ГЛАВА IV
Гонка начинается
Ни один из описанных в предыдущих главах проектов: ни «фантастические» проекты XIX века, ни «наивные» начала XX века, ни «масштабные» фонбрауновские, – никогда так и не были реализованы. Причин тому множество: и технического, и экономического, и политического характера. Но самое главное – человек тогда еще не был морально готов вырваться на бескрайние просторы космоса. Хотя и подошел к этой идее вплотную.
Моральное «дозревание» человечества произошло где-то в середине 1950 годов, когда стало ясно, что разрабатываемая в тот момент ракетная техника уже в ближайшие годы позволит доставить человека в космос. Тогда-то и начались первые проработки этого вопроса. Сначала на теоретическом уровне (ну что тут поделаешь, если за сотни предыдущих лет человечество уже привыкло теоретизировать на эту тему), а потом и в практическом аспекте.
В те годы лишь две державы имели возможности заниматься созданием пилотируемых космических систем – СССР и США. Поэтому и неудивительно, что первые разработки, имевшие реальные шансы на успех, появились у нас и американцев. Эти две страны и стали основными конкурентами в области пилотируемой космонавтики. Надо отметить, что борьба между сверхдержавами за первого человека в космосе началась еще до того, как завершилось соревнование за первый спутник.
Так как до самого последнего момента, до запуска 12 апреля 1961 года корабля «Восток», не было никакой ясности с будущим победителем этой гонки, дальнейшее повествование я буду вести, рассказывая о событиях по обе стороны Атлантического океана. Такое сравнение позволит понять и осознать, почему в этом соревновании победил Советский Союз, а не Соединенные Штаты, которые были далеко впереди нас в экономическом и техническом плане, но оказались в итоге позади нас.
В нашей стране разработка космического аппарата (термин «космический корабль» появился позднее), предназначенного для полета человека в космос, началась в 9 отделе ОКБ-1 в начале 1957 года. То есть еще до запуска первого спутника. Работы по проектированию пилотируемых кораблей Королев поручил одному из авторов проекта ракеты ВР-190, о которой я рассказывал в предыдущей главе, Михаилу Тихонравову, перешедшему из НИИ-4 в ОКБ-1.
Так как задача полета человека в космос виделась относительно далекой перспективой – на первом плане тогда стояло создание межконтинентальной баллистической ракеты – то и сил на эту работу было выделено совсем немного. Это было даже не эскизное проектирование, а просто наброски различных вариантов космических аппаратов, которые когда-нибудь будут «бороздить просторы Вселенной».
В тот момент конструкторы не были связаны жесткими массогабаритными ограничениями, поэтому могли немного «пофантазировать». Но в разумных пределах, так как прекрасно знали «предельные» возможности тех ракет, которые должны были появиться в ближайшие годы и которые должны были стать носителями этих аппаратов.
Сразу скажу, что от рассмотрения варианта совершения суборбитального полета отказались сразу. У Королева «прыжок человека в космос» всегда вызывал отторжение. Он не считал его полноценным космическим полетом. Поэтому и рассматривать такой полет, неважно, как промежуточный шаг или как возможность «застолбить» первенство, он не собирался. Побеждать, так «с явным преимуществом». Именно на это Королев и нацеливал своих сотрудников.
А среди вариантов, которые тогда были рассмотрены, можно отметить два. Первый представлял собой спутник с человеком на борту, оснащенный системами жизнеобеспечения, управления, навигации, связи, двигательной установкой для маневрирования в космосе и научными приборами.
Второй вариант был намного «сложнее». В космос предполагалось вывести аппарат, напоминающий обыкновенный самолет и своим внешним видом, и компоновкой бортовых систем. С точки зрения конструкторов, он больше подходил для возвращения с орбиты, так как позволял использовать земную атмосферу для торможения и маневрирования. Да и посадку мог осуществить практически на любой аэродром. И управлять им мог, в идеале, конечно, любой квалифицированный летчик.
Рассматривалось и множество других «промежуточных» вариантов. Например, различные формы возвращаемого аппарата. Про различия в компоновке бортового оборудования можно и не говорить. Это было само собой разумеющимся.
Во всех вариантах: и «основных», и «промежуточных» – масса космических аппаратов составляла от четырех до пяти тонн. Однако если в варианте спутника возвращаемая масса составляла около полутора тонн, то в варианте «самолетика» она достигала четырех тонн.
Сроки осуществления всех этих проектов назывались около двух лет – чуть меньше для спутника, чуть больше для крылатой конструкции. Причем за начальную точку отсчета бралось начало полномасштабных работ над кораблем. При этом считалось, что ракета, способная доставить пилотируемый аппарат в космос, уже есть. Хотя на деле ее еще не было.
Дальше «просмотра» различных вариантов будущих пилотируемых космических аппаратов в ОКБ-1 тогда дело не пошло, лишний раз подтверждая, что «всему свое время». Хотя и было ясно, что это время наступит очень и очень скоро.
И оно наступило. И наступило гораздо быстрее, чем это виделось в самом начале работ. Уже 15 февраля 1958 года (к тому времени уже были запущены два первых искусственных спутника Земли) Королев поставил перед своими сотрудниками конкретную задачу: разработка пилотируемого орбитального корабля. Главным проектантом был назначен Константин Петрович Феоктистов, ставший впоследствии летчиком-космонавтом.
Тут необходимо отметить, что работа над пилотируемым кораблем для ОКБ-1 была не главной. В тот момент важнее было «удовлетворить» военных, стремившихся получить в свое распоряжение спутник-фоторазведчик. И именно на эту работу, а не на амбициозные проекты «мирного» характера, они выделяли деньги. Поэтому Королев и поставил перед своими сотрудниками задачу максимальной унификации этих двух аппаратов: будущего пилотируемого корабля и будущего разведывательного спутника.
Летом 1958 года предварительные работы по кораблю были закончены и утверждены Главным конструктором. Королев тут же направил свои предложения по созданию пилотируемого корабля и беспилотного спутника-разведчика в правительство. Не дожидаясь официального одобрения проекта, в ОКБ-1 сразу же начали разработку конструкторской документации и выдали технические задания в смежные организации.
С этого момента оба аппарата стали проходить под одним названием, но с разными цифровыми обозначениями: фоторазведчик назывался «Восток-2» (объект 2К), а пилотируемый корабль – «Восток-3» (заводской индекс 3К). Тем самым демонстрировалось, что военные задачи в те годы стояли на первом месте. Ну а полет в космос человека – это так, «от нечего делать». Правда, после полета Юрия Гагарина фоторазведчик получил другое наименование «Зенит-2», под которым и вошел в историю. А название «Восток-1» было дано упрощенному космическому аппарату, предназначавшемуся для отработки систем.
Различие в целевом назначении пилотируемого корабля и беспилотного спутника предопределило и их отличия. Внешне они были похожи, если не как близнецы, то как родные братья. Но внутреннее устройство, естественно, было для каждого свое.
О разведывательном «Востоке» я не буду ничего говорить, при рассказе о подготовке полета человека в космос это не самое интересное. А вот его пилотируемого собрата опишу подробнее.
Корабль «Восток-3» должен был состоять из двух отсеков: спускаемого аппарата и приборного отсека с тормозной двигательной установкой.
Герметичный спускаемый аппарат, который одновременно был и кабиной пилота, имел почти сферическую форму. Снаружи он покрывался теплоизоляцией из асбестовой ткани, пропитанной бакелитовой смолой. Масса спускаемого аппарата составляла 2,4 тонны.
В спускаемом аппарате были установлены бортовые системы, которые требовались при совершении пилотируемого полета: система жизнеобеспечения, системы ориентации, связи и так далее.
Космонавт в течение всего полета должен был находиться в скафандре СК-1, подключенном к бортовой системе жизнеобеспечения. При внезапной разгерметизации корабля скафандр поддерживал жизнедеятельность космонавта в течение четырех часов. Также он позволял катапультироваться из кабины на высоте 10 километров.
Приборный отсек массой 2,3 тонны представлял собой два соединенных основаниями усеченных конуса. В нем размещалась аппаратура, обеспечивающая функционирование бортовых систем во время орбитального полета.
На приборном отсеке устанавливались тормозные двигатели, обеспечивавшие сход корабля с орбиты и его последующий вход в атмосферу. Тормозная установка была в одном экземпляре, без дублирования. Если бы она отказала, то корабль мог вернуться на Землю за счет естественного торможения об атмосферу. Для этого корабль выводился на низкую орбиту, чтобы возвращение могло произойти еще до того, как будут исчерпаны ресурсы системы жизнеобеспечения.
Технологический корабль «Восток-1», предтеча пилотируемого аппарата, отличался от «Востока-3» тем, что на его борту шла параллельная отработка и систем пилотируемого корабля, и фоторазведывательного оборудования. На первых экземплярах ряд систем либо вообще не устанавливался, либо устанавливался в упрощенном варианте.
Эскизный проект корабля «Восток-1» был утвержден 26 апреля 1960 года. Но одновременно, что было характерно для того времени, шло и его производство. Упрощенный вариант уже существовал в «железе» и был практически готов к летно-конструкторским испытаниям. Вскоре они начались.
Но об этом немного позже, в одной из последующих глав, а пока посмотрим, как шли дела у наших конкурентов, у американцев. Они жаждали «рассчитаться» с нами за первый спутник, и первый полет человека в космос как нельзя более подходил для этого.
В США первая реальная программа (я подчеркиваю, реальная, а не гипотетическая) осуществления пилотируемого полета – «Проект «Адам» – была сформулирована Вернером фон Брауном осенью 1957 года. Она представляла собой двухлетний план работ по подготовке суборбитального полета человека, который должен был состояться до конца 1960 года. В качестве носителя предполагалось использовать модернизированную баллистическую ракету «Редстоун». В головной части ракеты предлагалось разместить герметичную гондолу от стратостатов, которые использовались военно-воздушными силами для высотных исследований.
Согласно расчетам фон Брауна, «Редстоун» должна была вывести капсулу с человеком на высоту около 240 километров. После этого происходило разделение космического аппарата и носителя, и кабина не менее 8 минут должна была двигаться к Земле по баллистической траектории. На высоте чуть больше 10 километров в действие должна была вступить парашютная система, которая обеспечивала бы приводнение капсулы с человеком на борту.
В ходе такого суборбитального полета планировалось изучить жизнедеятельность человеческого организма в условиях невесомости и при перегрузках, проверить работоспособность систем управления и связи, выработать критерии конструирования обитаемых аппаратов для будущих космических полетов. Кроме того, как отмечал фон Браун в своей докладной записке, запуски по проекту «Адам» позволят утвердить факт технического превосходства США в глазах мировой общественности.
На подготовку и осуществление первого суборбитального запуска Управление баллистических ракет Армии США просило выделить 11,5 миллионов долларов. Смехотворная сумма по сравнению с теми затратами, которые в настоящее время требуются создателям космической техники. Но и этих мизерных денег в 1957 году американские конгрессмены не дали, посчитав предложение фон Брауна «пустой и ненужной затеей».
История проекта «Адам» оказалась очень короткой. Летом 1958 года проект был рассмотрен правительственными чиновниками, которые его отклонили. Основным аргументом при этом стал факт учреждения нового агентства – Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА), которому предстояло сосредоточить в своих руках все космические программы. В том числе и программу пилотируемых полетов.
Проект «Адам» был не единственным вариантом осуществления пилотируемого полета, который появился на свет после начала гонки за лидерство в космосе. Помимо фон Брауна, со своими предложениями об отправке человека в космос выступили и американский флот, и ВВС США. Проект последних – «Человек в космосе за кратчайший срок» (Man in Space Soonest) или проект 7969 – был наиболее продуманным. И с организационной, и с технической точек зрения.
Первые работы по проекту 7969 начались в марте 1958 года, когда на большой конференции, организованной Штабом ВВС в центральном офисе Управления баллистических систем в Лос-Анжелесе, были сформулированы основные характеристики будущей пилотируемой системы.
Тогда же была определена этапность освоения космоса человеком. Программа «Человек в космосе за кратчайший срок» была лишь первой фазой многолетних исследований. За ней должны были последовать следующие этапы: «Человек в космосе, продолжение» (Man in Space Sophisticated), «Исследование Луны» (Lunar Reconnaissance) и, наконец, «Высадка на Луну и возвращение» (Manned Lunar Landing and Return). Если взглянуть на эту грандиозную программу из сегодняшнего дня, то можно легко увидеть, что все ее основные положения были выполнены. Не в те сроки, как это виделось в 1958 году. Но американцам все это удалось.
Когда стало ясно с основным направлением работ, ВВС США объявили конкурс по созданию обитаемой капсулы для высотных исследований. Так как предполагалось проводить запуски с помощью ракеты «Атлас» с дополнительной ступенью, то основным требованием к этой разработке стало ограничение, чтобы будущий аппарат выдерживал перегрузки до 12 единиц, возникающие на участке запуска.
В рамках объявленного ВВС США конкурса было получено 11 технических предложений.
Одной из первых свой вариант пилотируемого корабля предложила компания «Локхид». Их обитаемая капсула представляла собой конус с диаметром в основании 2,7 метра, длиной 4,3 метра и массой 1400 килограммов. Согласно расчетам, ракета-носитель должна была выводить капсулу на высоту в 480 километров. Сам орбитальный полет должен был продолжаться не более 5 часов. На реализацию своего предложения «Локхид» запросил 100 миллионов долларов. При этом первый полет человека в космос должен был состояться через два года после начала финансирования.
Другое предложение поступило от компании «Мартин», которая предложила свой вариант обитаемой капсулы, а также предложила использовать в качестве носителя не «Атлас», а межконтинентальную баллистическую ракету «Титан». Это позволяло увеличить продолжительность полета до 24 часов. Правда, высота орбиты при этом несколько уменьшалась – до 240 километров. Капсула от «Мартина» должна была иметь диаметр в основании 2,4 метра, длину – 4,3 метра, массу – 1600 килограммов.
В отличие от корабля «Локхид», которым необходимо было управлять вручную, капсула «Мартин» должна была быть снабжена автоматической системой управления. Первый полет по варианту «Мартин» должен был состояться через 30 месяцев после утверждения проекта.
Схожую схему реализации задания ВВС предложила и компания «Аэронетроникс». В их варианте обитаемая капсула должна была иметь конусообразную форму с диаметром 2,1 метра в основании. Полный вес аппарата должен был составить 1150 килограммов. Пилот должен был находиться внутри герметичной сферы, «подвешенной» внутри капсулы. Сфера должна была вращаться, чтобы человеческое тело всегда было расположено вдоль продольной оси корабля. В случае отказа ракеты-носителя до выхода корабля на орбиту капсула с астронавтом могла быть отстрелена. Специалисты компании «Аэронетроникс» были очень сдержаны в своих оценках первого полета, поэтому отводили на всю разработку шесть лет.
Предложение компании «Гудиер» немного отличалось от описанных выше проектов. Их обитаемая капсула должна была иметь вид сферы диаметром 2,1 метра и массой 900 килограммов. Капсулу предполагалось снабдить задним хвостовым обтекателем. На реализацию проекта «Гудиер» запросила 100 миллионов долларов и два года.
Совсем простой вариант предложила компания «Конвайр». Их шарообразная капсула диаметром 1,6 метра и массой 450 килограммов должна была выводиться на орбиту высотой 270 километров. После выполнения задачи капсула должна была сводиться с орбиты под воздействием тормозного двигателя. Конструкторы «Конвайра» были убеждены, что за счет простоты конструкции аппарата их проект можно будет реализовать в течение года.
Весьма необычную космическую систему предложила использовать компания «Авко». Их проект предусматривал создание шарообразного орбитального корабля диаметром 2,1 метра и массой 680 килограммов. Вместо тормозного двигателя аппарат планировалось снабдить уникальным парашютом из тончайших листов нержавеющей стали. Маневрирование на орбите и сход с нее должен был осуществляться при помощи пневматических микродвигателей, работающих на сжатом воздухе. При нормальном ходе полета капсула с астронавтом должна была приземлиться на территории штата Канзас, на выделенной территории размером 650 на 300 километров.
Компания «Макдоннелл» предложила использовать в рамках проекта 7969 капсулу диаметром 2,1 метра и весом 1090 килограммов. По внешнему виду она напоминает ту, которая использовалась и используется сегодня в российских космических кораблях типа «Союз». Запустить ее планировалось с помощью ракеты «Атлас», но с дополнительной ступенью, созданной на базе ракеты морского базирования «Поларис». Это позволило бы доставить аппарат на высоту 180 километров. Но время пребывания астронавта в космосе при этом составило бы всего 90 минут. Маневрирование на высоте должно было осуществляться пилотом вручную. «Макдоннелл» бралась реализовать проект за два года.
В ряде предложений, вместо схемы баллистического запуска, рассматривались варианты использования «орбитального самолета».
Так, компания «Норт Америкен» предложила в качестве пилотируемого спутника Земли свой ракетоплан Х-15.
Нечто похожее на Х-15 предложила и компания «Нортроп». От варианта «Норт Америкен» этот ракетоплан отличался лишь линейными размерами.
Свой вариант «орбитального самолета» предложили специалисты компании «Белл». Но проект был сформулирован в самом общем виде, так как инженеры «Белл» рассчитывали лишь пробудить интерес к этой проблеме со стороны американских военных. По их расчетам, создать первый настоящий орбитальный самолет можно было бы за пять лет при финансировании в 889 миллионов долларов. Впоследствии прикидки специалистов «Белла» легли в основу программы создания ракетоплана «Дайна-Сор».
Наиболее оригинальное предложение по «орбитальным самолетам» поступило от компании «Рипаблик». Их ракетоплан носил имя «Ферри след» по имени главного конструктора Антонио Ферри. Он представлял собой треугольный в плане аппарат массой 1800 килограммов. По его периметру крепилась труба диаметром 60 сантиметров, служившая одновременно обтекателем и топливным баком для жидкостного ракетного двигателя. Кроме основного двигателя на «Ферри» должны были устанавливаться две твердотопливные ракеты. Пилот находился в маленьком отсеке ближе к носу аппарата. Полет продолжительностью 10 суток завершался сходом с орбиты и планированием в атмосфере с постепенным снижением скорости. Когда скорость «Ферри» становилась ниже скорости звука, пилот должен был катапультироваться и приземлиться на парашюте. Инженеры компании «Рипаблик» полагали, что смогут запустить свой аппарат с пилотом на борту через 21 месяц после начала работ.
Пока специалисты ВВС занимались изучением полученных предложений, на «космической арене» появилось специализированное агентство – Национальное управление США по аэронавтике и космическим исследованиям (НАСА), которому и было поручено заняться реализацией программы подготовки первого полета человека в космос, получившей впоследствии название «Меркурий».
Свои требования к космического аппарату, предназначенному для полета человека в космос, НАСА сформулировало 17 ноября 1958 года. Одним из немаловажных условий при этом была возможность использовать капсулу и при суборбитальных полетах, и в орбитальном полете. Американцы упорно шли по пути, когда проникновение в космос было двухступенчатым. То есть шли тем маршрутом, от которого отказались Королев и его соратники.
В ходе объявленного конкурса наибольшую поддержку получило предложение компании «Макдонелл». С ней и был подписан контракт на разработку и изготовление 12 летных экземпляров.
Основатель фирмы Джеймс Макдонелл лично курировал разработку. Для его специалистов проводимая работа была естественным продолжением работ над реактивными истребителями. Поэтому уже 25 января 1960 года первый летный экземпляр корабля был сдан заказчику.
По большому счету «Меркурий» не был космическим кораблем. Впрочем, и «Восток» нельзя считать таковым. Ни один из них не мог маневрировать на орбите. И тот и другой были всего-навсего капсулами. Одна попроще, другая посложнее.
Американский корабль (все-таки я буду называть и «Меркурий», и «Восток» кораблями, чтобы самому не запутаться, да читателей не запутать) предназначался для того, чтобы в течение короткого времени (от десятков минут до полутора суток) обеспечить пребывание человека в условиях космического пространства. По форме она напоминала усеченный конус. Максимальный диаметр капсулы составлял 1,89 метра, высота – 2,92 метра (вместе с тормозной двигательной установкой и системой аварийного спасения – 7,91 метра). Масса капсулы – около 1,3 тонны.
Основание конуса закрывал теплозащитный экран: при баллистических полетах – бериллиевый, работающий на излучение, при орбитальных – абляционный, из стекловолокна и резины.
Оболочка капсулы имела внутреннюю герметичную и внешнюю теплозащитную обшивки, соединенные болтами. Сложный «пирог» оболочки мог «дышать» – сохранял форму и герметичность при нагреве и охлаждении.
По просьбе астронавтов, начиная со второго летного эземпляра в стенку кабины был вделан иллюминатор, позволявший видеть горизонт позади корабля во время орбитального полета.
Бортовое оборудование капсулы включало в себя систему жизнеобеспечения, систему стабилизации и ориентации, систему связи и тому подобное.
При выходе на орбиту капсула отсоединялась от носителя путем высвобождения зажимного кольца крепления и включения трех специальных твердотопливных двигателей.
Спуск на Землю происходил следующим образом. Торможение обеспечивал блок тормозных двигателей, закрепленных в центре лобового теплозащитного экрана. Двигатели включались с пятисекундным интервалом и работали по 10 секунд каждый. Далее двигательная установка сбрасывалась и капсула устремлялась к Земле.
После торможения в атмосфере, раскрывался тормозной парашют, а на высоте 3 километра – основной. После раскрытия парашюта теплозащитный экран отделялся и надувался посадочный амортизатор из прорезиненной ткани.
Сажать «Меркурии» предполагалось на воду.
И в заключении главы небольшая ремарка. Читатели, вероятно, заметили, что рассказ об американских разработках, особенно на этапе просмотра вариантов, получился более объемным, чем рассказ о работе советских специалистов. Не думайте, что этим я хочу поразить ваше воображение и что-то сказать в пользу американцев. Нет. Просто об отечественных пилотируемых вариантах известно гораздо меньше. И это огорчает. Хотелось бы знать детально, как эволюционировала советская инженерная мысль, как рождались черты того корабля, который теперь известен всему миру под наименованием «Восток». С исторической точки зрения это было бы интересно и поучительно.
На наше счастье Королев сумел увидеть среди представленных ему вариантов подготовки и осуществления полета человека в космос тот единственно верный, единственно «выигрышный», который и привел нас к победе на очередном этапе космического соревнования. Ошибись он тогда в приоритетах, и все могло бы сложиться иначе.
