В 1954-м в нашей стране приступили к разработке межконтинентальной баллистической ракеты, ее двигателей, системы управления, а также стартового устройства, наземного оборудования и пр. Тогда же, в 1954 году, были выполнены в основном теоретические исследования по искусственному спутнику Земли, и Королев обратился в правительство с предложением о начале конструкторских разработок.
В этом историческом документе — письме в ЦК КПСС и Совет Министров СССР, датированном 26 мая 1954 года, Королев писал:
«По вашему указанию представляю докладную записку тов. Тихонравова М. К. „Об искусственном спутнике Земли“… Проводящаяся в настоящее время разработка нового изделия с конечной скоростью около 7000 м/секпозволяет говорить о возможности создания в ближайшие годы искусственного спутника Земли. Путем некоторого уменьшения веса полезного груза можно будет достичь необходимой для спутника конечной скорости 8000 м/сек.Изделие-спутник может быть разработано на базе создающегося сейчас нового изделия, упомянутого выше, однако при серьезной переработке последнего. Мне кажется, что в настоящее время была бы своевременной и целесообразной организация научно-исследовательского отдела для проведения первых поисковых работ по спутнику и более детальной проработки комплекса вопросов, связанных с этой проблемой. Прошу вашего решения».
В июне 1955 года в отчете о научной деятельности за 1954 год члена-корреспондента АН СССР С. П. Королева есть такие строки:
«Принципиально возможно при посредстве ракетных летательных аппаратов осуществить полеты на неограниченные дальности, практически со сколь угодно большими скоростями движения на беспредельно большие высоты. В настоящее время все более близким и реальным кажется создание искусственного спутника Земли и ракетного корабля для полетов человека на большие высоты и для исследования межпланетного пространства… Необходимо было бы развернуть работы, связанные со сеем комплексом вопросов по созданию искусственного спутника Земли (ИСЗ), поначалу в самом простом варианте… В связи с разработкой проблемы ИСЗ, несомненно, возникает необходимость организации еще лабораторий, групп и отделов в ряде институтов как Академии наук СССР, так и в промышленности».
В тезисах доклада С. П. Королева о разработке эскизного проекта искусственного спутника Земли, сделанного 25 сентября 1956 года, говорится:
«Создание этого эскизного проекта не является случайностью, а подготовлено всей предшествующей работой организаций, занимающихся разработкой ракет дальнего действия… Несомненно, что работа по созданию первого искусственного спутника Земли является важным шагом на пути проникновения человека во вселенную, и несомненно, что мы вступаем в новую область работ по ракетной технике, связанную с созданием межпланетных ракет. В итоге тщательной проработки плана исследований, которые могут быть проведены с помощью спутника, в комиссии Академии наук под председательством академика М. В. Келдыша было установлено, что нельзя ограничиться одним вариантом спутника, и приняты три варианта, отличающиеся составом аппаратуры…»
— Меня, Константин Петрович, в этих документах поражает спокойный, деловой тон. Ни тени сомнения. Как будто речь идет о чем-то обычном, будничном, а не реальной возможности того, что большинством людей планеты считалось тогда едва ли не фантастикой.
— Уверенность в своих действиях вообще была свойственна Королеву. В начале 1956 года было решено группу Михаила Клавдиевича (включая и меня) перевести из института в КБ Королева. Но потом почему-то решение видоизменилось, и к Королеву отпустили только одного Тихонравова. В декабре 1957 года и я оказался у Королева, в отделе Тихонравова. Отдел в тот период занимался разработкой спутников. Первые два «простейшие», ПС-1 и ПС-2 с собакой Лайкой, уже летали. Работами по автоматическим спутникам руководил тогда в тихонравовском отделе Евгений Федорович Рязанов. И вот как раз, когда я пришел в отдел, в нем зарождались два новых направления: автоматические аппараты для исследования планет и спутники для полета человека (так тогда назывались космические корабли). Тихонравов предложил мне выбрать одно из этих двух направлений. Я с радостью взялся за второе, и с тех пор область своей деятельности уже не менял…
ПРИСТУПАЕМ К «ВОСТОКУ»
В этом историческом документе — письме в ЦК КПСС и Совет Министров СССР, датированном 26 мая 1954 года, Королев писал:
«По вашему указанию представляю докладную записку тов. Тихонравова М. К. „Об искусственном спутнике Земли“… Проводящаяся в настоящее время разработка нового изделия с конечной скоростью около 7000 м/секпозволяет говорить о возможности создания в ближайшие годы искусственного спутника Земли. Путем некоторого уменьшения веса полезного груза можно будет достичь необходимой для спутника конечной скорости 8000 м/сек.Изделие-спутник может быть разработано на базе создающегося сейчас нового изделия, упомянутого выше, однако при серьезной переработке последнего. Мне кажется, что в настоящее время была бы своевременной и целесообразной организация научно-исследовательского отдела для проведения первых поисковых работ по спутнику и более детальной проработки комплекса вопросов, связанных с этой проблемой. Прошу вашего решения».
В июне 1955 года в отчете о научной деятельности за 1954 год члена-корреспондента АН СССР С. П. Королева есть такие строки:
«Принципиально возможно при посредстве ракетных летательных аппаратов осуществить полеты на неограниченные дальности, практически со сколь угодно большими скоростями движения на беспредельно большие высоты. В настоящее время все более близким и реальным кажется создание искусственного спутника Земли и ракетного корабля для полетов человека на большие высоты и для исследования межпланетного пространства… Необходимо было бы развернуть работы, связанные со сеем комплексом вопросов по созданию искусственного спутника Земли (ИСЗ), поначалу в самом простом варианте… В связи с разработкой проблемы ИСЗ, несомненно, возникает необходимость организации еще лабораторий, групп и отделов в ряде институтов как Академии наук СССР, так и в промышленности».
В тезисах доклада С. П. Королева о разработке эскизного проекта искусственного спутника Земли, сделанного 25 сентября 1956 года, говорится:
«Создание этого эскизного проекта не является случайностью, а подготовлено всей предшествующей работой организаций, занимающихся разработкой ракет дальнего действия… Несомненно, что работа по созданию первого искусственного спутника Земли является важным шагом на пути проникновения человека во вселенную, и несомненно, что мы вступаем в новую область работ по ракетной технике, связанную с созданием межпланетных ракет. В итоге тщательной проработки плана исследований, которые могут быть проведены с помощью спутника, в комиссии Академии наук под председательством академика М. В. Келдыша было установлено, что нельзя ограничиться одним вариантом спутника, и приняты три варианта, отличающиеся составом аппаратуры…»
— Меня, Константин Петрович, в этих документах поражает спокойный, деловой тон. Ни тени сомнения. Как будто речь идет о чем-то обычном, будничном, а не реальной возможности того, что большинством людей планеты считалось тогда едва ли не фантастикой.
— Уверенность в своих действиях вообще была свойственна Королеву. В начале 1956 года было решено группу Михаила Клавдиевича (включая и меня) перевести из института в КБ Королева. Но потом почему-то решение видоизменилось, и к Королеву отпустили только одного Тихонравова. В декабре 1957 года и я оказался у Королева, в отделе Тихонравова. Отдел в тот период занимался разработкой спутников. Первые два «простейшие», ПС-1 и ПС-2 с собакой Лайкой, уже летали. Работами по автоматическим спутникам руководил тогда в тихонравовском отделе Евгений Федорович Рязанов. И вот как раз, когда я пришел в отдел, в нем зарождались два новых направления: автоматические аппараты для исследования планет и спутники для полета человека (так тогда назывались космические корабли). Тихонравов предложил мне выбрать одно из этих двух направлений. Я с радостью взялся за второе, и с тех пор область своей деятельности уже не менял…
ПРИСТУПАЕМ К «ВОСТОКУ»
Исследования по полету человека на ракетном летательном аппарате начались в КБ Королева еще до прихода К. П. Феоктистова. Рассматривался, однако, вопрос не орбитального полета, а баллистического на большую высоту.
Чуть позже одна из групп у Королева начала изучать возможность создания орбитального пилотируемого аппарата, причем крылатого. Но выяснилось, что сложности тут, связанные с аэродинамикой и теплозащитой, огромные.
Ракетный полет по высотной или баллистической траектории технически несколько проще, чем орбитальный, но он мало что дает в плане изучения условий космического полета, поскольку длительность невесомости при вертикальном пуске 2–4 минуты, а при наклонном не более 10–15 минут. В то время как даже один виток по орбите — это полтора часа невесомости. Затраты же времени и средств на проектирование и разработки, как и трудности осуществления, для баллистического и орбитального вариантов соизмеримы.
Американцы в своем проекте пилотируемого корабля «Меркурий» не обошли этап полета по баллистической кривой. Прежде чем запустить космонавта на орбиту, они дважды уже после полета Юрия Гагарина — 5 мая и 21 июля 1961 года — осуществили такие полеты (они их называли суборбитальными).
Состояние невесомости длилось около 10 минут, и никаких исследований на борту космонавты практически осуществить не смогли. Это были чисто испытательные полеты. Вполне возможно, что эти полеты были вызваны неготовностью в 1961 году орбитального носителя «Атлас» и осуществлялись они с помощью маломощной ракеты «Редстоун».
— Проработкой задачи о баллистическом полете человека занимался в отделе Тихонравова сектор, возглавляемый конструктором Николаем Потаповичем Беловым. К нему я и попал. Белов предложил мне сначала заняться вопросами устойчивости аппарата для полета по баллистической траектории на участке спуска, при входе в плотные слои атмосферы. Я с удовольствием принялся за эту задачу. Удалось показать, что при входе в атмосферу колебания аппарата вокруг центра масс будут затухать: демпфирование происходит за счет скоростного напора. Это решение оказалось полезным и потом, для работ по «Востоку». На это ушла зима 1957/58 года. Одновременно я начал собирать группу для проектирования орбитального корабля. Тихонравов и Белов мне очень помогли, и вскоре в группе стало человек 15 молодых инженеров. Мысль о работе над орбитальным космическим кораблем и сидела в голове у многих. Думал о таком аппарате и Сергей Павлович. И когда пришло время заняться этим всерьез, кому-нибудь поручили бы за это взяться. Поручили нам, и мне в частности.
— С каким энтузиазмом вы приступили к этому делу, я представляю, — ведь вы мечтали о нем давно. Но было, наверное, немало скептиков, сомневавшихся в реальности поставленной в то время задачи.
— Были не только скептики, но и противники, утверждавшие, что бороться за пилотируемый спутник преждевременно и что надо идти по пути создания «автоматов» различного назначения и размера, набираться таким образом опыта. При этом имелись в виду не только объективные трудности, но и возможность реализовать замысел силами нашего КБ. Некоторые предлагали сначала создать крупный, на несколько тонн автоматический спутник. Другие считали, что отработку возвращения на Землю нужно начинать с небольших автоматических аппаратов.
Так поступили американцы, впервые возвратившие на Землю маленькие капсулы своих спутников «Дискаверер». Шли к этому они около полутора лет и добились успеха едва ли не с десятой попытки. Дело это действительно было непростое и, кстати, для малых аппаратов не менее сложное, чем для больших. Но для автоматов проблем, конечно, намного меньше, чем для пилотируемых кораблей.
Прежде всего нужно было хорошо — реалистично и перспективно — поставить задачу на проектирование. И задача была сформулирована так: создать пилотируемый спутник, который после выведения на околоземную орбиту мог бы совершить по ней полет от одного витка до нескольких суток и возвратиться на Землю. На борту должен быть человек, с тем чтобы провести исследование его самочувствия и работоспособности в условиях космического полета, а также некоторые научные наблюдения и эксперименты.
В основе осуществления такого полета лежало достижение высокой надежности ракеты-носителя (это дело ракетчиков), конструкции корабля, системы управления, обеспечения жизнедеятельности космонавтов, спуска и других. Самой трудной и ответственной задачей было обеспечение возвращения космонавта на Землю.
В те годы, о которых мы сейчас ведем речь, многие специалисты даже в авиации практически не представляли, как можно решить эту задачу: затормозить и спустить с орбиты аппарат, движущийся со скоростью 8 километров в секунду (29 тыс. километров в час, 25 скоростей звука!), чтобы он не сгорел при входе в плотные слои атмосферы. Из газовой динамики было очевидно, что у лобовой части аппарата должна возникнуть плазма с температурой 6—10 тысяч градусов. Как отвести тепло, чтобы космонавт не «изжарился», — вот был вопрос вопросов, и в реальность решения этой задачи в ближайшие годы кое-кто тогда просто не верил.
А между тем в это время (во второй половине 50-х годов) уже были найдены методы расчета теплозащиты возвращающихся с орбиты объектов и показано, что создание ее вполне реально с конструктивной точки зрения. Это был результат исследований, проведенных академиками М. В. Келдышем, Г. И. Петровым, В. С. Авдуевским (тогда молодым доктором наук) и другими учеными. Специалисты нашли также оптимальный материал для теплозащитного покрытия: им оказался тогда хорошо известный асботекстолит. Он обладает свойством, поглощая огромные количества тепла, не плавиться, а испаряться в потоке набегающего воздуха. Не очень легкий материал, но достаточно эффективный. Однако создать конструкцию теплозащиты только полдела. Нужно найти такую компоновку аппарата, чтобы масса теплозащиты оказалась минимальной.
Но прежде всего нужно было решить другую принципиальную задачу — выбрать способ возвращения корабля. Вариантов имелось несколько. О крыльях мы уже говорили. Был еще вариант торможения и посадки с помощью авторотирующих винтов, подобных вертолетным. Эта схема одно время очень нравилась Сергею Павловичу. Но расчеты показали, что эффективной работы от них добиться трудно.
В марте — апреле 1958 года сделали окончательный выбор: спуск должен быть баллистическим, без подъемной силы, с парашютной системой посадки. Анализ и расчеты показали, что этот способ наиболее прост.
Следующий шаг — выбор формы корабля, вернее, возвращаемой его части. Казалось бы, естественно возвращать на Землю весь корабль. Но в этом случае масса тепловой защиты и парашютной системы, которая зависела от размеров и массы возвращаемого аппарата, получалась слишком большой. Нельзя допустить, чтобы теплозащита «съела» все запасы массы, необходимые для различного оборудования, обеспечения жизнедеятельности, топлива для ориентации и посадки. Значит, размеры возвращаемой части космического корабля нужно свести к минимуму.
Так возникло понятие спускаемого аппарата. А что оставалось вне его? На долю отсека, названного приборно-агрегатным, приходилось все то, без чего мог жить космонавт и можно было обойтись в течение получаса спуска корабля с орбиты: тормозная двигательная установка с топливными баками, система управления, радиооборудование, телеметрия и пр.
Если приборный отсек мог иметь любую форму, которая вписывалась бы в габариты обтекателя ракеты, то спускаемый аппарат мог иметь конфигурацию только вполне определенную. Условия такие: достаточный объем, хорошая устойчивость на спуске и как можно меньший вес теплозащиты. При расчете траектории спуска, тепловых потоков, решении проблемы устойчивости надо было учесть аэродинамику на гиперзвуковых, околозвуковых и дозвуковых скоростях. Рассматривались различные конфигурации: конус с различными углами раскрыва и радиусами затупления, обратный конус, зонт, закругленные цилиндры и прочее.
Однажды мы стали анализировать полусферу, и вдруг пришла мысль: а почему, собственно, не взять сферу? И мы остановились на сфере.
— Это не было тривиальным?
— Теперь это вполне может показаться тривиальным решением, но, по моему мнению, тогда это здорово упрощало задачу и помогло нам выиграть время. Дело не только в том, что сфера дает минимальную поверхность, а значит, близкий к минимуму вес теплозащиты при заданном объеме. Любая другая форма спускаемого аппарата потребовала бы проведения множества аэродинамических исследований, создания специальных методов расчета. Сфера была продута и просчитана, как говорится, вдоль и поперек. Все разгрызено и разжевано. Да и сами расчеты ее намного проще. Возьмите заостренное тело — в гиперзвуковом потоке надо считать косые скачки уплотнения, а на тупое тело, каким является сфера, садится прямой скачок, ударная волна отходит от тела, а за ней, то есть на поверхности тела, — дозвуковое обтекание. Все сравнительно просто.
Могло показаться, что точность посадки будет невысокой, а это было бы чревато опасностью потери спускаемого аппарата. Но расчеты убедили: точность получается в пределах допустимого — плюс-минус 300 километров. Учитывая равнинные пространства нашей страны, это не грозило какими-нибудь случайностями при посадке.
Другой вопрос: не окажутся ли при баллистическом спуске слишком высокими перегрузки, допустимы ли они для человека. Но и здесь расчеты показывали, что при входе в атмосферу под углом 5–6 градусов перегрузки будут не более 9—10, причем продолжительность таковых перегрузок не более минуты. Согласно экспериментальным исследованиям авиационных медиков, проведенным еще в 40-х годах, такие перегрузки для тренированных людей считались вполне переносимыми. Конечно, чтобы не превысить допустимые значения, нужно было гарантировать необходимый угол входа аппарата в атмосферу. Но и это оказалось вполне достижимым, хотя систему ориентации аппарата перед включением двигателя на торможение предстояло еще создать.
Очень важно было исследовать динамику движения спускаемого аппарата. Вроде бы на первый взгляд сфера в полете должна кувыркаться. Но устойчивость ее обеспечивалась простым образом. При хотя бы небольшом смещении центра тяжести относительно геометрического центра сфера легко стабилизируется в потоке воздуха.
В апреле 1958 года мы нашли это решение, в мае провели все расчеты и проектную проработку основных проблем аппарата.
— По-прежнему это была работа только вашего отдела?
— До лета так оно и было. Ведь прежде чем представлять Главному конструктору на рассмотрение какие-то проработки, проектанты должны все внимательно проверить, просчитать, и на этом этапе нам предоставляется определенная самостоятельность и свобода. Окончательное решение принималось только Королевым после обсуждения. Но вот однажды, в начале июня, приходит утром в отдел Тихонравов и говорит, что он договорился с Сергеем Павловичем о нашем ему докладе. Я тут же собрал все наброски и расчеты, и мы отправились. Наш отдел тогда размещался в большом зале здания, примыкающего вплотную к заводским цехам. В первые годы после своего создания в этом зале располагалась основная часть КБ Королева. И здесь я когда-то проходил стажировку. Забавно было: мы понимали, что «география» ничего не определяет, но все же чувствовали себя в связи с этим прямыми продолжателями того дела, которое здесь когда-то зарождалось. А теперь трехэтажное основное здание КБ находилось почти в пяти минутах ходьбы от нас. Мы шли с Михаилом Клавдиевичем и пытались спрогнозировать реакцию Главного на наши эскизы.
— А почему прямо к Сергею Павловичу, разве у него не было заместителя?
— Был, конечно. Константин Давыдович Бушуев. Но он тогда был в отпуске, чему мы тихонечко радовались, поскольку он скептически относился к нашим расчетам теплозащиты и требовал более детальной проработки, что в конечном счете нам и пришлось сделать, но наши расчеты подтвердились. А тогда мы были уверены, что все ясно и надо двигаться дальше.
— Факт того вашего доклада представляется очень интересным для истории. И потому хотелось бы услышать подробнее об обстановке, в которой он прошел.
— Помню приемную Сергея Павловича со старинными напольными часами. Качался маятник, и стрелки показывали около 10 часов. Вошли в кабинет. Это была довольно просторная комната с тремя окнами. В дальнем углу стоял письменный стол Королева, тоже старинный, на лапах. Вещей и книг на столе, как и в кабинете, было очень мало. У стены напротив окна — длинный стол, крытый зеленым сукном, во всю стену шкафы. Помню, что день был очень ясный. А может, так мне кажется теперь, потому что потом в этом кабинете мне большей частью доводилось быть вечерами или, по крайней мере, в предвечерние сумерки. Сергей Павлович встал из-за стола, подошел к нам, пожал руки. Встали мы втроем возле стола, расстелил я свои листы ватмана и миллиметровки на сукне (грузов никаких не нашлось, и Сергей Павлович и Михаил Клавдиевич придерживали листы руками) и стал излагать. Это был мой первый доклад Королеву. — А что было на листах?
— Диаграммы с изменением различных параметров траектории спуска во времени — перегрузки, скоростной напор, тепловые потоки. Наброски компоновок корабля — разрезы основных отсеков: где кресло, где приборные панели, основные блоки оборудования, люки и иллюминаторы. На других листах — варианты компоновки и результаты расчетов теплозащиты. Я докладываю, а Тихонравов время от времени реплики подает. Вот тут-то Королев и увидел главное в нашем проекте — сферу спускаемого аппарата. Неожиданно он вдруг с удовольствием стал потирать руки и приговаривать: «О, шар! Очень хорошо! Ведь это очень знакомое дело!». Докладывал я около получаса, в конце представил наши выводы, но где-то в середине уже почувствовал: Сергей Павлович явно одобрял нашу работу. Потом уселись за стол и стали обмениваться мнениями по частным вопросам. Подводя итоги, Королев сформулировал главный вывод: сделать пилотируемый спутник можно. Но сразу же потребовал: все основные проблемы нужно немедленно обсудить со специалистами — аэродинамиками, тепловиками, конструкторами, производственниками. А нам нужно поскорее готовить отчет. С этого момента Королев поверил в нашу группу, и нам была дана зеленая улица. Отчет потребовал сделать за два месяца, и мы почти уложились в заданный срок, предстазив его в конце августа.
— Надо полагать, сомнения коллег теперь отпали?
— Не совсем. Некоторые думали, что нам не удастся уложиться в заданный вес, другие считали, что неправильно выбрана форма спускаемого аппарата, третьи сомневались в возможности обеспечить надежную теплозащиту.
— В любом рассказе о создании новых машин, тем более летающих, всегда отчетливо звучит тема веса. В космической технике она приобретает характер, очевидно, решающий. Ведь каждый килограмм на орбите — это десятки килограммов начального веса ракеты на старте. Какими возможностями по весу вы располагали?
— В пятьдесят девятом году на ракете, которая вывела на орбиту первые три спутника Земли, была установлена третья ступень с ЖРД, созданным нашим КБ совместно с коллективом, который возглавлял С. А. Косберг. Это позволило повысить вес полезного груза, выводимого на околоземную орбиту, с 1,3 тонны до 4,5 тонны (эта же трехступенчатая ракета выводила на межпланетные траектории наши первые «лунники» весом до 300 килограммов). Третья ступень представляла новый шаг в развитии нашей ракетной техники — двигатель ее запускался не на Земле, а в верхних слоях атмосферы. Работы над установкой третьей ступени были начаты еще в 1958 году. Поэтому мы, естественно, знали, что нам может дать новая ракета-носитель, и с самого начала ориентировались на ее возможности.
— Четыре с половиной тонны — это может показаться очень много.
— Не так уж мало, но и не слишком много, если учесть, что мы работали над принципиально новой конструкцией. К тому же в то время радиоэлектронная промышленность, да и другие отрасли, еще не располагала специальным малогабаритным и легким оборудованием, на которое мы можем рассчитывать сейчас. Чаще всего мы должны были брать те приборы и агрегаты, которые уже имелись в наличии, исходя более из их функций, параметров и надежности, чем из веса. Другого выхода не было: иначе создание корабля значительно усложнялось и затягивалось. Вот почему проблема веса была всегда и по-прежнему остается очень острой…
Трудности были на каждом шагу. И споры тоже. Аэродинамики и теплообменщики подвергли наш шарик резкой критике. Раньше они доказывали, что это не самая оптимальная форма, и предлагали взять конус. Теперь стали доказывать также — и не без успеха, — что мы ошиблись в расчете толщины слоя теплозащитного материала. По нашим расчетам (в группе этой задачей занимался К. С. Шустин), толщина получалась 50 миллиметров. Нам же доказывали, что ее надо увеличить в четыре раза против расчетных. На двойное увеличение мы шли сами. Но не вчетверо же!
— Это было очень важно — отспорить свою толщину?
— Да, важно, потому что это опять же вес. И следовательно, летят к черту все наши расчеты по оборудованию. Сергей Павлович встал тогда на их сторону. И нам пришлось временно согласиться на увеличение толщины.
После многократных обсуждений в ноябре проект был представлен Королевым на Совет главных. Совет должен был принять решение об основном направлении работ на ближайшие годы. Слушались три доклада: Е. Ф. Рязанова о проекте автоматического спутника, Н. П. Белова о проекте аппарата для полета человека по баллистической траектории и К. П. Феоктистова о проекте пилотируемого орбитального аппарата. Сергей Павлович уже принял, конечно, решение, но в целях объективности представил на обсуждение все три варианта. Поначалу он внешне занимал нейтральную позицию, но после обстоятельного обмена мнениями высказал свою точку зрения — надо создавать только орбитальный корабль. Совет главных принял решение о начале опытно-конструкторских работ по этому проекту. С этого момента Сергей Павлович еще внимательнее следил за нашей работой. Всюду и везде он теперь твердо и энергично отстаивал ее. Это стало его делом. С этого же момента он начал подключать к ней другие подразделения КБ, привлекать сторонних специалистов и организации. И мы, проектанты, теперь выполняли его волю.
— Проектант… Это слово я впервые услышал от вас, Константин Петрович. Привычным было слово «проектировщик» или «конструктор». Мне когда-то доводилось работать над проектами машин, но назывался я конструктором.
— У нас деление на проектантов и конструкторов было, как говорится, испокон веку. Проектанты занимаются машиной в целом: формулируют задачу, уточняют условия работы и накладываемые этими условиями ограничения (по массе, габаритам, времени работы и т. д.), ищутпринципиальные решения частных задач, выбирают оптимальные параметры машины, прорабатывают различные варианты компоновочной схемы и делают из них выбор, проводят основные расчеты (как правило, в первом приближении), намечают состав оборудования и подбирают его комплект из уже существующего (если того или иного оборудования «в природе нет», формулируют к нему требования для заказа в промышленности), разрабатывают программы и «логику» функционирования машины в целом и основных ее систем.
В итоге всех этих работ проект окончательно «завязывается», после чего разрабатываются исходные данные для последующих работ КБ ипроизводства.
Дальнейшая работа проектантов состоит в постоянном контроле и доработках, направленных на то, чтобы проект «не развязался», что может произойти приразличных вынужденных изменениях характеристик или состава оборудования, конструкторской разработке узлов, разработке технологии и в ходе экспериментальной отработки систем и машины в целом.
Проектант должен следить, чтобы во всех этих случаях сохранились (не ухудшились) основные параметры машины, не нарушились ее габариты и балансы по массе, энергозатратам, расходам топлива и временным расписаниям. Приходится, разумеется, по ходу работ проектантам вносить немало изменений в детали первоначального замысла.
Конструкторы согласно проекту ведут детальную разработку конструкции машины — силового корпуса, агрегатов, механизмов, установки приборов и т. п. Они же разрабатывают чертежную и текстовую техническую документацию, по которой на заводе ведется изготовление узлов, сборка и испытание машины.
Кроме того, в создании машины принимают непосредственное участие другие группы специалистов: проектанты систем управления, двигательных установок и управляющих органов, обеспечения жизнедеятельности, терморегулирования, радиооборудования, энергопитания, телеметрии и др. Важную роль в создании космического аппарата играют разработчики электрических схем, конструкторы приборов и агрегатов систем, а также создатели различного рода наземного оборудования, обеспечивающего полет.
Чуть позже одна из групп у Королева начала изучать возможность создания орбитального пилотируемого аппарата, причем крылатого. Но выяснилось, что сложности тут, связанные с аэродинамикой и теплозащитой, огромные.
Ракетный полет по высотной или баллистической траектории технически несколько проще, чем орбитальный, но он мало что дает в плане изучения условий космического полета, поскольку длительность невесомости при вертикальном пуске 2–4 минуты, а при наклонном не более 10–15 минут. В то время как даже один виток по орбите — это полтора часа невесомости. Затраты же времени и средств на проектирование и разработки, как и трудности осуществления, для баллистического и орбитального вариантов соизмеримы.
Американцы в своем проекте пилотируемого корабля «Меркурий» не обошли этап полета по баллистической кривой. Прежде чем запустить космонавта на орбиту, они дважды уже после полета Юрия Гагарина — 5 мая и 21 июля 1961 года — осуществили такие полеты (они их называли суборбитальными).
Состояние невесомости длилось около 10 минут, и никаких исследований на борту космонавты практически осуществить не смогли. Это были чисто испытательные полеты. Вполне возможно, что эти полеты были вызваны неготовностью в 1961 году орбитального носителя «Атлас» и осуществлялись они с помощью маломощной ракеты «Редстоун».
— Проработкой задачи о баллистическом полете человека занимался в отделе Тихонравова сектор, возглавляемый конструктором Николаем Потаповичем Беловым. К нему я и попал. Белов предложил мне сначала заняться вопросами устойчивости аппарата для полета по баллистической траектории на участке спуска, при входе в плотные слои атмосферы. Я с удовольствием принялся за эту задачу. Удалось показать, что при входе в атмосферу колебания аппарата вокруг центра масс будут затухать: демпфирование происходит за счет скоростного напора. Это решение оказалось полезным и потом, для работ по «Востоку». На это ушла зима 1957/58 года. Одновременно я начал собирать группу для проектирования орбитального корабля. Тихонравов и Белов мне очень помогли, и вскоре в группе стало человек 15 молодых инженеров. Мысль о работе над орбитальным космическим кораблем и сидела в голове у многих. Думал о таком аппарате и Сергей Павлович. И когда пришло время заняться этим всерьез, кому-нибудь поручили бы за это взяться. Поручили нам, и мне в частности.
— С каким энтузиазмом вы приступили к этому делу, я представляю, — ведь вы мечтали о нем давно. Но было, наверное, немало скептиков, сомневавшихся в реальности поставленной в то время задачи.
— Были не только скептики, но и противники, утверждавшие, что бороться за пилотируемый спутник преждевременно и что надо идти по пути создания «автоматов» различного назначения и размера, набираться таким образом опыта. При этом имелись в виду не только объективные трудности, но и возможность реализовать замысел силами нашего КБ. Некоторые предлагали сначала создать крупный, на несколько тонн автоматический спутник. Другие считали, что отработку возвращения на Землю нужно начинать с небольших автоматических аппаратов.
Так поступили американцы, впервые возвратившие на Землю маленькие капсулы своих спутников «Дискаверер». Шли к этому они около полутора лет и добились успеха едва ли не с десятой попытки. Дело это действительно было непростое и, кстати, для малых аппаратов не менее сложное, чем для больших. Но для автоматов проблем, конечно, намного меньше, чем для пилотируемых кораблей.
Прежде всего нужно было хорошо — реалистично и перспективно — поставить задачу на проектирование. И задача была сформулирована так: создать пилотируемый спутник, который после выведения на околоземную орбиту мог бы совершить по ней полет от одного витка до нескольких суток и возвратиться на Землю. На борту должен быть человек, с тем чтобы провести исследование его самочувствия и работоспособности в условиях космического полета, а также некоторые научные наблюдения и эксперименты.
В основе осуществления такого полета лежало достижение высокой надежности ракеты-носителя (это дело ракетчиков), конструкции корабля, системы управления, обеспечения жизнедеятельности космонавтов, спуска и других. Самой трудной и ответственной задачей было обеспечение возвращения космонавта на Землю.
В те годы, о которых мы сейчас ведем речь, многие специалисты даже в авиации практически не представляли, как можно решить эту задачу: затормозить и спустить с орбиты аппарат, движущийся со скоростью 8 километров в секунду (29 тыс. километров в час, 25 скоростей звука!), чтобы он не сгорел при входе в плотные слои атмосферы. Из газовой динамики было очевидно, что у лобовой части аппарата должна возникнуть плазма с температурой 6—10 тысяч градусов. Как отвести тепло, чтобы космонавт не «изжарился», — вот был вопрос вопросов, и в реальность решения этой задачи в ближайшие годы кое-кто тогда просто не верил.
А между тем в это время (во второй половине 50-х годов) уже были найдены методы расчета теплозащиты возвращающихся с орбиты объектов и показано, что создание ее вполне реально с конструктивной точки зрения. Это был результат исследований, проведенных академиками М. В. Келдышем, Г. И. Петровым, В. С. Авдуевским (тогда молодым доктором наук) и другими учеными. Специалисты нашли также оптимальный материал для теплозащитного покрытия: им оказался тогда хорошо известный асботекстолит. Он обладает свойством, поглощая огромные количества тепла, не плавиться, а испаряться в потоке набегающего воздуха. Не очень легкий материал, но достаточно эффективный. Однако создать конструкцию теплозащиты только полдела. Нужно найти такую компоновку аппарата, чтобы масса теплозащиты оказалась минимальной.
Но прежде всего нужно было решить другую принципиальную задачу — выбрать способ возвращения корабля. Вариантов имелось несколько. О крыльях мы уже говорили. Был еще вариант торможения и посадки с помощью авторотирующих винтов, подобных вертолетным. Эта схема одно время очень нравилась Сергею Павловичу. Но расчеты показали, что эффективной работы от них добиться трудно.
В марте — апреле 1958 года сделали окончательный выбор: спуск должен быть баллистическим, без подъемной силы, с парашютной системой посадки. Анализ и расчеты показали, что этот способ наиболее прост.
Следующий шаг — выбор формы корабля, вернее, возвращаемой его части. Казалось бы, естественно возвращать на Землю весь корабль. Но в этом случае масса тепловой защиты и парашютной системы, которая зависела от размеров и массы возвращаемого аппарата, получалась слишком большой. Нельзя допустить, чтобы теплозащита «съела» все запасы массы, необходимые для различного оборудования, обеспечения жизнедеятельности, топлива для ориентации и посадки. Значит, размеры возвращаемой части космического корабля нужно свести к минимуму.
Так возникло понятие спускаемого аппарата. А что оставалось вне его? На долю отсека, названного приборно-агрегатным, приходилось все то, без чего мог жить космонавт и можно было обойтись в течение получаса спуска корабля с орбиты: тормозная двигательная установка с топливными баками, система управления, радиооборудование, телеметрия и пр.
Если приборный отсек мог иметь любую форму, которая вписывалась бы в габариты обтекателя ракеты, то спускаемый аппарат мог иметь конфигурацию только вполне определенную. Условия такие: достаточный объем, хорошая устойчивость на спуске и как можно меньший вес теплозащиты. При расчете траектории спуска, тепловых потоков, решении проблемы устойчивости надо было учесть аэродинамику на гиперзвуковых, околозвуковых и дозвуковых скоростях. Рассматривались различные конфигурации: конус с различными углами раскрыва и радиусами затупления, обратный конус, зонт, закругленные цилиндры и прочее.
Однажды мы стали анализировать полусферу, и вдруг пришла мысль: а почему, собственно, не взять сферу? И мы остановились на сфере.
— Это не было тривиальным?
— Теперь это вполне может показаться тривиальным решением, но, по моему мнению, тогда это здорово упрощало задачу и помогло нам выиграть время. Дело не только в том, что сфера дает минимальную поверхность, а значит, близкий к минимуму вес теплозащиты при заданном объеме. Любая другая форма спускаемого аппарата потребовала бы проведения множества аэродинамических исследований, создания специальных методов расчета. Сфера была продута и просчитана, как говорится, вдоль и поперек. Все разгрызено и разжевано. Да и сами расчеты ее намного проще. Возьмите заостренное тело — в гиперзвуковом потоке надо считать косые скачки уплотнения, а на тупое тело, каким является сфера, садится прямой скачок, ударная волна отходит от тела, а за ней, то есть на поверхности тела, — дозвуковое обтекание. Все сравнительно просто.
Могло показаться, что точность посадки будет невысокой, а это было бы чревато опасностью потери спускаемого аппарата. Но расчеты убедили: точность получается в пределах допустимого — плюс-минус 300 километров. Учитывая равнинные пространства нашей страны, это не грозило какими-нибудь случайностями при посадке.
Другой вопрос: не окажутся ли при баллистическом спуске слишком высокими перегрузки, допустимы ли они для человека. Но и здесь расчеты показывали, что при входе в атмосферу под углом 5–6 градусов перегрузки будут не более 9—10, причем продолжительность таковых перегрузок не более минуты. Согласно экспериментальным исследованиям авиационных медиков, проведенным еще в 40-х годах, такие перегрузки для тренированных людей считались вполне переносимыми. Конечно, чтобы не превысить допустимые значения, нужно было гарантировать необходимый угол входа аппарата в атмосферу. Но и это оказалось вполне достижимым, хотя систему ориентации аппарата перед включением двигателя на торможение предстояло еще создать.
Очень важно было исследовать динамику движения спускаемого аппарата. Вроде бы на первый взгляд сфера в полете должна кувыркаться. Но устойчивость ее обеспечивалась простым образом. При хотя бы небольшом смещении центра тяжести относительно геометрического центра сфера легко стабилизируется в потоке воздуха.
В апреле 1958 года мы нашли это решение, в мае провели все расчеты и проектную проработку основных проблем аппарата.
— По-прежнему это была работа только вашего отдела?
— До лета так оно и было. Ведь прежде чем представлять Главному конструктору на рассмотрение какие-то проработки, проектанты должны все внимательно проверить, просчитать, и на этом этапе нам предоставляется определенная самостоятельность и свобода. Окончательное решение принималось только Королевым после обсуждения. Но вот однажды, в начале июня, приходит утром в отдел Тихонравов и говорит, что он договорился с Сергеем Павловичем о нашем ему докладе. Я тут же собрал все наброски и расчеты, и мы отправились. Наш отдел тогда размещался в большом зале здания, примыкающего вплотную к заводским цехам. В первые годы после своего создания в этом зале располагалась основная часть КБ Королева. И здесь я когда-то проходил стажировку. Забавно было: мы понимали, что «география» ничего не определяет, но все же чувствовали себя в связи с этим прямыми продолжателями того дела, которое здесь когда-то зарождалось. А теперь трехэтажное основное здание КБ находилось почти в пяти минутах ходьбы от нас. Мы шли с Михаилом Клавдиевичем и пытались спрогнозировать реакцию Главного на наши эскизы.
— А почему прямо к Сергею Павловичу, разве у него не было заместителя?
— Был, конечно. Константин Давыдович Бушуев. Но он тогда был в отпуске, чему мы тихонечко радовались, поскольку он скептически относился к нашим расчетам теплозащиты и требовал более детальной проработки, что в конечном счете нам и пришлось сделать, но наши расчеты подтвердились. А тогда мы были уверены, что все ясно и надо двигаться дальше.
— Факт того вашего доклада представляется очень интересным для истории. И потому хотелось бы услышать подробнее об обстановке, в которой он прошел.
— Помню приемную Сергея Павловича со старинными напольными часами. Качался маятник, и стрелки показывали около 10 часов. Вошли в кабинет. Это была довольно просторная комната с тремя окнами. В дальнем углу стоял письменный стол Королева, тоже старинный, на лапах. Вещей и книг на столе, как и в кабинете, было очень мало. У стены напротив окна — длинный стол, крытый зеленым сукном, во всю стену шкафы. Помню, что день был очень ясный. А может, так мне кажется теперь, потому что потом в этом кабинете мне большей частью доводилось быть вечерами или, по крайней мере, в предвечерние сумерки. Сергей Павлович встал из-за стола, подошел к нам, пожал руки. Встали мы втроем возле стола, расстелил я свои листы ватмана и миллиметровки на сукне (грузов никаких не нашлось, и Сергей Павлович и Михаил Клавдиевич придерживали листы руками) и стал излагать. Это был мой первый доклад Королеву. — А что было на листах?
— Диаграммы с изменением различных параметров траектории спуска во времени — перегрузки, скоростной напор, тепловые потоки. Наброски компоновок корабля — разрезы основных отсеков: где кресло, где приборные панели, основные блоки оборудования, люки и иллюминаторы. На других листах — варианты компоновки и результаты расчетов теплозащиты. Я докладываю, а Тихонравов время от времени реплики подает. Вот тут-то Королев и увидел главное в нашем проекте — сферу спускаемого аппарата. Неожиданно он вдруг с удовольствием стал потирать руки и приговаривать: «О, шар! Очень хорошо! Ведь это очень знакомое дело!». Докладывал я около получаса, в конце представил наши выводы, но где-то в середине уже почувствовал: Сергей Павлович явно одобрял нашу работу. Потом уселись за стол и стали обмениваться мнениями по частным вопросам. Подводя итоги, Королев сформулировал главный вывод: сделать пилотируемый спутник можно. Но сразу же потребовал: все основные проблемы нужно немедленно обсудить со специалистами — аэродинамиками, тепловиками, конструкторами, производственниками. А нам нужно поскорее готовить отчет. С этого момента Королев поверил в нашу группу, и нам была дана зеленая улица. Отчет потребовал сделать за два месяца, и мы почти уложились в заданный срок, предстазив его в конце августа.
— Надо полагать, сомнения коллег теперь отпали?
— Не совсем. Некоторые думали, что нам не удастся уложиться в заданный вес, другие считали, что неправильно выбрана форма спускаемого аппарата, третьи сомневались в возможности обеспечить надежную теплозащиту.
— В любом рассказе о создании новых машин, тем более летающих, всегда отчетливо звучит тема веса. В космической технике она приобретает характер, очевидно, решающий. Ведь каждый килограмм на орбите — это десятки килограммов начального веса ракеты на старте. Какими возможностями по весу вы располагали?
— В пятьдесят девятом году на ракете, которая вывела на орбиту первые три спутника Земли, была установлена третья ступень с ЖРД, созданным нашим КБ совместно с коллективом, который возглавлял С. А. Косберг. Это позволило повысить вес полезного груза, выводимого на околоземную орбиту, с 1,3 тонны до 4,5 тонны (эта же трехступенчатая ракета выводила на межпланетные траектории наши первые «лунники» весом до 300 килограммов). Третья ступень представляла новый шаг в развитии нашей ракетной техники — двигатель ее запускался не на Земле, а в верхних слоях атмосферы. Работы над установкой третьей ступени были начаты еще в 1958 году. Поэтому мы, естественно, знали, что нам может дать новая ракета-носитель, и с самого начала ориентировались на ее возможности.
— Четыре с половиной тонны — это может показаться очень много.
— Не так уж мало, но и не слишком много, если учесть, что мы работали над принципиально новой конструкцией. К тому же в то время радиоэлектронная промышленность, да и другие отрасли, еще не располагала специальным малогабаритным и легким оборудованием, на которое мы можем рассчитывать сейчас. Чаще всего мы должны были брать те приборы и агрегаты, которые уже имелись в наличии, исходя более из их функций, параметров и надежности, чем из веса. Другого выхода не было: иначе создание корабля значительно усложнялось и затягивалось. Вот почему проблема веса была всегда и по-прежнему остается очень острой…
Трудности были на каждом шагу. И споры тоже. Аэродинамики и теплообменщики подвергли наш шарик резкой критике. Раньше они доказывали, что это не самая оптимальная форма, и предлагали взять конус. Теперь стали доказывать также — и не без успеха, — что мы ошиблись в расчете толщины слоя теплозащитного материала. По нашим расчетам (в группе этой задачей занимался К. С. Шустин), толщина получалась 50 миллиметров. Нам же доказывали, что ее надо увеличить в четыре раза против расчетных. На двойное увеличение мы шли сами. Но не вчетверо же!
— Это было очень важно — отспорить свою толщину?
— Да, важно, потому что это опять же вес. И следовательно, летят к черту все наши расчеты по оборудованию. Сергей Павлович встал тогда на их сторону. И нам пришлось временно согласиться на увеличение толщины.
После многократных обсуждений в ноябре проект был представлен Королевым на Совет главных. Совет должен был принять решение об основном направлении работ на ближайшие годы. Слушались три доклада: Е. Ф. Рязанова о проекте автоматического спутника, Н. П. Белова о проекте аппарата для полета человека по баллистической траектории и К. П. Феоктистова о проекте пилотируемого орбитального аппарата. Сергей Павлович уже принял, конечно, решение, но в целях объективности представил на обсуждение все три варианта. Поначалу он внешне занимал нейтральную позицию, но после обстоятельного обмена мнениями высказал свою точку зрения — надо создавать только орбитальный корабль. Совет главных принял решение о начале опытно-конструкторских работ по этому проекту. С этого момента Сергей Павлович еще внимательнее следил за нашей работой. Всюду и везде он теперь твердо и энергично отстаивал ее. Это стало его делом. С этого же момента он начал подключать к ней другие подразделения КБ, привлекать сторонних специалистов и организации. И мы, проектанты, теперь выполняли его волю.
— Проектант… Это слово я впервые услышал от вас, Константин Петрович. Привычным было слово «проектировщик» или «конструктор». Мне когда-то доводилось работать над проектами машин, но назывался я конструктором.
— У нас деление на проектантов и конструкторов было, как говорится, испокон веку. Проектанты занимаются машиной в целом: формулируют задачу, уточняют условия работы и накладываемые этими условиями ограничения (по массе, габаритам, времени работы и т. д.), ищутпринципиальные решения частных задач, выбирают оптимальные параметры машины, прорабатывают различные варианты компоновочной схемы и делают из них выбор, проводят основные расчеты (как правило, в первом приближении), намечают состав оборудования и подбирают его комплект из уже существующего (если того или иного оборудования «в природе нет», формулируют к нему требования для заказа в промышленности), разрабатывают программы и «логику» функционирования машины в целом и основных ее систем.
В итоге всех этих работ проект окончательно «завязывается», после чего разрабатываются исходные данные для последующих работ КБ ипроизводства.
Дальнейшая работа проектантов состоит в постоянном контроле и доработках, направленных на то, чтобы проект «не развязался», что может произойти приразличных вынужденных изменениях характеристик или состава оборудования, конструкторской разработке узлов, разработке технологии и в ходе экспериментальной отработки систем и машины в целом.
Проектант должен следить, чтобы во всех этих случаях сохранились (не ухудшились) основные параметры машины, не нарушились ее габариты и балансы по массе, энергозатратам, расходам топлива и временным расписаниям. Приходится, разумеется, по ходу работ проектантам вносить немало изменений в детали первоначального замысла.
Конструкторы согласно проекту ведут детальную разработку конструкции машины — силового корпуса, агрегатов, механизмов, установки приборов и т. п. Они же разрабатывают чертежную и текстовую техническую документацию, по которой на заводе ведется изготовление узлов, сборка и испытание машины.
Кроме того, в создании машины принимают непосредственное участие другие группы специалистов: проектанты систем управления, двигательных установок и управляющих органов, обеспечения жизнедеятельности, терморегулирования, радиооборудования, энергопитания, телеметрии и др. Важную роль в создании космического аппарата играют разработчики электрических схем, конструкторы приборов и агрегатов систем, а также создатели различного рода наземного оборудования, обеспечивающего полет.