслами.
— Кресла можно сделать сдвижными, как в «Жигулях».
— Но дело в том, что именно здесь, возле экрана, в целях обеспечения центровки аппарата должна располагаться основная масса оборудования.
— А перевернуть спускаемый аппарат было нельзя?
— А где тогда будет стыковочное устройство? Опять же в теплозащитном экране?
— Сделать его сбоку того или другого отсека!
— Опять не годится. Стыковочный узел можно было бы поставить только на боковую стенку орбитального отсека (у спускаемого аппарата это резко бы нарушило аэродинамику), но тогда очень усложнилось бы оборудование сближения и причаливания и совсем неудачным оказался бы с точки зрения динамики конструкции весь комплекс из двух состыкованных кораблей. И потом, если спускаемый аппарат перевернуть, космонавты на старте будут не лежать в креслах, а висеть на ремнях и перегрузки будут действовать не в самом благоприятном направлении: спина — грудь.
— Сделать поворотные кресла очень сложно?
— Да, это усложнение чрезмерное — понадобится специальный механизм, да и дополнительное пространство. Можно было бы просто не «сажать» космонавтов в кресла вниз животом, а подвесить в специальных ложементах. Но некомфортно все это, и вообще не годится. Одним словом, только экраном вниз и только в середине между двумя блоками.
— Еще вопрос бывшего конструктора: разве вас не смутило, что космонавтам будет трудно наблюдать визуально за сближением и причаливанием кораблей — ведь впереди орбитальный отсек?
— Смущало, конечно. Но во-первых, наблюдение можно было бы вести и из орбитального отсека, а во-вторых, мы решили применить перископическую систему. Обзор через нее несколько хуже, но работа с ней сложности не представляет. Каждая проектная задача — это выбор оптимального решения. Хочешь иметь преимущества — «плати» какими-то недостатками. Без этого не бывает.
— Ну и наконец, как вы все-таки решили спасать космонавтов при аварии на начальном участке — отрывать спускаемый аппарат вместе с орбитальным блоком?
— В общем, решили именно так, с последующим их разделением. Но в этом решении есть одна тонкость. «Тянуть» корабль за орбитальный отсек нехорошо, тогда нужно делать его очень прочным. И мы смонтировали стойку с двигателями системы спасения на головном обтекателе, который крепится к месту соединения орбитального отсека со спускаемым аппаратом и при аварии тянет их оба.
— Ага! Корабль как бы подхватывался под мышки. Красивое решение! А кстати, как все же было с весами?
— Очень быстро мы в наших проектных прикидках добрались до предела. Так уж получалось — тому накинешь с десяток килограммов, другому чуть уступишь…
— Речь идет о смежниках, делающих оборудование?
— Да. Теперь мы уже в отличие от «Востока» стремились к установке самой современной аппаратуры. И, требуя лучших характеристик, вынуждены были уступать в весах. В результате регулярно возникали проблемы. Однажды один из моих сотрудников вдруг заявил: «У нас ничего не получится, нет никакого резерва весов, и нам не выпутаться; это все вы (я то есть) виноваты, добренький очень, всем уступаете». И так далее и тому подобное. В общем, на мой взгляд, сдался. А был хороший, толковый проектант. Мне пришлось его перевести с работ по «Союзу» на текущие работы по «Востоку» — «Восходу». Но он, этот сотрудник, был не одинок в своем скепсисе. Многие тогда считали, что «Союз» не получится. Я же и многие наши ребята верили: справимся. Верили в это дело и Сергей Павлович и Константин Давыдович, которые занимались «Союзом» очень активно.
Уже в середине 62-го были подготовлены первые исходные данные на разработку технической документации и началась работа над эскизным проектом. Трудности сразу возникли очень большие. Особенно при разработке системы определения параметров относительного движения двух кораблей при сближении и средств наземного контроля работы этой системы (как, впрочем, и всех других систем корабля). Непросто далось макетирование внутренней компоновки отсеков.
Но больше трудов было положено на обеспечение возвращения и посадки корабля. Детально исследовались аэродинамические и тепловые характеристики, как и характеристики устойчивости и управляемости спускаемого аппарата. Много хлопот доставило теплозащитное покрытие, оно тоже теперь было другое по составу и конструкции. А следовательно, нужны были новая технология и оснастка для нанесения теплозащиты и проверки ее работоспособности. Работы по новой системе приземления потребовали создания специальных макетов спускаемого аппарата, сбрасываемых с самолетов. Пришлось заказать новую двигательную установку, систему управляющих двигателей и массу других новых агрегатов. Нелегко было добиться нужной надежности и точности от всей этой аппаратуры.
Мы уже говорили о сложности электрических цепей «Востока», которая открылась, когда их впервые разложили на столах. Здесь же создателей корабля охватил просто ужас: сотни приборов, тысячи деталей, десятки километров кабелей. И все это должно быть воссоединено в работающее целое. Только описание логики работы, программ автоматики составило целый том. И это при том, что эту логику старались сделать максимально простой и надежной.
Кое-кто опять засомневался: удастся ли вытянуть всю эту автоматику? Занимался ею Шустин со своими товарищами, проявили они буквально виртуозность, ведь дорабатывать логику им пришлось множество раз.
Все было выверено, казалось, предельно, но все же на первом летном испытании системы объявились три «креста». То есть в трех случаях команды сработали наоборот. Правда, в двух из них команды компенсировали друг друга, так что остался один «крест». Для первого раза это было совсем неплохо.
Объем работ был огромным. Только конструкторская документация составила несколько тысяч листов чертежей, схем и инструкций. Постепенно испытатели начали включать аппаратуру. Оказалось, работает! И постепенно, шаг за шагом пришли к тому, что все стало включаться и выключаться, когда надо.
Почти пять лет шли проектирование, разработка, постройка и испытания систем. Все чувствовали, что корабль получился очень сложный. Не так уж много людей знали все особенности его работы. Подготовка космонавтов к его пилотированию была очень напряженной.
Первый пилотируемый полет состоялся в апреле 1967 года. Первым космонавтом-испытателем «Союза» был командир «Восхода» Владимир Комаров, и полет его, как известно, закончился трагически.
Вспоминать лишний раз об этом очень тяжело. Но иногда надо. Наверняка каждому, кто причастен к созданию и полетам космических кораблей, это служит нелишним подтверждением необходимости постоянней и предельной тщательности в работе над техникой пилотируемых полетов. Хотя в этом случае, как и в другой трагедии — гибели экипажа корабля «Союза-11», невозможно кого-либо винить за нерадивость, беспечность или низкий профессионализм.
Полет должен был завершиться через сутки после старта. Перед возвращением было решено перейти на ручную систему ориентации. Комаров отлично сориентировал корабль, включил двигатель, все прошло штатно. Разделились отсеки, спускаемый аппарат пошел к Земле. Все было в норме. Но нервы у всех на Земле были напряжены до предела — все-таки первый «Союз» с человеком садится. Потом какое-то время в центре управления не было никакой информации — и вдруг это сообщение…
Что же произошло? Из контейнера не вышел основной парашют. Из-за этого не отделился тормозной парашют, и началось вращение аппарата. Когда же по сигналу автоматики был выпущен запасной парашют, он закрутился вокруг строп тормозного.
Почему не вышел основной парашют? Однозначно ответить на этот вопрос трудно. На испытаниях системы приземления, предшествующих полету Комарова — самолетных и беспилотных космических, — все работало нормально. Возможно, каким-то образом в контейнере образовалось разрежение и парашют был в нем зажат. Во всяком случае, при доработках контейнер расширили и усилили его стенки, доработали также систему запасного парашюта.
К сожалению, мы ничего не знаем и никогда не узнаем, как провел последние секунды жизни Владимир Комаров, что он успел почувствовать и подумать. Обычно космонавт при спуске ожидает резкого рывка и замедления полета, когда раскрывается купол парашюта. Рывка этого не последовало, и падение продолжалось около минуты. Наверное, это слишком мало, чтобы успеть понять, что произошло и что тебя ждет…
Полтора года после этого шли доработки и дополнительные испытания всех систем «Союза». В октябре 1968 года вновь начались пилотируемые полеты корабля.
Первым, кто испытывал доработанный корабль, был летчик-испытатель Георгий Тимофеевич Береговой. Звание Героя Советского Союза он заслужил, совершив 185 боевых вылетов на штурмовике. Войну закончил командиром эскадрильи. Он же был первым космонавтом, пришедшим в отряд с летной испытательной работы, имея к тому же звание заслуженного летчика-испытателя.
К концу 1969 года корабль можно было считать отработанным, а проблему сближения и стыковки на орбите практически решенной. По своим возможностям, насыщенности оборудованием и характеристикам корабль отвечал современным требованиям. Так, спуск корабля был управляемым и разброс точек приземления не превышал нескольких десятков километров и мог быть в принципе снижен до нескольких километров (у «Востока» рассеяние достигало 250–300 километров). Управление достигалось изменением вертикальной составляющей подъемной силы спускаемого аппарата за счет поворота его вокруг продольной оси. Перегрузки при спуске были 3–4 единицы (у «Востока» — 8—10). Система посадки включала парашют и твердотопливные двигатели, которые, включаясь на высоте 1–2 метра, гасилн скорость до 2–4 метров в секунду.
Оборудование корабля обеспечивало возможность проведения полностью автономного полета без участия наземного командного комплекса. Для обеспечения сближения и стыковки с другими объектами на орбите корабль был снабжен разнообразным радиотехническим оборудованием, а также оптическим визиром-ориентатором.
Приборно-агрегатный отсек на этот раз был сделан из двух частей — герметичной, с различной аппаратурой, и негермегичной, с двигательной установкой, предназначенной как для маневрирования на орбите, так и для торможения перед возвращением на Землю. Было решено установить два двигателя — основной и дублирующий, а в системе управления ориентацией — группы двигателей малой тяги со своими топливными баками и прочей аппаратурой.
В цикл создания новой техники входят, как известно, кроме проектирования и разработок, испытания корабля и его систем. Блоки корабля с установленным на нем оборудованием испытывались в барокамерах — на вакуум и герметичность, при перепадах давлений, на вибростендах, в лабораториях прочности. На специальных наземных стендах многократно проверялись системы разделения блоков корабля, механизмы раскрытия антенн и солнечных батарей, система сброса головного обтекателя и другое. Специальные стенды были созданы для отработки и проверки функционирования системы сближения и стыковки.
Наиболее сложные и волнующие испытания систем корабля те, которые проходят в натурных условиях. Так, работа системы приземления проверялась при сбросах экспериментальных объектов с самолета, плавучесть спускаемого аппарата — на водных акваториях, система аварийного спасения — на специальных установках. Каждое из этих испытаний приводило к необходимости уточнений в конструкции и доработкам.
В итоге всей этой огромной работы была получена возможность использовать новый корабль как в автономных многодневных полетах, так и в качестве транспортного средства для снабжения орбитальных станций.
Проектные работы над такой станцией были начаты еще в конце 1969 года. В 1970 году началось изготовление первого летного образца, а также наземные испытания отдельных систем. Неоценимые данные для этой работы были получены в результате рекордного тогда по длительности полета — в течение 18 суток — Андрияна Николаева и Виталия Севастьянова на «Союзе-9» в июне 1970 года.
ПЕРВЫЙ ДОМ НА ОРБИТЕ
Предварительная работа проектантов показала, что имеется возможность создать (в соответствии с мощностью и размерами располагаемой ракеты-носителя) долговременную орбитальную станцию с максимальным диаметром 4,15 метра, массой около 19 тонн. При этом, исходя из условия, что на станции должен работать экипаж из двух-трех человек в течение нескольких месяцев, на научное оборудование оставалось около полутора тонн массы, что было, конечно, замечательно.
Однако реализовать эти возможности было непросто. Путь к этому лежал через ряд этапов. На первом этапе было решено создать орбитальную лабораторию для проверки основных принципов создания и функционирования станций, чтобы в ходе полетов космонавтов и проведения ими научных и технических экспериментов исследовать возможности длительной работы человека на орбите в условиях замкнутого и ограниченного объема.
После первой стыковки двух «Союзов» космонавты Е. В. Хрунов и А. С. Елисеев перешли из корабля в корабль через открытый космос в скафандрах. Очевидно, для работы корабля в совместном полете со станцией такой способ не подходил. Поэтому при создании модификации «Союза» как транспортного корабля конструкторами была решена задача перехода непосредственно через стыковочный узел, для чего пришлось разработать новую конструкцию узла. Он был совмещен с крышкой люка-лаза.
Всю документацию на доработки «Союза» удалось создать одновременно с документацией на станцию — к весне 1970 года. Очень скоро появились чертежи на корпус станции, и к весне следующего года станция, названная «Салютом», была готова.
Запуск ее состоялся 19 апреля 1971года с помощью мощной ракеты-носителя «Протон». Пробыла первая станция на орбите 175 дней. При этом с ней были осуществлены две стыковки — кораблей «Союза-10» и «Союза-11». В обоих случаях сближение шло автоматически, а причаливание с расстояния менее 200 метров вручную. Экипаж первого корабля — В. А. Шаталов, А. С. Елисеев и Н. Н. Рукавишников — осуществил проверку всех систем транспортного корабля, а второго — Г. Т. Добровольский, В. Н. Волков и В. И. Пацаев — также успешно состыковался со станцией и проработал на ее борту рекордное тогда время, более 23 суток, проведя большое количество научных исследований и экспериментов.
Этот экипаж трагически погиб при возвращении со станции. Специальные исследования показали, что произошел отказ в одной из вспомогательных систем спускаемого аппарата — преждевременное вскрытие клапана, связывающего герметичный отсек спускаемого аппарата с наружной средой (обычно он срабатывает уже в плотных слоях атмосферы, на высоте около 5 километров). Потом, после полета, клапан этот был проверен бесчисленное количество раз и ни разу не отказал. Так же безотказно до того случая и впоследствии работали многие десятки подобных клапанов на других кораблях и аппаратах, но в этом случае открытие его произошло намного раньше положенного времени, задолго до раскрытия парашюта. В результате произошла мгновенная разгерметизация корабля. Космонавты погибли от взрывной декомпрессии.
Хотя, в общем-то, безотказная система была вновь тщательно доработана и надежность ее стала близка к абсолютной, было решено с тех пор, что космонавты должны надевать скафандры при всех операциях, связанных с выведением, посадкой, стыковкой и расстыковкой кораблей.
Что же представляет собой станция «Салют»?
Станция «Салют» создавалась таким образом, чтобы она могла работать не только с космонавтами на борту, но и как автоматический орбитальный аппарат. В пилотируемом режиме она превращается в научный комплекс, состоящий из двух основных блоков — орбитального (собственно станция) и транспортного (корабль) с постоянно открытым между ними люком, размещенным в стыковочном узле. Так что космонавты могут работать и отдыхать во всем объеме комплекса, который составляет около 100 кубических метров. Длина всего комплекса более 23 метров, из них 14 метров — орбитальный блок. Общая масса 25,6 тонны.
Для проведения экспериментов, наблюдений, кино- и фотосъемки в различных отсеках станции имеется 27 иллюминаторов. Как и на всех предыдущих кораблях, на станции поддерживается атмосфера с нормальными, земными составом и давлением.
Известно, что почти на всех американских космических кораблях, начиная с «Меркурия», применялась чисто кислородная атмосфера с давлением 0,4 атмосферы. Почему не земная? Как мы уже говорили, ракеты-носители у них первое время обладали сравнительно небольшой грузоподъемностью, и это требовало от создателей кораблей строжайшей экономии веса. Естественно, все оборудование для однокомпонентной атмосферы было проще и легче.
Однако кислород, как известно, среда пожароопасная. Каждый авиационный специалист, например, знает, что соприкосновение кислорода с маслом может вызвать пожар. И американцы в полной мере столкнулись с этим недостатком атмосферы своих кораблей. В январе 1967 года на корабле «Аполлон» при очередных наземных проверках возник пожар от случайного короткого замыкания. Пламя бушевало в кабине всего несколько секунд, но три космонавта — В. Гриссом, Э. Уайт и Р. Чаффи — погибли, не успев открыть люк корабля. Гриссом был одним из тех, кто совершил суборбитальный полет на «Меркурии», а Уайт был первым американцем, вышедшим в открытый космос в полете на «Джемини-3». И все же тогда американцы отступить уже не могли и, проведя тщательный анализ и доработку всех систем на пожаробезопасность, летали на своих «Аполлонах» на Луну в той же кислородной атмосфере.
Но вернемся к компоновке «Салюта». Задачей было обеспечить максимальный комфорт для экипажа, чтобы внутреннее помещение было достаточно просторно, а места для работы, отдыха и сна удобны. Нужно было добиться оптимального размещения оборудования, приборов и пультов управления, имеющих самые разные габариты и условия. Было рассмотрено несколько вариантов компоновки, в каждом из которых по-своему увязывались все противоречивые требования конструкторов, технологов, ученых, космонавтов и многих других специалистов.
Одним из условий, которое поставили себе сами проектанты, была возможность ремонта и замены аппаратуры в полете силами экипажа. Нужно было не только снабдить космонавтов инструментом и приспособлениями, но обеспечить доступ к местам возможных неисправностей и к расходуемым материалам. А это оказалось очень непросто. Сложности возникали и оттого, что станция должна была работать в различных режимах ориентации по отношению к Земле (например, орбитальной или инерциальной), а значит, надо было особым образом компоновать размещение бортового оборудования и пультов. При этом не забывать об удобствах для космонавтов.
Может, например, показаться, что в интерьере орбитальной станции не должно быть «верха» и «низа» — невесомость ведь. С одной стороны, так оно и есть, а с другой — понятие «комфорт» включает в себя привычные, то есть земные, удобства. Но на Земле для нас естественно всегда чувствовать верх и низ. Поэтому не стоило и космонавтов лишать этой привычки. И еще надо было помнить, что при подготовке на Земле в макете-тренажере станции от этих понятий освободиться трудно и, следовательно, у космонавтов вырабатываются стереотипы, которые нельзя полностью разрушать на орбите. С этой целью каждую плоскость интерьера станции было решено выкрасить в свой цвет.
Размеры и форма орбитального блока (собственно станции) были определены из условий выведения на орбиту. Со сложенными в гармошку и прижатыми к корпусу панелями солнечных батарей станция должна вписываться в обводы конуса-обтекателя ракеты. И нагрузки на ее корпус при этом, а также расход топлива на преодоление аэродинамического сопротивления должны быть минимальными. Как бы само собой возникли три отсека: носовой (переходной), средний (рабочий) и кормовой (агрегатный). Первые два из них сделали герметичными.
Немало задач ложится на стыковочный узел. Он должен обеспечивать компенсацию отклонений при причаливании, амортизацию соударений объектов и механический захват в момент их контакта, гашение относительных колебаний, возникающих из-за того, что направление движения корабля не проходит через центр масс станции, выравнивание осей двух объектов, стягивание их до плотного контакта по всей торцовой плоскости узла, герметизацию стыка, соединение электроразъемов и гидромагистралей. Кроме того, узел должен обеспечивать быструю и надежную расстыковку объектов.
Однако реализовать эти возможности было непросто. Путь к этому лежал через ряд этапов. На первом этапе было решено создать орбитальную лабораторию для проверки основных принципов создания и функционирования станций, чтобы в ходе полетов космонавтов и проведения ими научных и технических экспериментов исследовать возможности длительной работы человека на орбите в условиях замкнутого и ограниченного объема.
После первой стыковки двух «Союзов» космонавты Е. В. Хрунов и А. С. Елисеев перешли из корабля в корабль через открытый космос в скафандрах. Очевидно, для работы корабля в совместном полете со станцией такой способ не подходил. Поэтому при создании модификации «Союза» как транспортного корабля конструкторами была решена задача перехода непосредственно через стыковочный узел, для чего пришлось разработать новую конструкцию узла. Он был совмещен с крышкой люка-лаза.
Всю документацию на доработки «Союза» удалось создать одновременно с документацией на станцию — к весне 1970 года. Очень скоро появились чертежи на корпус станции, и к весне следующего года станция, названная «Салютом», была готова.
Запуск ее состоялся 19 апреля 1971года с помощью мощной ракеты-носителя «Протон». Пробыла первая станция на орбите 175 дней. При этом с ней были осуществлены две стыковки — кораблей «Союза-10» и «Союза-11». В обоих случаях сближение шло автоматически, а причаливание с расстояния менее 200 метров вручную. Экипаж первого корабля — В. А. Шаталов, А. С. Елисеев и Н. Н. Рукавишников — осуществил проверку всех систем транспортного корабля, а второго — Г. Т. Добровольский, В. Н. Волков и В. И. Пацаев — также успешно состыковался со станцией и проработал на ее борту рекордное тогда время, более 23 суток, проведя большое количество научных исследований и экспериментов.
Этот экипаж трагически погиб при возвращении со станции. Специальные исследования показали, что произошел отказ в одной из вспомогательных систем спускаемого аппарата — преждевременное вскрытие клапана, связывающего герметичный отсек спускаемого аппарата с наружной средой (обычно он срабатывает уже в плотных слоях атмосферы, на высоте около 5 километров). Потом, после полета, клапан этот был проверен бесчисленное количество раз и ни разу не отказал. Так же безотказно до того случая и впоследствии работали многие десятки подобных клапанов на других кораблях и аппаратах, но в этом случае открытие его произошло намного раньше положенного времени, задолго до раскрытия парашюта. В результате произошла мгновенная разгерметизация корабля. Космонавты погибли от взрывной декомпрессии.
Хотя, в общем-то, безотказная система была вновь тщательно доработана и надежность ее стала близка к абсолютной, было решено с тех пор, что космонавты должны надевать скафандры при всех операциях, связанных с выведением, посадкой, стыковкой и расстыковкой кораблей.
Что же представляет собой станция «Салют»?
Станция «Салют» создавалась таким образом, чтобы она могла работать не только с космонавтами на борту, но и как автоматический орбитальный аппарат. В пилотируемом режиме она превращается в научный комплекс, состоящий из двух основных блоков — орбитального (собственно станция) и транспортного (корабль) с постоянно открытым между ними люком, размещенным в стыковочном узле. Так что космонавты могут работать и отдыхать во всем объеме комплекса, который составляет около 100 кубических метров. Длина всего комплекса более 23 метров, из них 14 метров — орбитальный блок. Общая масса 25,6 тонны.
Для проведения экспериментов, наблюдений, кино- и фотосъемки в различных отсеках станции имеется 27 иллюминаторов. Как и на всех предыдущих кораблях, на станции поддерживается атмосфера с нормальными, земными составом и давлением.
Известно, что почти на всех американских космических кораблях, начиная с «Меркурия», применялась чисто кислородная атмосфера с давлением 0,4 атмосферы. Почему не земная? Как мы уже говорили, ракеты-носители у них первое время обладали сравнительно небольшой грузоподъемностью, и это требовало от создателей кораблей строжайшей экономии веса. Естественно, все оборудование для однокомпонентной атмосферы было проще и легче.
Однако кислород, как известно, среда пожароопасная. Каждый авиационный специалист, например, знает, что соприкосновение кислорода с маслом может вызвать пожар. И американцы в полной мере столкнулись с этим недостатком атмосферы своих кораблей. В январе 1967 года на корабле «Аполлон» при очередных наземных проверках возник пожар от случайного короткого замыкания. Пламя бушевало в кабине всего несколько секунд, но три космонавта — В. Гриссом, Э. Уайт и Р. Чаффи — погибли, не успев открыть люк корабля. Гриссом был одним из тех, кто совершил суборбитальный полет на «Меркурии», а Уайт был первым американцем, вышедшим в открытый космос в полете на «Джемини-3». И все же тогда американцы отступить уже не могли и, проведя тщательный анализ и доработку всех систем на пожаробезопасность, летали на своих «Аполлонах» на Луну в той же кислородной атмосфере.
Но вернемся к компоновке «Салюта». Задачей было обеспечить максимальный комфорт для экипажа, чтобы внутреннее помещение было достаточно просторно, а места для работы, отдыха и сна удобны. Нужно было добиться оптимального размещения оборудования, приборов и пультов управления, имеющих самые разные габариты и условия. Было рассмотрено несколько вариантов компоновки, в каждом из которых по-своему увязывались все противоречивые требования конструкторов, технологов, ученых, космонавтов и многих других специалистов.
Одним из условий, которое поставили себе сами проектанты, была возможность ремонта и замены аппаратуры в полете силами экипажа. Нужно было не только снабдить космонавтов инструментом и приспособлениями, но обеспечить доступ к местам возможных неисправностей и к расходуемым материалам. А это оказалось очень непросто. Сложности возникали и оттого, что станция должна была работать в различных режимах ориентации по отношению к Земле (например, орбитальной или инерциальной), а значит, надо было особым образом компоновать размещение бортового оборудования и пультов. При этом не забывать об удобствах для космонавтов.
Может, например, показаться, что в интерьере орбитальной станции не должно быть «верха» и «низа» — невесомость ведь. С одной стороны, так оно и есть, а с другой — понятие «комфорт» включает в себя привычные, то есть земные, удобства. Но на Земле для нас естественно всегда чувствовать верх и низ. Поэтому не стоило и космонавтов лишать этой привычки. И еще надо было помнить, что при подготовке на Земле в макете-тренажере станции от этих понятий освободиться трудно и, следовательно, у космонавтов вырабатываются стереотипы, которые нельзя полностью разрушать на орбите. С этой целью каждую плоскость интерьера станции было решено выкрасить в свой цвет.
Размеры и форма орбитального блока (собственно станции) были определены из условий выведения на орбиту. Со сложенными в гармошку и прижатыми к корпусу панелями солнечных батарей станция должна вписываться в обводы конуса-обтекателя ракеты. И нагрузки на ее корпус при этом, а также расход топлива на преодоление аэродинамического сопротивления должны быть минимальными. Как бы само собой возникли три отсека: носовой (переходной), средний (рабочий) и кормовой (агрегатный). Первые два из них сделали герметичными.
Немало задач ложится на стыковочный узел. Он должен обеспечивать компенсацию отклонений при причаливании, амортизацию соударений объектов и механический захват в момент их контакта, гашение относительных колебаний, возникающих из-за того, что направление движения корабля не проходит через центр масс станции, выравнивание осей двух объектов, стягивание их до плотного контакта по всей торцовой плоскости узла, герметизацию стыка, соединение электроразъемов и гидромагистралей. Кроме того, узел должен обеспечивать быструю и надежную расстыковку объектов.