В апреле 1964 года, когда работа над «Восходом» была в самом разгаре, в ОКБ-1 возникла идея с помощью дополнительной шлюзовой камеры осуществить выход одного космонавта в открытый космос. И после успешного полета трехместного корабля «Восход» все силы ОКБ-1 были брошены на реализацию приоритетной цели – осуществить выход в открытый космос раньше, чем успеют это сделать американцы на «Gemini».

К проектированию корабля «3КД» подключился вернувшийся из космоса Константин Феоктистов. Изготовление и заводские испытания двух кораблей «3КД» (с манекенами и для пилотируемого полета) шли достаточно быстро. Однако уже в феврале 1965 года при проверках систем беспилотного корабля обнаружили отказ второго комплекта телеметрической системы «Трал». На доставку аппаратуры из Львова и замену потребовалось семь дней. Из-за этого дата запуска «Восхода-2» сместилась с 22 февраля на начало марта. Затем было принято решение перенести полет пилотируемого «Восхода» на вторую половину марта, так как на 13 марта намечался запуск станции к Луне, а готовить два аппарата одновременно не было возможности.

22 февраля 1965 года с 31-й площадки полигона стартовала ракета 11А57, которая вывела на орбиту беспилотный «технологический» образец корабля «3КД» № 1, получивший официальное название «Космос-57». Телевизионная картинка с изображением обреза внешнего люка была на удивление четкой. Казалось, все идет нормально, но после второго витка корабль… пропал. С него не поступал ни один сигнал, не шла информация по телеметрическим каналам. Средства противоракетной обороны корабль на орбите тоже не обнаружили. При расшифровке телеметрии выяснилось, что одну из команд управления шлюзом передали на борт одновременно с двух наземных пунктов управления. В результате их наложения в дешифраторе сформировалась команда на спуск. Включилась тормозная двигательная установка, и корабль пошел на посадку, а поскольку он спускался в незапланированном районе, то сработала система автоматического подрыва объекта. Тем не менее было признано, что в целом испытания прошли успешно.

Подготовку в группе, нацеленной на полет в «Восходе-2» (программа «Выход»), проходили четыре кандидата: Павел Иванович Беляев, Алексей Архипович Леонов, Евгений Васильевич Хрунов и Виктор Васильевич Горбатко. Из них в июле 1964 года и сформировали два экипажа: первый – Беляев и Леонов, второй – Горбатко и Хрунов. К этому времени тренажера корабля «3КД» еще не было. Виктор Горбатко вспоминал:

«Тренировки проводили прямо на летном корабле. Его делали, а мы одновременно готовились и проводили как бы испытания этого корабля. Мне запомнилось, что даже воздух в кабину подавался снаружи по шлангу. И вот шланг этот где-то перегнулся… Как я не задохнулся – не знаю… Не помню, закончил я тренировку или все-таки увидели, что я задыхаюсь. В общем, когда меня вытащили оттуда, я нагнулся – и из шлема прямо вода потекла. Вылилось много воды… Вы ведь знаете, что в скафандре вокруг шеи облегает резина. Я так вспотел, что там полно влаги накопилось».

Очень тяжелые тренировки состоялись в самолете-лаборатории «Ту-104» в декабре 1964 года, где во время кратковременной невесомости приходилось отрабатывать весь процесс входа и выхода из шлюза корабля, использование фала для перемещения и другие операции. Когда тренировки были в самом разгаре, произошло чрезвычайное происшествие. 22 декабря на электрокардиограмме у Виктора Горбатко проявились отрицательные зубцы, говорящие о серьезном нарушении работы сердца. В результате 25 декабря он прекратил подготовку и попал на углубленное обследование в госпиталь. После долгого изучения организма кандидата выяснилось, что во всем виноваты… гланды. После их удаления состояние нормализовалось, но время было упущено: место Горбатко во втором экипаже занял Дмитрий Алексеевич Заикин.

9 марта 1965 года экспедиция Центра подготовки космонавтов вместе с экипажами вылетела на полигон. 11 марта первый экипаж произвел «отсидку» в корабле. Второму экипажу поработать в нем не дали – не осталось времени.

13 марта прошли последние контрольные занятия с экипажем. Когда они закончились, Королев сказал: «Ну что ж, друзья, наверное, я в последний раз с вами на пуске. „Востоки“ и „Восходы“ слишком дорого мне обошлись…» Его слова оказались пророческими: пилотируемый запуск «Восхода-2» оказался для главного конструктора последним.

18 марта 1965 года космический корабль «3КД» № 4 вышел на орбиту. На его борту находились Павел Беляев и Алексей Леонов под позывными «Алмазы». Масса корабля была рекордной: 5682 кг – на 362 кг больше массы трехместного «Восхода». Рекордной оказалась и орбита: максимальная высота полета на первом витке составила 495 км.

Подготовка к выходу второго пилота корабля в открытый космос началась сразу после выведения, когда прошла команда на раскрытие двухметрового шлюза, который находился в сложенном состоянии под головным обтекателем ракеты. Когда «Восход-2» шел над Африкой в конце первого витка, Павел Беляев помог Алексею Леонову надеть наспинный ранец с запасом кислорода для дыхания. Леонов «вплыл» в шлюзовую камеру, где вторично проверил скафандр на герметичность при закрытых входном и выходном люках. К 11:28 по московскому времени давление в шлюзовой камере было снижено до нуля. Космонавт открыл люк и через пару минут вместе с кинокамерой «выплыл» в открытое космическое пространство на пятиметровом фале. При этом он увидел Черное море и горы Кавказа.

Установив кинокамеру на кронштейн на обрезе люка шлюзовой камеры и выбросив ее крышку в космос, держась за фал, Леонов сделал первый отход от корабля на минимальное расстояние – около метра, чтобы выяснить возможности ориентации в новых условиях. В этот момент Павел Беляев объявил на весь мир: «Внимание! Человек вышел в космическое пространство! Человек вышел в космическое пространство!». Изображение парящего на фоне планеты Алексея Леонова транслировалось по всем телеканалам. В последующих отходах космонавт удалялся от корабля на полную длину фала. Все движения в космосе он выполнял в той же последовательности, что и на тренировках: отходил от корабля спиной, а подходил головой вперед с вытянутыми руками, чтобы предупредить возможный удар о поверхность. В один из моментов, когда Леонов оттолкнулся от корабля, его закрутило: перед его глазами стали проплывать звезды, вид их сменялся видами земной поверхности и Солнца. Всего космонавт совершил пять отходов и подходов. «Плавая» в пространстве, он вел телефонные переговоры с Беляевым и наземными пунктами связи. Установленные в кабине корабля приборы позволяли командиру контролировать пульс, дыхание Леонова и работу системы жизнеобеспечения.

За пять минут до входа корабля в земную тень космонавт вместе с кинокамерой и бухтой фала начал вход в шлюзовую камеру через ее открытый люк. Следуя инструкции, он старался войти вперед ногами, но скафандр раздулся так, что не позволял этого сделать. Позднее Алексей Леонов рассказывал об этом так:

«Когда создавали корабль для выхода в открытый космос, то приходилось решать множество проблем, одна из которых была связана с размером люка. Чтобы крышка открывалась внутрь полностью, пришлось бы урезать ложемент. Тогда бы я в него не поместился в плечах. И я дал согласие на уменьшение диаметра люка. Таким образом, между скафандром и обрезом люка оставался зазор по 20 мм с каждого плеча.

На Земле мы проводили испытания в барокамере при вакууме, соответствующем высоте 60 км… В реальности, когда я вышел в открытый космос, получилось немного по-другому. Давление в скафандре – около 600 мм, а снаружи – 10 -9 ; такие условия на Земле смоделировать было невозможно. В космическом вакууме скафандр раздулся, не выдержали ни ребра жесткости, ни плотная ткань. Я, конечно, предполагал, что это случится, но не думал, что настолько сильно. Я затянул все ремни, но скафандр так раздулся, что руки вышли из перчаток, когда я брался за поручни, а ноги – из сапог. В таком состоянии я, разумеется, не мог втиснуться в люк шлюза. Возникла критическая ситуация, а советоваться с Землей было некогда. Пока бы я им доложил… пока бы они совещались… И кто бы взял на себя ответственность? Только Паша Беляев это видел, но ничем не мог помочь. И тут я, нарушая все инструкции и не сообщая на Землю, перехожу на давление 0,27 атмосфер. Это второй режим работы скафандра. Если бы к этому времени у меня не произошло вымывание азота из крови, то закипел бы азот – и все… гибель. Я прикинул, что уже час нахожусь под чистым кислородом и кипения быть не должно. После того, как я перешел на второй режим, все „село“ на свои места. На нервах сунул в шлюз кинокамеру и сам, нарушая инструкцию, пошел в шлюз не ногами, а головой вперед. Взявшись за леера, я протиснул себя вперед. Потом я закрыл внешний люк и начал разворачиваться, так как входить в корабль все равно нужно ногами. Иначе я бы не смог, ведь крышка, открывающаяся внутрь, съедала 30 % объема кабины. Поэтому мне пришлось разворачиваться… Вот здесь была самая большая нагрузка, у меня пульс дошел до 190. Мне все же удалось перевернуться и войти в корабль ногами, как положено, но у меня был такой тепловой удар, что я, нарушая инструкции и не проверив герметичность, открыл шлем, не закрыв за собой люк. Вытираю перчаткой глаза, а вытереть не удается, как будто на голову кто-то льет…

Но самое страшное было, когда я вернулся в корабль, – начало расти парциальное давление кислорода, которое дошло до 460 мм и продолжало расти. Это при норме 160 мм! Но ведь 460 мм – это гремучий газ, ведь Бондаренко сгорел на этом… Вначале мы в оцепенении сидели. Все понимали, но сделать почти ничего не могли: до конца убрали влажность, убрали температуру (стало 10–12°). А давление растет… Малейшая искра – и все превратилось бы в молекулярное состояние, и мы это понимали. Семь часов в таком состоянии, а потом заснули… видимо, от стресса. Потом мы разобрались, что я шлангом от скафандра задел за тумблер наддува… Что произошло фактически? Поскольку корабль был долгое время стабилизирован относительно Солнца, то, естественно, возникла деформация; ведь с одной стороны охлаждение до -140 °С, с другой нагрев до +150 °С… Датчики закрытия люка сработали, но осталась щель. Система регенерации начала нагнетать давление, и кислород стал расти, мы его не успевали потреблять… Общее давление достигло 920 мм. Эти несколько тонн давления придавили люк – и рост давления прекратился. Потом давление стало падать на глазах».

На этом неприятности экипажа «Восхода-2» не закончились. По программе полета корабль «Восход-2» после отстрела шлюзовой камеры на семнадцатом витке должен был совершить посадку 19 марта 1965 года в Кустанае с помощью автоматической системы управления. На шестнадцатом витке по командам с Земли была включена программа ориентации и спуска. На посадочном витке от «Востока-2» была отстрелена шлюзовая камера. Однако в результате подрыва детонирующего кабеля произошел удар по корпусу корабля, и тем самым корабль был «закручен» в двух плоскостях, что привело к выходу из строя системы ориентации корабля по Солнцу, а это в свою очередь создало невозможность включения в автоматическом режиме тормозной двигательной установки.

Готовясь к посадке, космонавты за пять минут до включения «ТДУ-1» обнаружили отклонение в работе систем. После короткого анализа обстановки Сергей Королев распорядился: «Вам разрешена ручная посадка на 18-м витке. Все будет хорошо! Мы вам верим!». Командир корабля Павел Беляев вручную выполнил ориентацию корабля «по-посадочному», после чего включил двигатель. Через 12 секунд после окончания работы «ТДУ-1» произошло отделение спускаемого аппарата от приборного отсека, начался полет по баллистической траектории.

Спускаемый аппарат приземлился в труднодоступном таежном массиве на территории Шемейного леспромхоза, в 66 км от районного центра Усолье и примерно в 12 км от населенного пункта Кургановка. Температура воздуха там была -25 °С. После приземления аппарат оказался зажатым между сосной и березой. Сначала под его тяжестью треснула береза, затем повалилась на бок и сосна. Люк, через который можно было выйти, оказался у ствола березы, и открыть его полностью поначалу не удавалось. После раскачивания изнутри крышка люка была сдвинута с опорных болтов и упала в глубокий снег.

Экипаж самолета «Ан-2», выполнявший грузоперелет по маршруту Чермоз – Соликамск, получил от диспетчера аэропорта примерные координаты нахождения космонавтов и указание на определение точных координат в квадрате между Косинским и Соликамским районами. После 40-минутного облета указанной территории на высоте двухсот метров второй пилот самолета «Ан-2» Анатолий Иванович Парасенко обнаружил большой купол парашюта, черный шар на белоснежном фоне и космонавтов около него. Жестами они показывали на одежду: им предстояло ночевать в лесу при низкой температуре в скафандрах, которые совершенно для этого не подходили. Летчики сняли свою верхнюю одежду, скрутили ее в узел и сбросили космонавтам, но она, видимо, застряла на деревьях. Экипаж «Ан-2» сообщил диспетчеру точные координаты приземления космонавтов в Усольском районе.

Хотя до конца светового дня оставалось менее двух часов, к месту посадки вылетел вертолет местных авиалиний «Ми-1» с теплой одеждой и продуктами питания. Но космонавты не смогли ими воспользоваться: одежда опять оказалась на деревьях, а продукты упали в глубокий снег. Чтобы как-то утеплиться, космонавты содрали в корабле дедерон, нарезали ленты из парашютных строп, а затем, помогая друг другу, сняли до пояса скафандры, обернулись дедероном, привязав ткань лентами, а потом снова натянули на себя скафандры и с трудом залезли в корабль. Спать легли в креслах ложементов. Беляев заснул сразу, а Леонов подремывал. Руки у Алексея Архиповича закоченели, и он уже не мог шевелить пальцами, почти не чувствуя их. Забытые во время «переодевания» перчатки от скафандра остались внизу на припорошенном снегом шлеме, и ему пришлось выпрыгнуть из кабины корабля. Надев задубевшие на морозе перчатки, Леонов начал хлопать ими по бедрам, чтобы согреться. Тут ему пришла в голову оригинальная идея: он ухватился за парашютную стропу, подпрыгнул, потянул шелковистую ткань. Вскоре у его ног скопилась целая копна строп, в которые после подпрыгивания он завалился и уснул.

Рано утром космонавтов разбудил гул самолета: он кружил вокруг, чтобы отпугивать диких зверей. Эвакуацию осуществляли две группы спасателей: Сергей Королев принял решение срочно отправить на место своих четырех человек. Из аэропорта Большое Савино группа вылетела на вертолете в район приземления. Кроме того, из работников Шемейного и соседнего леспромхозов была сформирована лыжная поисково-спасательная группа под командованием главного лесничего. В девяти километрах от места приземления было найдено мелколесье, где спасатели вырубили деревья и подготовили площадку для посадки вертолета.

После его прилета на поиски космонавтов отправились пятеро, среди которых был будущий космонавт Владислав Николаевич Волков. До места спускаемого аппарата они добрались 20 марта, вызволив космонавтов из таежной глухомани. Так завершился один из самых экстремальных полетов в истории советской пилотируемой космонавтики.