Корабли на орбите

Идею искусственного спутника Земли обсуждали еще основоположники космонавтики, ведь она напрямую вырастала из книги Исаака Ньютона «Математические начала натуральной философии». Константин Циолковский предлагал запустить на круговую орбиту ракету с экипажем для того, чтобы сразу начать освоение космоса человеком. Немецкий ученый Герман Оберт считал, что рациональнее собрать из ступеней ракет-носителей большую орбитальную станцию, которая могла бы решать задачи военной разведки, морской навигации и трансляции сообщений. Советский теоретик Ари Штернфельд утверждал, что искусственный спутник будет использоваться прежде всего как перевалочная база для кораблей, летящих к Луне, Марсу и Венере.

Обсуждение более реальных проектов началось после того, как в октябре 1951 года Международный совет научных союзов при ЮНЕСКО принял решение об организации Международного геофизического года. Год приурочили к периоду максимума солнечной активности – он должен был начаться 1 июля 1957 года и закончиться 31 декабря 1958 года. О своем намерении отправить спутник на орбиту заявили американцы. Позднее к ним присоединились советские ученые.

Ракета Р-7 давала Сергею Павловичу Королеву возможность выводить рукотворные объекты в космическое пространство. И он собирался опередить американцев. Главный конструктор обратился за поддержкой к знакомым ученым. Академия наук с удовольствием включилась в обсуждение проекта. Так появился «Объект Д» – тяжелый спутник-лаборатория. Однако ученые никак не успевали разработать достаточно компактную и легкую аппаратуру. И Королев принял решение запустить вместо сложного спутника простейший.

ПС-1 (Простейший спутник первый) был сделан из алюминия и имел форму шара. Масса со всей аппаратурой составляла всего 84 килограмма. Четыре антенны монтировались на передней полуоболочке. Внутри гермоконтейнера находились два радиопередатчика, блок питания из трех батарей, дистанционный переключатель и другое вспомогательное оборудование.

Сергей Королев поторапливал создателей ПС-1. Он предвидел, что его запуск произведет впечатление на весь мир. Старт назначили на 6 октября 1957 года, но Королев потребовал произвести его на двое суток раньше. Причиной тому стал листок экспресс-информации, в котором утверждалось, что на совещании по координации запусков ракет и спутников, которое проходило в Вашингтоне, на 6 октября намечен американский доклад «Спутник над планетой». Королев очень встревожился: неужели это будет констатация факта?

Американцы действительно могли попытаться опередить Советский Союз. В то же самое время в рамках проекта Farside осуществлялись запуски на космическую высоту связок твердотопливных ракет, стартующих с большого стратостата. Если в конце разгона ракету Farside направить горизонтально, то теоретически она могла стать искусственным спутником Земли. Однако американцам не повезло: команда Королева успела раньше.

4 октября 1957 года ракета-носитель Р-7, получившая название «Спутник-1», стартовала с полигона Тюра-Там. Наблюдения показали, что ПС-1 вышел на орбиту, а его радиопередатчики работают, отправляя в эфир звонкие сигналы: «Бип-бип-бип». Восторгу ракетчиков не было предела. Они понимали, что тем самым открывают новую эру в истории человечества – космическую.

На Западе официальное сообщение о запуске спутника произвело эффект разорвавшейся бомбы. Если успешный полет межконтинентальной ракеты были способны оценить только военные специалисты – теперь смысл происходящего дошел до всех. Вера в техническое превосходство США пошатнулась даже у рядовых американцев. Блестящий шарик, созданный руками советских инженеров, летел над планетой, и с этим ничего нельзя было поделать.

9 октября президент Дуайт Эйзенхауэр выступил на пресс-конференции в Белом доме с поздравлениями в адрес советских ученых. В своей речи он пообещал, что американский спутник будет выведен на орбиту до истечения года. Обещание осталось невыполненным: Explorer добрался до орбиты только 1 февраля 1958 года. Вырваться в лидеры можно было лишь одним способом – запустив в космос человека. Но советские инженеры уже готовили заокеанским конкурентам новый сюрприз.

Пилотируемый космический корабль «Восток» («Объект ОД-2») в конструкторском бюро Сергея Королева разрабатывался с апреля 1957 года. Изначально корабль предполагали делать в виде планера. Быстро выяснилось, что построить его будет непросто из-за теплозащиты, необходимой при входе в атмосферу. Тогда инженеры решили, что для первого корабля идеальной будет шарообразная форма, ведь она хорошо изучена аэродинамиками. Изготовить весь корабль в виде шара не позволяли габариты Р-7, поэтому его скомпоновали из двух частей: сферического спускаемого аппарата (СА) и приборного отсека (ПО). Чтобы не усложнять конструкцию корабля системой мягкой посадки, было предложено катапультировать пилота из спускаемого аппарата на высоте 7–8 километров – так, чтобы он мог приземлиться отдельно под собственным парашютом. Оригинальная схема давала дополнительный плюс: катапультирование можно было использовать при аварии ракеты на начальном участке выведения.

К концу 1958 года предварительное проектирование завершилось. Для проверки новой техники постановили делать три корабля серии «Восток»: простейший 1КП, экспериментальный беспилотный 1К и пилотируемый 3К (индекс 2К был зарезервирован за спутником-фоторазведчиком «Зенит-2»). Варианты довольно сильно отличались по внутренней компоновке и используемым системам, но при этом сохранялась общая схема выхода на орбиту и спуска с нее. Каждый корабль выводился в космос трехступенчатым носителем, созданным на основе Р-7; затем по сигналу программно-временного устройства «Гранит-5В» или по команде с Земли он выдавал газовую струю из двигателя ТДУ-1 по направлению своего движения, за счет чего тормозился, сходил с орбиты, разделяясь на две части; при этом приборный отсек сгорал в атмосфере, а спускаемый аппарат, падая по баллистической кривой и выпустив парашюты, приземлялся на территории СССР.

Все это хорошо выглядело в теории, но, когда начались реальные испытания, конструкторам пришлось преодолеть множество трудностей. Корабль 1КП стартовал 15 мая 1960 года. Через четыре дня его попытались свести с орбиты, однако из-за сбоя системы ориентации он поднялся выше и оставался в космосе до 1965 года. По причине дефицита времени следующим постановили сразу запускать корабль 1КП с подопытными собаками Лисичкой и Чайкой на борту. 28 июля ракета-носитель с этим кораблем взорвалась и упала неподалеку от стартового комплекса, собаки погибли.

19 августа на орбиту отправился корабль 1К с собаками Белкой и Стрелкой. Он пробыл в космосе больше суток, совершил семнадцать витков вокруг Земли и приземлился в заданном районе. Собаки быстро реабилитировались после полета, доказав тем самым, что живое существо может достаточно долго находиться в состоянии невесомости без видимого вреда для здоровья. Врачей только беспокоило, что самочувствие Белки после четвертого витка ухудшилось, поэтому во избежание возможных эксцессов было решено ограничить полет первого космонавта одним витком.

1 декабря в космос отправился третий 1К с собаками Пчелкой и Мушкой. Их полет тоже проходил нормально, однако при спуске корабль был уничтожен системой аварийного подрыва, установленной по требованию военных. Позднее выяснили, что траектория спускаемого аппарата оказалась слишком пологой, поэтому он мог попасть на территорию «враждебного» государства.

Запуск четвертого 1К с собаками Жемчужной и Жулькой состоялся 22 декабря и тоже завершился бесславно: ракета не смогла вывести его на орбиту. Зато сработала система аварийного спасения, и спускаемый аппарат приземлился в тайге, в районе реки Нижняя Тунгуска. Его удалось отыскать, а собак – вызволить и увезти в Москву. Много позже по мотивам этой истории был снят художественный фильм «Корабль пришельцев» (1985).

Корабли 3КА, представлявшие собой упрощенную модифицированную версию пилотируемого «Востока», стартовали 9 и 25 марта 1961 года. Хотя на орбиту в них отправлялись только собаки и человекоподобный манекен, прозванный Иваном Ивановичем, фактически эти полеты были «генеральной репетицией» полета космонавта. Испытания прошли в целом успешно, но с одной общей проблемой: спускаемые аппараты приземлились с перелетом заданного района посадки на сотни километров. Быстро выяснить причину не представлялось возможным, и тогда Сергей Королев пошел на осознанный риск, предложив следующий корабль пускать с человеком на борту.

Когда проектирование корабля «Восток» входило в завершающую стадию, остро встал вопрос о том, кого послать на нем в космос. Предлагались самые разные варианты. Медики утверждали, что нужно послать коллегу – специалиста по авиационной медицине. Инженеры настаивали на включении в экипаж конструктора космической техники. Можно было, ориентируясь на опыт американцев, пригласить в программу летчиков-испытателей… Кто из них лучше подойдет для полета в неведомое? Кто выдержит перегрузки и невесомость?.. Сергей Королев остановил свой выбор на летчиках истребительной авиации, полагая, что только они обладают достаточной физической подготовкой и при этом имеют разностороннее образование: летчик может быть пилотом и штурманом, инженером и радистом.

Летом 1959 года во многих авиационных частях появились офицеры медицинской службы из Москвы. Они прибывали по двое, внимательно изучали личные дела молодых пилотов, а потом приглашали на собеседование. Вопросы задавались странные. К примеру, спрашивали: «Желаете ли вы летать на более современных типах самолетов, на новой технике?» Как правило, на этот вопрос все летчики отвечали положительно. Тогда следовал новый, еще более странный вопрос: «Хотели бы вы полететь на ракетах вокруг Земли?» Тут возникали сомнения. Гости уезжали восвояси, и, казалось, на этом все закончится. Однако осенью тех, кто согласился «полететь на ракетах», начали вызывать в Москву.

Группами по 30–40 человек кандидаты в космонавты прибывали в Центральный научно-исследовательский авиационный госпиталь для прохождения углубленного обследования. Всего туда поступило 154 человека. По итогам обследования 25 февраля 1960 года двадцать офицеров были отобраны в отряд. В начале марта они вместе с семьями начали переезжать в Москву, сразу включаясь в подготовку.

Слушателей отряда ждало множество испытаний. Не располагая реальным опытом космических полетов, медики не могли сказать, какой из факторов окажется определяющим, и зачастую придумывали тренажеры, которые позднее были исключены из программы подготовки. Кандидаты должны были пройти «отсидку» в сурдокамере и термокамере, выдержать перегрузку в центрифуге и встряску на вибростенде. Кроме того, их ждали парашютные прыжки, двухместный «МиГ-15УТИ», переоборудованный под имитатор невесомости, и катапультирование с наземного стенда.

Не всем удалось дойти до космического старта, но в целом группа держалась, и вскоре в ней выделились три лидера: Юрий Алексеевич Гагарин, Герман Степанович Титов и Григорий Григорьевич Нелюбов. Каждый из троих был готов стать первым космонавтом, однако многие отдавали предпочтение Гагарину. Он не был лучшим из лучших, но казался наиболее подходящей кандидатурой на полет, потому что обладал уникальным набором положительных психологических качеств: открытостью, коммуникабельностью, высокой эмпатией, любознательностью и чувством юмора. Гагарин умел находить слова для того, чтобы разрядить обстановку в стрессовой ситуации, активно помогал сослуживцам справиться с трудностями, быстро учился и при необходимости брал на себя командирские функции. В качестве главной кандидатуры на первый полет его определили 18 января 1961 года, после сдачи экзаменов на звание космонавта, а 10 апреля об этом было официально объявлено на полигоне Тюра-Там в присутствии представителей советской прессы.

Несмотря на все усилия инженеров, к апрелю 1961 года «Восток» оставался «сырым» кораблем. В нем хватало недоделок: в частности, серьезной доработки требовало оборудование системы жизнеобеспечения. Сами космонавты из-за задержек с изготовлением скафандров СК-1 и носимого аварийного запаса (НАЗ) не смогли пройти полный курс по действиям при посадке в нерасчетном районе. Однако время поджимало, и старт был назначен на период с 10 по 20 апреля.

Хотя «Восток» для Юрия Гагарина специалисты готовили с особым тщанием, впоследствии на полигоне обнаружили и устранили свыше семидесяти мелких неисправностей. Например, контрольное взвешивание корабля с космонавтом в скафандре выявило перевес на 14 килограммов. Сразу возникла идея поменять космонавта, ведь дублер Герман Титов был легче Гагарина, но Сергей Королев распорядился облегчить сам корабль, сняв с него часть контролирующей аппаратуры. В срочном порядке инженеры всю ночь срезали «лишние» кабели и снимали оборудование, предназначенное для беспилотных полетов. В результате пострадали датчики давления и температуры – и, если бы корабль «застрял» на орбите, такое самоуправство могло закончиться печально.

12 апреля 1961 года, в 9:07 по московскому времени, ракета-носитель оторвалась от стартового комплекса полигона Тюра-Там и под задорный возглас Юрия Гагарина «Поехали!» устремилась в небо. Корабль «Восток» вышел на орбиту высотой в перигее 181 километр и в апогее 327 километров. Высота апогея стала первой серьезной проблемой полета, оказавшись выше расчетной на 80 км. Однако апогей выбирался с тем прицелом, что если тормозной двигатель ТДУ-1 внезапно откажет, то «Восток» в силу естественного торможения в высших слоях атмосферы сам сойдет с орбиты в течение пяти-семи суток. Под этот срок готовились и запасы системы жизнеобеспечения. Сход с реальной орбиты занял бы не меньше двух недель с печальным итогом для космонавта.

Юрий Гагарин об этом не знал. В ходе полета он поддерживал связь с научно-измерительными пунктами. Попробовал космическую еду и консервированную воду, тем самым опровергнув мнение о том, что питание в невесомости будет затруднено. Наблюдал Землю, звезды и космическое пространство, регистрировал показания приборов, надиктовывая их на бортовой магнитофон и записывая в бортжурнал.

Когда корабль вышел из тени Земли, в 10:25 прошло включение ТДУ-1. Двигатель должен был отработать 41 секунду, но выключился чуть раньше. В результате магистрали наддува остались открытыми и в них под большим давлением начал поступать азот. Это привело к закрутке корабля со скоростью 30°/с. Досрочное отключение тормозной установки нарушило штатную схему, и команда на разделение отсеков оказалась не выполнена. Ситуация сложилась уникальная, и Гагарин не мог оценить, насколько велика опасность развития событий. Однако он не запаниковал, а засек время по часам, продолжая с любопытством следить за происходящим. В 10:36 отсеки корабля все-таки разделились по сигналу от внешних термодатчиков. По мере движения в атмосфере вращение «Востока» стало замедляться, а перегрузки – плавно нарастать. Кабина озарилась ярко-багровым светом, который проникал даже сквозь опущенные шторки. В воздухе ощущался легкий запах гари. Тут о мелких неприятностях пришлось забыть, потому что из-за крутой траектории спуска перегрузки возросли до 12 g: в глазах у космонавта «посерело».

В 10:42 на высоте семи километров прошел отстрел крышки люка, и кресло с космонавтом катапультировалось из спускаемого аппарата. Через полсекунды вышел тормозной парашют, затем был введен в действие основной парашют, который буквально сдернул космонавта с кресла. Одновременно отделился контейнер с носимым аварийным запасом – он должен был повиснуть на пятнадцатиметровом фале, но оторвался и упал вниз. Как следствие, не заработал радиомаяк космонавта, а сам Гагарин лишился запаса продуктов, аптечки, радиостанции, пеленгатора и надувной лодки, которая могла бы пригодиться при посадке на воду.

На высоте трех километров раскрылся запасной парашют – хотя космонавты еще до полета были против его автоматического введения, командование решило, что с запасным будет надежнее. Управлять двумя куполами космонавт не мог и почти до самой земли летел спиной вперед. Лишь на высоте 30 метров его развернуло лицом по сносу – в положение, благоприятное для приземления.

В 10:53 ноги Юрия Гагарина коснулись земли. Весь космический рейс продолжался 106 минут, а не 108, как из-за ошибки утверждалось затем полвека. Вопреки прогнозам, спускаемый аппарат приземлился не с перелетом, а с недолетом на 180 километров – у деревни Смеловка Энгельсского района Саратовской области, на вспаханном поле колхоза «Ленинский путь». Никто не бежал Гагарину навстречу, поэтому ему пришлось самостоятельно погасить купола парашютов, освободиться от привязной системы и двинуться на поиски людей.

На следующий день, 13 апреля, Юрий Гагарин выступил перед Государственной комиссией с подробным докладом о полете и замеченных проблемах. Его рассказ помог конструкторам не только доработать системы «Востока» для последующих орбитальных рейсов, но и внести технические предложения по проекту корабля «Север», который известен сегодня под названием «Союз».

После полета Гагарина, доказавшего, что человек сохраняет работоспособность при невесомости, между специалистами вновь вспыхнули споры, каким должен стать следующий космический эксперимент. На основании наблюдений за Белкой высказывалось мнение, что после четвертого витка на орбите могут начаться физиологические изменения, из-за которых самочувствие космонавта резко ухудшится. Поэтому специалисты по космической медицине настаивали на трех витках. Однако инженеры во главе с Сергеем Королевым утверждали, что реализовать три витка сложнее технически, чем суточный полет. Дело в том, что за счет особенностей орбитального движения после трех витков посадка возможна только в западных густонаселенных районах СССР, что затруднит эвакуацию космонавта и спускаемого аппарата. Их аргументы возымели действие, и стороны согласились, что полет следует назначать суточным, однако космонавт при этом должен быть готов к его досрочному прекращению, для чего испытает ручную систему управления кораблем.

В полет был назначен Герман Степанович Титов – самый молодой член отряда космонавтов, на тот момент ему было всего двадцать пять лет. Дублером стал Андриян Григорьевич Николаев.

«Восток-2» стартовал 6 августа 1961 года. Титов шел на новый рекорд, и многое ему пришлось сделать впервые. Он дважды вручную ориентировал корабль, снимал Землю через иллюминатор кинокамерой «Конвас», вел радиопереговоры, ел, пил и выполнял физические упражнения. Титов первым воспользовался ассенизационным устройством, ему же первому удалось поспать в полете. В то же время космонавта беспокоило расстройство вестибулярного аппарата (кинетоз): оно мешало ему работать и отдыхать.

На семнадцатом витке был выдан тормозной импульс, и корабль пошел вниз. При этом повторилась ситуация, которая уже была отмечена при полетах собак, – отсеки «Востока-2» разделились с большим опозданием, из-за чего спускаемый аппарат вновь приземлился в нерасчетном районе – на гороховое поле сельхозартели «40 лет Октября», в 13 километрах от поселка Красный Кут Саратовской области. Позднее специалисты провели тщательное расследование и наконец-то установили причину сбоя – ошибку при монтаже электроцепей, обеспечивающих разделение. В следующих кораблях серии «Восток» она была устранена.

На заседании Госкомиссии, состоявшемся 8 августа, Титов честно доложил о своих ощущениях, в том числе о тошноте и головокружении. На основании его показаний врачи впоследствии разработали дополнительную методику тренировки вестибулярного аппарата, которая продемонстрировала хорошие результаты.