СССР заслуженно удерживала в мире титул мощнейшей космической державы. Первый спутник выведенный на орбиту Земли, Белка и Стрелка, полёт в космос первого человека – более чем веские причины для этого. Но были в советской космической истории научные прорывы и трагедии неизвестные широкой публике. О них-то и пойдёт речь в нашем обзоре.
1. Межпланетная станция «Луна-1»
Межпланетная станция «Луна-1», которая была запущена 2 января 1959 года, стала первым космическим аппаратом, успешно достигнувшим окрестностей Луны. 360-килограммовый космический аппарат вез груз из советской символики, которую предполагалось разместить на поверхности Луны, чтобы продемонстрировать превосходство советской науки. Тем не менее, корабль промахнулся мимо Луны, пройдя в 6000 километрах от ее поверхности.
Во время полета к Луне был проведен эксперимент по созданию «искусственной кометы» - станция выпустила облако паров натрия, которое в течение нескольких минут светилось и позволяло наблюдать станцию с Земли, как звезду 6 величины. Что интересно, «Луна-1» была по крайней мере пятой попыткой СССР по запуску космического аппарата к естественному спутнику Земли, первые 4 окончились неудачей. Радиосигналы от станции прекратились через три дня после запуска. Позже в 1959 году зонд «Луна-2» достиг поверхности Луны, совершив жесткую посадку.
Запущенный 12 февраля 1961 года советский космический зонд «Венера-1» стартовал к Венере, чтобы совершить посадку на ее поверхности. Как и в случае с Луной, это был не первый запуск – аппарат 1ВА № 1 (который также окрестили «Спутником-7») потерпел неудачу. Хотя сам зонд должен был сгореть при входе в атмосферу Венеры, планировалось, что спускаемая капсула достигнет поверхности Венеры, что сделало бы ее первым объектом антропогенного происхождения на поверхности другой планеты.
Первоначальный запуск прошел хорошо, но через неделю связь с зондом была утеряна (предположительно, по причине перегрева датчика направления на Солнце). В итоге неуправляемая станция прошла в 100 000 километрах от Венеры.
Станция «Луна-3», запущенная 4 октября 1959 года, была третьим космическим аппаратом, успешно отправленным к Луне. В отличие от предыдущих двух зондов программы «Луна», этот был оснащен камерой, которая была предназначена для того, чтобы впервые в истории снять обратную сторону Луны. К сожалению, камера была примитивной и сложной, поэтому снимки получились некачественными.
Радиопередатчик был настолько слаб, что первые попытки передачи изображений на Землю не удались. Когда станция приблизилась к Земле, совершив облет вокруг Луны, были получены 17 фото, на которых ученые обнаружили, что «невидимая» сторона Луны гористая, а отличие от той, которая повернута к Земле.
4. Первая успешная посадка на другой планете
17 августа 1970 года стартовала автоматическая научно-исследовательская космическая станция «Венера-7», которая должна была высадить на поверхность Венеры спускаемый аппарат. Чтобы выжить в атмосфере Венеры как можно дольше, спускаемый аппарат был изготовлен из титана и оснащен тепловой изоляцией (предполагалось, что давление у поверхности может достигать значения 100 атмосфер, температура - 500 °C, а скорость ветра у поверхности - 100 м/с).
Станция достигла Венеры, а аппарат начал спуск. Однако, тормозной парашют спускаемого аппарата разорвался, после чего он в течение 29 минут падал, в конце концов врезавшись в поверхность Венеры. Считалось, что аппарат не мог выжить при подобном ударе, но позже анализ регистрируемых радиосигналов показал, что зонд передавал показания температуры с поверхности в течение 23 минут после жесткого приземления.
5. Первый искусственный объект на поверхности Марса
«Марс-2» и «Марс-3» - две автоматических межпланетных станции – близнеца, которые были запущены в мае 1971 года к Красной планете с разницей в несколько дней. Поскольку США опередили Советский Союз, первыми достигнув орбиты Марса («Маринер-9», который также стартовал в мае 1971 года, опередил два советских зонда на две недели и стал первым космическим аппаратом на орбите другой планеты), СССР хотел совершить первое приземление на поверхность Марса.
Спускаемый аппарат «Марса-2» разбился о поверхность планеты, а спускаемый аппарат «Марса-3» сумел совершить мягкую посадку и начал передавать данные. Но передача прекратилась через 20 секунд из-за сильной пылевой бури на поверхности Марса, в результате чего СССР лишился первых четких снимков, сделанных на поверхности планеты.
6. Первый автоматический аппарат, доставивший внеземное вещество на Землю
Поскольку американские астронавты «Аполлона-11» уже привезли на Землю первые образцы лунного вещества, СССР принял решение запустить на Луну первый автоматизированной космический зонд для сбора лунного грунта и возврата на Землю. Первый советский аппарат «Луна-15», который должен был достигнуть поверхности Луны в день запуска «Аполлона-11», при попытке посадки разбился.
Перед этим 5 попыток также были неудачными из-за проблем с ракетой-носителем. Тем не менее, «Луна-16», шестой советский зонд, был успешно запущен после «Аполлона-11» и «Аполлона-12». Приземлилась станция в районе море Изобилия. После этого она взяла пробы грунта (в количестве 101 грамма) и вернулась на Землю.
7. Первый трехместный космический аппарат
Запущенный 12 октября 1964 года «Восход-1» стал первым космическим кораблем, экипаж которого составлял более одного человека. Хотя «Восход» был разрекламирован, как инновационный космический корабль, на самом дел он был слегка измененной версией «Востока», на котором впервые в космосе побывал Юрий Гагарин. У США на тот момент не было даже двухместных кораблей.
«Восход» считался небезопасным даже советскими конструкторами, поскольку место для трех членов экипажа было освобождено за счет того, что в конструкции отказались от катапультных кресел. Также кабина была настолько тесной, что космонавты находились в ней без скафандров. В результате, если бы кабина разгерметизировалась, то экипаж бы погиб. Кроме того, новая система посадки, состоящий из двух парашютов и допотопной ракеты, была испытана всего один раз перед запуском.
8. Первый космонавт африканского происхождения
18 сентября 1980 года в рамках восьмой экспедиции к орбитальной научной станции «Салют-6» стартовал космический корабль «Союз-38». Его экипаж состоял из советского космонавта Романенко Юрия Викторовича и исследователя Арнальдо Тамайо Мендеса, кубинского летчика, который стал первым человеком африканского происхождения, отправившимся в космос. Мендес пребывал на борту «Салюат-6» в течение недели, где принял участие в 24 экспериментах в области химии и биологии.
9. Первая стыковка с необитаемым объектом
11 февраля 1985 года после полугодового отсутствия на космической станции «Салют-7» людей связь с ней внезапно прервалась. Замыкание привело к тому, что все электрические системы «Салюта-7» выключились, а температура на станции упала до -10 °C.
В попытке спасти станцию, к ней была направлена экспедиция на переоборудованном под эти цели космическом корабле «Союз Т-13», который пилотировал самый опытный советский космонавт Владимир Джанибеков. Автоматизированная система стыковки не работала, поэтому нужно было проводить ручную стыковку. Стыковка прошла успешно, а работы по восстановлению космической станции проходили в течение нескольких дней.
10. Первая человеческая жертва в космосе
30 июня 1971 года Советский Союз с нетерпением ожидал возвращения трех космонавтов, который провели на станции «Салют-1» 23 дня. Но после приземления корабля «Союз-11» изнутри не доносилось ни единого звука. Когда капсулу вскрыли снаружи, внутри обнаружили трех мертвых космонавтов, на лицах которых были темно-голубые пятна, а из носа и ушей текла кровь.
По данным следствия, трагедия произошла сразу же после отделения спускаемого аппарата от орбитального модуля. В кабине корабля произошла разгерметизация, после чего космонавты задохнулись.
Космические корабли, которые конструировались на заре космической эры, кажутся раритетами по сравнению с . А ведь возможно, эти проекты будут реализованы.
Луне суждено было стать тем небесным телом, с которым связаны едва ли не самые эффективные и впечатляющие успехи человечества за пределами Земли. Непосредственное изучение естественного спутника нашей планеты началось со старта советской лунной программы. 2 января 1959 года автоматическая станция «Луна-1» впервые в истории осуществила полет к Луне.
Первый запуск спутника к Луне (Луна-1) был огромным прорывом в области освоения космоса, но главная цель, перелет с одного небесного тела на другое так и не была достигнута. Запуск Луны-1 дал очень много научной и практической информации в области космических полетов к другим небесным телам. При полете «Луны-1» впервые была достигнута вторая космическая скорость и получены сведения о радиационном поясе Земли и космическом пространстве. В мировой печати космический аппарат «Луна-1» получил название «Мечта».
Все это было учтено при запуске следующего спутника Луна-2. В принципе Луна-2 практически полностью повторяла свою предшественницу Луну-1, те же научные приборы и оборудование позволяли заполнять данные о межпланетном пространстве и корректировать данные, полученные Луной-1. Для Запуска так же использовался РН 8К72 Луна с блоком «Е». 12 сентября 1959 года в 6:39 с космодрома Байконур РН Луна была запущена АМС Луна-2. И уже 14 сентября в 00 часов 02 минуты 24 секунды по московскому времени Луна-2 достигла поверхности Луны, совершив первый в истории полет с Земли на Луну.
Автоматический межпланетный аппарат достиг поверхности Луны восточнее «Моря Ясности», вблизи кратеров Аристил, Архимед и Автолик (селенографические широта +30°, долгота 0°). Как показывает обработка данных по параметрам орбиты, последняя ступень ракеты также достигла поверхности Луны. На борту Луны-2 были помещены три символических вымпела: два в автоматическом межпланетном аппарате и один - в последней ступени ракеты с надписью «СССР сентябрь 1959». Внутри Луны-2 находился металлический шар, состоящий из пятигранников-вымпелов, и при ударе о лунную поверхность шар разлетался на десятки вымпелов.
Размеры: Полная длина составляла 5.2 метра. Диаметр самого спутника 2.4 метра.
РН: Луна (модификация Р-7)
Масса: 390,2 кг.
Задачи: Достижение поверхности Луны (выполнена). Достижение второй космической скорости (выполнена). Преодолеть тяготение планеты Земля (выполнена). Доставка вымпелов «СССР» на поверхность Луны (выполнена).
ПУТЕШЕСТВИЕ В КОСМОС
«Луна» - наименование советской программы исследования Луны и серии космических аппаратов, запускаемых в СССР к Луне начиная с 1959 года.
Космические аппараты первого поколения («Луна-1» - «Луна-3») совершали перелет с Земли к Луне без предварительного выведения на орбиту искусственного спутника Земли, проведения коррекций на траектории Земля - Луна и торможения вблизи Луны. Аппараты осуществили пролет Луны («Луна-1»), достижение Луны («Луна-2»), ее облет и фотографирование («Луна-3»).
Космические аппараты второго поколения («Луна-4» - «Луна-14») запускались с использованием более совершенных методов: предварительного выведение на орбиту искусственного спутника Земли, затем старт к Луне, коррекции траектории и торможение в окололунном пространстве. При запусках отрабатывались полет к Луне и посадка на ее поверхность («Луна-4» - «Луна-8»), мягкая посадка («Луна-9» и «Луна-13») и перевод на орбиту искусственного спутника Луны («Луна-10», «Луна-11», «Луна-12», «Луна-14»).
Более совершенные и тяжелые космические аппараты третьего поколения («Луна-15» - «Луна-24») осуществляли перелет к Луне по схеме, используемой аппаратами второго поколения; при этом для увеличения точности посадки на Луну предусмотрена возможность проведения нескольких коррекций на траектории полета от Земли к Луне и на орбите искусственного спутника Луны. Аппараты «Луна» обеспечили получение первых научных данных о Луне, отработку мягкой посадки на Луну, создание искусственных спутников Луны, взятие и доставку на Землю проб грунта, транспортировку на поверхность Луны лунных самоходных аппаратов. Создание и запуск разнообразных автоматических лунных аппаратов является особенностью советской программы исследования Луны.
ЛУННАЯ ГОНКА
Начал «игру» СССР, запустив в 1957 году первый искусственный спутник. США сразу же включились в нее. В 1958 году американцы поспешно разработали и запустили свой ИСЗ, а заодно и образовали «во благо всех» - так звучит девиз организации - НАСА. Но к тому времени Советы обогнали соперников еще больше - отправили в космос собаку Лайку, которая хоть и не вернулась, но зато собственным героическим примером доказала возможность выживания на орбите.
На разработку спускаемого модуля, способного доставить живой организм обратно на Землю, ушло почти два года. Требовалось доработать конструкции, чтобы они выдерживали уже два «путешествия сквозь атмосферу», создать качественную герметичную и устойчивую к высоким температурам обшивку. А главное - нужно было рассчитать траекторию и спроектировать двигатели, которые бы обезопасили космонавта от перегрузок.
Когда же это все было сделано, возможность проявить героическую собачью натуру получили Белка и Стрелка. Они со своей задачей справились - вернулись живыми. Меньше чем через год по их следам полетел Гагарин - и тоже вернулся живым. Американцы в том 1961-м в безвоздушное пространство отправили только шимпанзе Хэма. Правда, 5 мая того же года суборбитальный полет совершил Алан Шепард, но международным сообществом это достижение космическим полетом признано не было. Первый «настоящий» американский астронавт - Джон Гленн - в космосе оказался только в феврале 62-го.
Казалось бы, США безнадежно отстали от «мальчишек с соседнего континента». Триумфы СССР следовали один за другим: первый групповой полет, первый человек в открытом космосе, первая женщина в космосе… И даже до естественного спутника Земли советские «Луны» добрались первыми, заложив основы столь важной для нынешних исследовательских программ методики гравитационных маневров и сфотографировав обратную сторону ночного светила.
Но выиграть в такой игре можно было, лишь уничтожив команду противника, физически или морально. Американцы же уничтожаться не собирались. Напротив - еще в 1961-м году, сразу после полета Юрия Гагарина, НАСА с благословления свежеизбранного Кеннеди взяла курс на Луну.
Решение было рискованным - СССР добивались своего шаг за шагом, планомерно и последовательно, и все равно не обходилось без провалов. А космическое агентство США решило сделать прыжок через ступеньку, если не через целый лестничный пролет. Но Америка компенсировала свою, в известном смысле, наглость тщательной проработкой лунной программы. «Аполлоны» тестировались на Земле и на орбите, в то время как ракеты-носители и лунные модули СССР «проверялись боем» - и не выдерживали проверок. В итоге тактика США оказалась результативнее.
Но ключевым фактором, ослабившим Союз в лунной гонке, был раскол внутри «команды с советского двора». Королев, на воле и энтузиазме которого держалась космонавтика, сперва, после своей победы над скептиками утратил монополию на принятие решений. Конструкторские бюро вырастали, как грибы после дождя на неиспорченном сельхозобработкой черноземе. Началось распределение задач, и каждый руководитель, что научный, что партийный, считал себя наиболее компетентным. Поначалу само утверждение лунной программы запоздало - отвлекшиеся на Титова, Леонова и Терешкову политики занялись ею только в 1964-м, когда американцы уже три года как размышляли над своими «Аполлонами». А затем отношение к полетам на Луну оказалось недостаточно серьезным - они не имели таких военных перспектив, как запуски ИСЗ Земли и орбитальных станций, а финансирования требовали куда большего.
Проблемы с деньгами, как это обычно бывает, «добили» грандиозные лунные проекты. С самого старта программы Королеву посоветовали занижать цифры перед словом «рублей», потому что реальные суммы никто бы не одобрил. Если бы разработки шли столь же успешно, как и прежние, такой подход себя бы оправдал. Партийное руководство все же умело считать и не стало бы закрывать перспективное дело, в которое уже вложено слишком много. Но в сочетании с бестолковым разделением труда нехватка средств привела к катастрофическим отставаниям от графика и экономии на испытаниях.
Возможно, впоследствии ситуацию удалось бы выправить. Космонавты горели энтузиазмом, даже просили отправить их к Луне на кораблях, не выдержавших тестовых полетов. Конструкторские бюро, за исключением находившегося под руководством Королева ОКБ-1, продемонстрировали несостоятельность своих проектов и сами собой тихо ушли со сцены. Стабильная в 70-х годах экономика СССР позволяла выделить дополнительные средства на доработку ракет, особенно если к делу подключились бы военные. Однако в 1968-м американский экипаж облетел Луну, а в 1969-м Нил Армстронг сделал свой маленький победный шаг в космической гонке. Советская лунная программа для политиков утратила смысл.
«Первый космический корабль стартует с Земли со скоростью 0,68 с...» Так начинается текст задачи в учебнике по физике для учеников 11 класса, призванной способствовать закреплению в их сознании основных положений релятивистской механики. Итак: «Первый космический корабль стартует с поверхности земли со скоростью 0,68 c. Второй аппарат начинает движение с первого в том же направлении со скоростью V2 = 0,86 с. Необходимо вычислить скорость второго судна относительно планеты Земля».
Желающие проверить свои знания могут потренироваться в решении этой задачи. Можно также вместе со школьниками принять участие в решении теста: «Первый космический корабль стартует с поверхности земли со скоростью 0,7 с. (с — обозначение скорости света). Второй аппарат начинает движение с первого в том же направлении. Его скорость - 0,8 с. Следует вычислить скорость второго судна относительно планеты Земля».
У тех, кто считает себя сведущим в этом вопросе, имеется возможность сделать выбор - предлагаются четыре варианта ответов: 1) 0; 2) 0,2 с; 3) 0,96 с; 4) 1,54 с.
Важной дидактической целью авторы данного урока выдвигают ознакомление учащихся с физическим и философским смыслом постулатов Эйнштейна, сущностью и свойствами релятивистского понятия времени и пространства и т.д. Воспитательной целью урока является выработка у юношей и девушек диалектико-материалистического мировоззрения.
Но читатели статьи, знакомые с историей отечественных космических полетов, согласятся с тем, что задачи, в условиях которых упоминается выражение «первый космический корабль», способны сыграть более значительную воспитательную роль. При желании учителем с использованием этих задач могли бы быть раскрыты как познавательный, так и патриотический аспекты вопроса.
Первый космический корабль в космосе, успехи отечественной космической науки вообще - что об этом известно?
О значении космических исследований
Космическими исследованиями были внесены в науку ценнейшие данные, которые позволили постичь суть новых явлений природы и поставить их на службу людям. Используя искусственные спутники, ученые смогли определить точную форму планеты Земля, при помощи изучения орбиты стало возможным проследить за районами магнитных аномалий в Сибири. С применением ракет и спутников смогли открыть и исследовать радиационные пояса вокруг Земли. С их помощью стало возможным решение многих других сложных проблем.
Первый космический корабль, посетивший Луну
Луна - небесное тело, с которым связаны наиболее эффектные и впечатляющие успехи космической науки.
Полет к Луне впервые в истории был осуществлен 2 января 1959 автоматической станцией «Луна-1». Первый запуск искусственного был значительным прорывом в сфере освоения космического пространства. Но главная цель проекта не была достигнута. Она заключалась в осуществлении перелета с Земли на Луну. Запуск спутника позволил получить ценную научную и практическую информацию, касающуюся полетов к другим космическим телам. В ходе осуществления полета «Луны-1» была развита (впервые!) вторая Кроме того, стало возможным получение данных о радиационном поясе земного шара, добыты другие ценные сведения. Мировая печать присвоила космическому аппарату «Луна-1» имя «Мечта».
АМС «Луна-2» повторяла предшественницу практически полностью. Используемые приборы и оборудование позволяли вести наблюдение за межпланетным пространством, а также корректировать сведения, полученные "Луной-1". Запуск (12 сентября 1959) также осуществлялся с использованием РН 8К72.
14 сентября «Луна-2» достигла поверхности природного спутника Земли. Был совершен первый в истории полет с нашей планеты на Луну. На борту АМС содержались три символических вымпела, на которых стояла надпись: «СССР, сентябрь 1959». В середину был помещен металлический шар, который при ударе о поверхность небесного тела разлетался на десятки мелких вымпелов.
Задачи, поставленные перед автоматической станцией:
- достижение поверхности Луны;
- развитие второй космической скорости;
- преодоление тяготения планеты Земля;
- доставка на лунную поверхность вымпелов «СССР».
Все они были выполнены.
«Восток»
Это был самый первый космический корабль в мире из всех, выведенных на орбиту Земли. Академиком М. К. Тихонравовым под руководством знаменитого конструктора С. П. Королева разработки проводились в течение долгих лет, начиная с весны 1957 г. В апреле 1958-го стали известны приблизительные параметры будущего корабля, а также и его общие показатели. Предполагалось, что первый космический корабль будет иметь вес около 5 тонн и что при входе в атмосферу ему потребуется дополнительная теплозащита весом около 1,5. Кроме того, было предусмотрено катапультирование пилота.
Создание экспериментального аппарата закончилось в апреле 1960-го. Летом были начаты его испытания.
Первый космический корабль «Восток» (фото его ниже) состоял из двух элементов: приборного отсека и спускаемого аппарата, соединенных между собой.
Судно было оснащено ручным и автоматическим управлением, ориентацией на Солнце и Землю. Кроме того, имелись приземление, терморегулировка и электропитание. Борт был рассчитан на полет одного пилота в скафандре. В судне имелось два иллюминатора.
Первый космический корабль отправился в космос в 1961-м, 12 апреля. Сейчас эта дата празднуется как День космонавтики. В этот день Ю.А. Гагарин вывел на орбиту первое в мире космическое судно. Им был произведен оборот вокруг Земли.
Главной задачей, которую выполнял первый космический корабль с человеком на борту, было исследование самочувствия и работоспособности космонавта за пределами нашей планеты. Успешным полетом Гагарина: нашего соотечественника, первого человека, увидевшего Землю из космоса - развитие науки было выведено на новую ступень.
Настоящий полёт в бессмертие
«Первый космический корабль с человеком на борту был выведен на орбиту Земли 12 апреля 1961 года. Первым пилотом-космонавтом корабля-спутника "Восток" стал гражданин СССР, летчик, майор Гагарин Ю. А.»
Слова из памятного сообщения ТАСС навсегда остались в истории, на одной из наиболее знаменательных и ярких ее страниц. По истечении десятилетий полеты в космос превратятся в обычное, будничное явление, но полет, совершенный человеком из небольшого городка в России - Гжатска - навсегда остался в сознании многих поколений как великий человеческий подвиг.
Космическая гонка
Между Советским Союзом и США в те годы шло негласное соревнование за право играть ведущую роль в деле завоевания космоса. Лидером соревнования был Советский Союз. У США недоставало мощных ракет-носителей.
Советской же астронавтикой уже была проверена их работа в январе 1960 г. в ходе испытаний в районе Тихого океана. Всеми крупными газетами мира публиковалась информация, что в СССР скоро будет запущен человек в космос, что, безусловно, оставит США позади. Все люди мира ждали первого полета человека с огромным нетерпением.
В апреле 1961-го человек впервые взглянул на Землю из космоса. «Восток» устремился навстречу Солнцу, вся планета следила за этим полетом у радиоприемников. Мир был потрясен и взволнован, все неотрывно наблюдали за ходом величайшего в истории человечества эксперимента.
Минуты, которые потрясли мир
«Человек в космосе!» Этим известием была прервана на полуслове работа радио и телеграфных агентств. «Советами запущен человек! Юрий Гагарин в космосе!»
«Востоку» на то, чтобы облететь планету, понадобились всего 108 минут. И эти минуты не только свидетельствовали о скорости полета космического борта. Это были первые минуты новой космической эры, именно поэтому ими так был потрясен мир.
Гонка между двумя сверхдержавами за звание победителя в борьбе за освоение космоса завершилась победой СССР. В мае США по баллистической траектории также запустили человека в космос. И все же начало выхода человека за пределы атмосферы Земли было положено советскими людьми. Первый космический корабль «Восток» с космонавтом на борту был послан именно Страной Советов. Этот факт явился предметом необычайной гордости советских людей. Причем полет длился дольше, проходил гораздо выше, шел по значительно более сложной траектории. Кроме того, первый космический корабль Гагарина (фото представляет его внешний вид) нельзя сравнить с капсулой, в которой совершил полет американский пилот.
Утро эры космоса
Эти 108 минут изменили жизнь Юрия Гагарина, нашей страны и всего мира навсегда. После того как вышел корабль с человеком на борту, это событие люди Земли стали считать утром космической эры. На планете не было человека, который пользовался бы такой огромной любовью не только своих сограждан, но и людей всего мира, вне зависимости от национальной принадлежности, политических и религиозных убеждений. Его подвиг явился олицетворением всего лучшего, созданного человеческим разумом.
«Посол мира»
Облетев Землю на корабле «Восток», Юрий Гагарин отправился в путешествие по странам мира. Всем хотелось увидеть и услышать первого в мире космонавта. Его одинаково радушно принимали премьер-министры и президенты, великие князья и короли. А также Гагарина радостно встречали шахтеры и докеры, военные и ученые, студенты великих университетов мира и старейшины заброшенных селений в Африке. Первый космонавт был одинаково прост, дружелюбен и приветлив со всеми. Это был настоящий «посол мира», признанный народами.
«Один большой и прекрасный человеческий дом»
Дипломатическая миссия Гагарина была для страны очень важной. Никто бы не смог настолько успешно, как это сделал первый побывавший в космосе человек, завязать узелки дружбы между людьми и народами, соединить мысли и сердца. Он обладал незабываемой, обворожительной улыбкой, удивительной доброжелательностью, которые объединяли людей разных стран, различных убеждений. Необыкновенно убедительными были его страстные, идущие от всего сердца выступления, призывающие к миру во всем мире.
«Я видел, как красива Земля, - говорил Гагарин. - Из космоса неразличимы границы государств. Наша планета выглядит из космоса как один большой и прекрасный человеческий дом. Все честные люди Земли ответственны за порядок и мир в своем доме». Ему безгранично верили.
Невиданный взлет страны
На рассвете того незабываемого дня он был знаком ограниченному кругу людей. В полдень его имя узнала вся планета. К нему потянулись миллионы, его полюбили за доброту, молодость, красоту. Для человечества он стал предвестником будущего, разведчиком, вернувшимся из опасного поиска, открывшим новые пути к познанию.
В глазах многих он олицетворял свою страну, был представителем народа, в свое время внесшего огромный вклад в победу над фашистами, а теперь первым поднявшегося в космос. Имя Гагарина, которому было присвоено звание Героя Советского Союза, стало символом невиданного взлета страны к новым высотам социального и экономического прогресса.
Начальный этап исследования космоса
Еще до совершения знаменитого полета, когда первый космический корабль с человеком на борту был запущен в космос, Гагарин задумывался о том, какое значение для людей имеет освоение космоса, для чего нужны могучие корабли и ракеты. Зачем монтируются телескопы и рассчитываются орбиты? Для чего взлетают спутники и поднимаются антенны радиостанций? Он очень хорошо понимал насущную необходимость и важность этих дел и стремился внести свою лепту в начальный этап исследования человеком космоса.
Первый космический корабль «Восток»: задачи
Основными научными задачами, которые стояли перед кораблем «Восток», были следующие. Во-первых, изучение воздействия условий полёта на орбите на состояние организма человека и его работоспособность. Во-вторых, проверка принципов построения космических кораблей.
История создания
В 1957 г. С.П. Королёвым в рамках научного ОКБ был организован специальный отдел № 9. В нем предусматривалось проведение работ по созданию искусственных спутников нашей планеты. Отдел возглавлялся соратником Королёва М.К. Тихонравым. Также здесь исследовались вопросы создания спутника, пилотируемого человеком на борту. В качестве ракеты-носителя рассматривалась королёвская Р-7. По расчётам, ракета с третьей степенью защиты была в состоянии вывести пятитонный груз на низкую околоземную орбиту.
В расчетах на ранней стадии разработки принимали участие математики Академии наук. Было сделано предупреждение, что десятикратная перегрузка может привести к баллистическому спуску с орбиты.
В отделе исследовались условия осуществления этой задачи. Пришлось отказаться от рассмотрения крылатых вариантов. Как наиболее приемлемый способ возвращения человека изучались возможности его катапультирования и дальнейшего спуска на парашюте. Отдельного спасения спускаемого аппарата при этом не предусматривалось.
В ходе проводимых медицинских исследований было доказано, что наиболее приемлемой для человеческого организма является сферическая форма спускаемого аппарата, позволяющая выдерживать значительные нагрузки без серьёзных последствий для здоровья космонавта. Именно сферическая форма была выбрана для производства спускаемого аппарата пилотируемого судна.
Первым был отправлен корабль «Восток-1К». Это был автоматический полёт, который состоялся в мае 1960 г. Позднее создали и отработали модификацию «Восток-3КА», которая была полностью готова к проведению пилотируемых полётов.
Кроме одного неудавшегося полета, закончившегося аварией ракеты-носителя на самом старте, программой был предусмотрен запуск шести беспилотных аппаратов и шести пилотируемых космических кораблей.
Программой осуществлены:
- проведение полета человека в космос - первый космический корабль «Восток 1» (фото представляет изображение судна);
- полёт длительностью в сутки: «Восток-2»;
- проведение групповых полётов: «Восток-3» и «Восток-4»;
- участие в космическом полёте первой женщины-космонавта: «Восток-6».
«Восток»: характеристики и устройство корабля
Характеристики:
- вес - 4,73 т;
- длина - 4,4 м;
- диаметр - 2,43 м.
Устройство:
- сферический спускаемый аппарат 2,3 м);
- орбитальный и конический приборные отсеки (2,27 т, 2,43 м) - предусмотрено их механическое соединение между собой при помощи пиротехнических замков и металлических лент.
Оснащение
Автоматическое и ручное управление, автоматическая ориентация на Солнце и ручная ориентация на Землю.
Жизнеобеспечение (предусмотрено на протяжении 10 суток поддержание внутренней атмосферы, соответствующей параметрам атмосферы Земли).
Командно-логическое управление, электропитание, терморегулирование, приземление.
Для работы человека
С целью обеспечения работы человека в космосе борт был оснащен следующей аппаратурой:
- автономные и радиотелеметрические устройства, необходимые для осуществления контроля состояния космонавта;
- устройства для радиотелефонной связи с наземными станциями;
- командная радиолиния;
- программно-временные устройства;
- телевизионная система для наблюдения за пилотом с Земли;
- радиосистема для осуществления контроля орбиты и пеленгации судна;
- тормозная двигательная установка и другие.
Устройство спускаемого аппарата
В спускаемом аппарате было два иллюминатора. Один из них располагался на входном люке, немного выше головы пилота, другой, со специальной системой ориентации, размещался в полу у его ног. Одетый в располагался в катапультируемом кресле. Предусматривалось, что после проведения торможения спускаемого аппарата на высоте 7 км космонавт должен катапультироваться и на парашюте совершить приземление. Кроме того, имелась возможность приземления пилота внутри самого аппарата. В спускаемом аппарате имелся парашют, но не было предусмотрено оснащение средствами для мягкой посадки. Это грозило находящемуся в нём человеку серьёзными ушибами при приземлении.
Если бы отказали автоматические системы, космонавт мог бы использовать ручное управление.
В кораблях «Восток» не было приспособлений для полётов человека на Луну. В них был недопустимым полёт людей без специальной подготовки.
Кто пилотировал корабли «Восток»?
Ю. А. Гагарин: первый космический корабль «Восток - 1». Фото внизу представляет изображение макета судна. Г. С. Титов: «Восток-2», А. Г. Николаев: «Восток-3», П.Р. Попович: «Восток-4», В. Ф. Быковский: «Восток-5», В. В. Терешкова: «Восток-6».
Заключение
108 минутами, в течение которых «Восток» совершил оборот вокруг Земли, была навсегда изменена жизнь планеты. Памятью об этих минутах дорожат не только историки. Живущими поколениями и нашими далекими потомками будут с уважением перечитываться документы, повествующие о рождении новой эры. Эры, которая открыла людям путь в бескрайние просторы Вселенной.
Насколько бы далеко ни продвинулось человечество в своем развитии, оно всегда будет помнить об этом удивительном дне, когда человек впервые оказался один на один с космосом. Люди всегда будут помнить бессмертное имя славного пионера космоса, которым стал обыкновенный русский человек - Юрий Гагарин. Все сегодняшние и завтрашние достижения космической науки можно считать шагами по его следу, результатом одержанной им победы - первой и самой главной.
100 лет назад отцы — основатели космонавтики вряд ли могли себе представить, что космические корабли будут выбрасывать на свалку после одного-единственного полета. Неудивительно, что первые проекты кораблей виделись многоразовыми и зачастую крылатыми. Долгое время - до самого начала пилотируемых полетов - они конкурировали на чертежных досках конструкторов с одноразовыми «Востоками» и «Меркуриями». Увы, большинство многоразовых кораблей так и остались проектами, а единственная система многократного применения, принятая в эксплуатацию (Space Shuttle), оказалась страшно дорогой и далеко не самой надежной. Почему так получилось?
Ракетостроение имеет в своей основе два источника - авиацию и артиллерию. Авиационное начало требовало многоразовости и крылатости, тогда как артиллерийское было склонно к одноразовому применению «ракетного снаряда». Боевые ракеты, из которых выросла практическая космонавтика, были, естественно, одноразовыми.
Когда дело дошло до практики, конструкторы столкнулись с целым комплексом проблем высокоскоростного полета, в числе которых - чрезвычайно высокие механические и тепловые нагрузки. Путем теоретических исследований, а также проб и ошибок инженеры смогли подобрать оптимальную форму боевой части и эффективные теплозащитные материалы. И когда на повестку дня встал вопрос о разработке реальных космических кораблей, проектанты оказались перед выбором концепции: строить космический «самолет» или аппарат капсульного типа, похожий на головную часть межконтинентальной баллистической ракеты? Поскольку космическая гонка шла в бешеном темпе, было выбрано наиболее простое решение - ведь в вопросах аэродинамики и конструкции капсула куда проще самолета.
Быстро выяснилось, что на техническом уровне тех лет сделать капсульный корабль многоразовым практически нереально. Баллистическая капсула входит в атмосферу с огромной скоростью, а ее поверхность может нагреваться до 2 500-3 000 градусов. Космический самолет, обладающий достаточно высоким аэродинамическим качеством, при спуске с орбиты испытывает почти вдвое меньшие температуры (1 300-1 600 градусов), но материалы, пригодные для его теплозащиты, в 1950-1960-е годы еще не были созданы. Единственной действенной теплозащитой была тогда заведомо одноразовая абляционная обмазка: вещество покрытия оплавлялось и испарялось с поверхности капсулы потоком набегающего газа, поглощая и унося при этом тепло, которое в противном случае вызвало бы недопустимый нагрев спускаемого аппарата.
Попытки разместить в единой капсуле все системы - двигательную установку с топливными баками, системы управления, жизнеобеспечения и энергопитания - вели к быстрому росту массы аппарата: чем больше размеры капсулы, тем больше масса теплозащитного покрытия (в качестве которой использовались, например, стеклотекстолиты, пропитанные фенольными смолами с довольно большой плотностью). Однако грузоподъемность тогдашних ракет-носителей была ограниченна. Решение было найдено в делении корабля на функциональные отсеки. «Сердце» системы обеспечения жизнедеятельности космонавта размещалось в относительно небольшой кабине-капсуле с тепловой защитой, а блоки остальных систем были вынесены в одноразовые отделяемые отсеки, естественно, не имевшие никакого теплозащитного покрытия. К такому решению конструкторов, как представляется, подталкивал и небольшой ресурс основных систем космической техники. Например, жидкостный ракетный двигатель «живет» несколько сотен секунд, а чтобы довести его ресурс до нескольких часов, нужно приложить очень большие усилия.
Предыстория многоразовых кораблей
Одним из первых технически проработанных проектов космического челнока был ракетоплан конструкции Ойгена Зенгера. В 1929 году он выбрал этот проект для докторской диссертации. По замыслу австрийского инженера, которому было всего 24 года, ракетоплан должен был выходить на околоземную орбиту, например, для обслуживания орбитальной станции, а затем возвращаться на Землю с помощью крыльев. В конце 1930-х - начале 1940-х годов в специально созданном закрытом научно-исследовательском институте он выполнил глубокую проработку ракетного самолета, известного как «антиподный бомбардировщик». К счастью, в Третьем рейхе проект реализован не был, но стал отправной точкой для многих послевоенных работ как на Западе, так и в СССР.
Так, в США, по инициативе В. Дорнбергера (руководителя программы V-2 в фашистской Германии), в начале 1950-х годов проектировался ракетный бомбардировщик Bomi, двухступенчатый вариант которого мог бы выходить на околоземную орбиту. В 1957 году американские военные начали работу над ракетопланом DynaSoar. Аппарат должен был выполнять особые миссии (инспекция спутников, разведывательно-ударные операции и др.) и в планирующем полете возвращаться на базу.
В СССР, еще до полета Юрия Гагарина, рассматривалось несколько вариантов крылатых пилотируемых аппаратов многоразового использования, таких как ВКА-23 (главный конструктор В.М. Мясищев), «136» (А.Н. Туполев), а также проект П.В. Цыбина, известный как «лапоток», разработанный по заказу С.П. Королева.
Во второй половине 1960-х годов в СССР в ОКБ А.И. Микояна, под руководством Г.Е. Лозино-Лозинского, велась работа над многоразовой авиационно-космической системой «Спираль», которая состояла из сверхзвукового самолета-разгонщика и орбитального самолета, выводимого на орбиту с помощью двухступенчатого ракетного ускорителя. Орбитальный самолет по размерности и назначению в общих чертах повторял DynaSoar, однако отличался формой и техническими деталями. Рассматривался и вариант запуска «Спирали» в космос с помощью ракеты-носителя «Союз».
Из-за недостаточного технического уровня тех лет ни один из многочисленных проектов многоразовых крылатых аппаратов 1950-1960 годов не вышел из стадии проектирования.
Первое воплощение
И все же идея многоразовости ракетно-космической техники оказалась живучей. К концу 1960-х годов в США и несколько позднее в СССР и Европе был накоплен изрядный задел в области гиперзвуковой аэродинамики, новых конструкционных и теплозащитных материалов. А теоретические исследования подкрепились экспериментами, в том числе полетами опытных летательных аппаратов, самым известным из которых был американский Х-15.
В 1969 году NASA заключило первые контракты с аэрокосмическими компаниями США на исследование облика перспективной многоразовой транспортной космической системы Space Shuttle (англ. - «космический челнок»). По прогнозам того времени, к началу 1980-х годов грузопоток «Земля-орбита-Земля» должен был составить до 800 тонн в год, и шаттлам предстояло ежегодно совершать 50- 60 полетов, доставляя на околоземную орбиту космические аппараты различного назначения, а также экипажи и грузы для орбитальных станций. Ожидалось, что стоимость выведения грузов на орбиту не превысит 1 000 долларов за килограмм. При этом от космического челнока требовалось умение возвращать с орбиты достаточно большие нагрузки, например дорогие многотонные спутники для ремонта на Земле. Надо отметить, что задача возврата грузов с орбиты в некоторых отношениях сложнее вывода их в космос. Например, на кораблях «Союз» космонавты, возвращаясь с Международной космической станции, могут взять менее сотни килограммов багажа.
В мае 1970 года, после анализа полученных предложений, NASA выбрало систему с двумя крылатыми ступенями и выдало контракты на дальнейшую проработку проекта фирмам North American Rockwell и McDonnel Douglas. При стартовой массе около 1 500 тонн она должна была выводить на низкую орбиту от 9 до 20 тонн полезного груза. Обе ступени предполагалось оснащать связками кислородно-водородных двигателей тягой по 180 тонн каждый. Однако в январе 1971 года требования были пересмотрены - выводимая масса выросла до 29,5 тонны, а стартовая- до 2 265 тонн. По расчетам, пуск системы стоил не более 5 миллионов долларов, но вот разработка оценивалась в 10 миллиардов долларов - больше, чем был готов выделить конгресс США (не будем забывать, что США вели в то время войну в Индокитае).
Перед NASA и фирмами-разработчиками встала задача - снизить стоимость проекта по крайней мере вдвое. В рамках полностью многоразовой концепции этого добиться не удалось: слишком сложно было разработать теплозащиту ступеней с объемистыми криогенными баками. Возникла идея сделать баки внешними, одноразовыми. Затем отказались и от крылатой первой ступени в пользу повторно используемых стартовых твердотопливных ускорителей. Конфигурация системы приобрела знакомый всем вид, а ее стоимость, около 5 миллиардов долларов, укладывалась в заданные пределы. Правда, затраты на запуск при этом выросли до 12 миллионов долларов, но это считалось вполне приемлемым. Как горько пошутил один из разработчиков, «челнок спроектировали бухгалтеры, а не инженеры».
Полномасштабная разработка Space Shuttle, порученная фирме North American Rockwell (позднее Rockwell International), началась в 1972 году. К моменту ввода системы в эксплуатацию (а первый полет «Колумбии» состоялся 12 апреля 1981 года - ровно через 20 лет после Гагарина) это был во всех отношениях технологический шедевр. Вот только затраты на его разработку превысили 12 миллиардов долларов. На сегодня стоимость одного пуска достигает и вовсе фантастических 500 миллионов долларов! Как же так? Ведь многоразовое в принципе должно быть дешевле одноразового (по крайней мере, в пересчете на один полет)?
Во-первых, не оправдались прогнозы по объемам грузопотока - он оказался на порядок меньше ожидавшегося. Во-вторых, компромисс между инженерами и финансистами не пошел на пользу эффективности челнока: стоимость ремонтно-восстановительных работ для ряда агрегатов и систем достигла половины стоимости их производства! Особенно дорого обходилось обслуживание уникальной керамической теплозащиты. Наконец, отказ от крылатой первой ступени привел к тому, что для повторного использования твердотопливных ускорителей пришлось организовывать дорогостоящие поисково-спасательные операции.
Кроме того, шаттл мог работать только в пилотируемом режиме, что существенно удорожало каждую миссию. Кабина с астронавтами не отделяется от корабля, из-за чего на некоторых участках полета любая серьезная авария чревата катастрофой с гибелью экипажа и потерей челнока. Это случилось уже дважды - с «Челленджером» (28 января 1986 года) и «Колумбией» (1 февраля 2003 года). Последняя катастрофа изменила отношение к программе Space Shuttle: после 2010 года «челноки» будут выведены из эксплуатации. На смену им придут «Орионы», внешне весьма напоминающие своего дедушку - корабль «Аполлон» - и обладающие многоразовой спасаемой капсулой экипажа.
«Гермес», Франция/ЕКА, 1979-1994. Орбитальный самолет, запускаемый вертикально ракетой «Ариан-5», садящийся горизонтально с боковым маневром до 1 500 км. Стартовая масса - 700 т, орбитальная ступень - 10-20 т. Экипаж - 3-4 человека, выводимый груз - 3 т, возвращаемый - 1,5 т
Челноки нового поколения
С момента начала реализации программы Space Shuttle в мире неоднократно предпринимались попытки создания новых многоразовых кораблей. Проект «Гермес» начали разрабатывать во Франции в конце 1970-х годов, а потом продолжили в рамках Европейского космического агентства. Этот небольшой космический самолет, сильно напоминавший проект DynaSoar (и разрабатываемый в России «Клипер»), должен был выводиться на орбиту одноразовой ракетой «Ариан-5», доставляя к орбитальной станции несколько человек экипажа и до трех тонн грузов. Несмотря на достаточно консервативную конструкцию, «Гермес» оказался Европе не по силам. В 1994 году проект, на который израсходовали около 2 миллиардов долларов, был закрыт.
Куда более фантастично выглядел проект беспилотного воздушно-космического самолета с горизонтальным взлетом и посадкой HOTOL (Horizontal Take-Off and Landing), предложенный в 1984 году фирмой British Aerospace. По замыслу, этот одноступенчатый крылатый аппарат предполагалось оснастить уникальной двигательной установкой, сжижающей в полете кислород из воздуха и использующей его в качестве окислителя. Горючим служил водород. Финансирование работ со стороны государства (три миллиона фунтов стерлингов) через три года прекратилось из-за необходимости огромных затрат на демонстрацию концепции необычного двигателя. Промежуточное положение между «революционным» HOTOL и консервативным «Гермесом» занимает проект воздушно-космической системы «Зенгер» (Sanger), разработанный в середине 1980-х годов в ФРГ. Первой ступенью в нем служил гиперзвуковой самолет-разгонщик с комбинированными турбопрямоточными двигателями. После достижения 4-5 скоростей звука с его спины стартовали либо пилотируемый воздушно-космический самолет «Хорус», либо одноразовая грузовая ступень «Каргус». Однако и этот проект не вышел из «бумажной» стадии, в основном по финансовым причинам.
Американский проект NASP был представлен президентом Рейганом в 1986 году как национальная программа воздушно-космического самолета. Этот одноступенчатый аппарат, который в прессе часто называли «Восточным экспрессом», имел фантастические летные характеристики. Их обеспечивали прямоточные воздушно-реактивные двигатели со сверхзвуковым горением, которые, по утверждениям специалистов, могли работать при числах Маха от 6 до 25. Однако проект столкнулся с техническими проблемами, и в начале 1990-х годов его закрыли.Советский «Буран» подавался в отечественной (да и в зарубежной) печати как безусловный успех. Однако, совершив единственный беспилотный полет 15 ноября 1988 года, этот корабль канул в Лету. Справедливости ради надо сказать, что «Буран» оказался не менее совершенен, чем Space Shuttle. А в отношении безопасности и универсальности применения даже превосходил заокеанского конкурента. В отличие от американцев советские специалисты не питали иллюзий по поводу экономичности многоразовой системы - расчеты показывали, что одноразовая ракета эффективнее. Но при создании «Бурана» основным был иной аспект - советский челнок разрабатывался как военно-космическая система. С окончанием «холодной войны» этот аспект отошел на второй план, чего не скажешь про экономическую целесообразность. А с ней у «Бурана» было плохо: его пуск обходился, как одновременный старт пары сотен носителей «Союз». Судьба «Бурана» была решена.
За и против
Несмотря на то что новые программы разработки многоразовых кораблей появляются как грибы после дождя, до сих пор ни одна из них не принесла успеха. Ничем окончились упомянутые выше проекты Hermes (Франция, ЕКА), HOTOL (Великобритания) и Sanger (ФРГ). «Завис» между эпохами МАКС - советско-российская многоразовая авиационно-космическая система. Потерпели неудачу и программы NASP (Национальный аэрокосмический самолет) и RLV (Многоразовая ракета-носитель) - очередные попытки США создать МТКС второго поколения на замену Space Shuttle. В чем же причина такого незавидного постоянства?
МАКС, СССР/Россия, с 1985 года. Многоразовая система с воздушным стартом, посадка горизонтальная. Взлетная масса - 620 т, вторая ступень (с топливным баком) - 275 т, орбитальный самолет - 27 т. Экипаж - 2 человека, полезная нагрузка - до 8 т. По утверждению разработчиков (НПО «Молния»), МАКС - наиболее близкий к реализации проект многоразового корабля
По сравнению с одноразовой ракетой-носителем создание «классической» многоразовой транспортной системы обходится крайне дорого. Сами по себе технические проблемы многоразовых систем решаемы, но стоимость их решения очень велика. Повышение кратности использования требует порой весьма значительного увеличения массы, что ведет к повышению стоимости. Для компенсации роста массы берутся (а зачастую изобретаются с нуля) сверхлегкие и сверхпрочные (и более дорогие) конструкционные и теплозащитные материалы, а также двигатели с уникальными параметрами. А применение многоразовых систем в области малоизученных гиперзвуковых скоростей требует значительных затрат на аэродинамические исследования.
И все же это вовсе не значит, что многоразовые системы в принципе не могут окупаться. Положение меняется при большом количестве пусков. Допустим, стоимость разработки системы составляет 10 миллиардов долларов. Тогда, при 10 полетах (без затрат на межполетное обслуживание), на один запуск будет отнесена стоимость разработки в 1 миллиард долларов, а при тысяче полетов - только 10 миллионов! Однако из-за общего сокращения «космической активности человечества» о таком числе пусков остается только мечтать… Значит, на многоразовых системах можно поставить крест? Тут не все так однозначно.
Во-первых, не исключен рост «космической активности цивилизации». Определенные надежды дает новый рынок космического туризма. Возможно, на первых порах окажутся востребованными корабли малой и средней размерности «комбинированного» типа (многоразовые версии «классических» одноразовых), такие как европейский Hermes или, что нам ближе, российский «Клипер». Они относительно просты, могут выводиться в космос обычными (в том числе, возможно, уже имеющимися) одноразовыми ракетами-носителями. Да, такая схема не сокращает затраты на доставку грузов в космос, но позволяет сократить расходы на миссию в целом (в том числе снять с промышленности бремя серийного производства кораблей). К тому же крылатые аппараты позволяют резко уменьшить перегрузки, действующие на космонавтов при спуске, что является несомненным достоинством.
Во-вторых, что особенно важно для России, применение многоразовых крылатых ступеней позволяет снять ограничения на азимут пуска и сократить затраты на зоны отчуждения, выделяемые под поля падения фрагментов ракет-носителей.
«Клипер», Россия, с 2000 года. Разрабатываемый новый космический корабль с многоразовой кабиной для доставки экипажа и грузов на околоземную орбиту и орбитальную станцию. Вертикальный запуск ракетой «Союз-2», посадка горизонтальная либо парашютная. Экипаж - 5-6 человек, стартовая масса корабля - до 13 т, посадочная масса - до 8,8 т. Ожидаемый срок первого пилотируемого орбитального полета - 2015 год
Гиперзвуковые двигатели
Наиболее перспективным типом двигательных установок для многоразовых воздушно-космических самолетов с горизонтальным взлетом некоторые специалисты считают гиперзвуковые прямоточные воздушно-реактивные двигатели (ГПВРД), или, как их чаще называют, прямоточные воздушно-реактивные двигатели со сверхзвуковым горением. Схема двигателя крайне проста - у него нет ни компрессора, ни турбины. Поток воздуха сжимается поверхностью аппарата, а также в специальном воздухозаборнике. Как правило, единственной подвижной частью двигателя является насос подачи горючего.
Основная особенность ГПВРД в том, что при скоростях полета, в шесть и более раз превышающих скорость звука, поток воздуха не успевает затормозиться во впускном тракте до дозвуковой скорости, и горение должно происходить в сверхзвуковом потоке. А это представляет известные сложности - обычно топливо не успевает сгорать в таких условиях. Долгое время считалось, что единственное горючее, пригодное для ГПВРД - водород. Правда, в последнее время получены обнадеживающие результаты и с горючими типа керосинов.
Несмотря на то что гиперзвуковые двигатели исследуются с середины 1950-х годов, до сих пор не изготовлено ни одного полноразмерного летного образца: сложность расчетов газодинамических процессов при гиперзвуковых скоростях требует проведения дорогостоящих натурных летных экспериментов. Кроме того, нужны жаропрочные материалы, стойкие к окислению при больших скоростях, а также оптимизированная система топливоподачи и охлаждения ГПВРД в полете.
Существенный недостаток гиперзвуковых двигателей - они не могут работать со старта, аппарат до сверхзвуковых скоростей надо разгонять другими, например, обычными турбореактивными двигателями. И, конечно, ГПВРД работает только в атмосфере, так что для выхода на орбиту понадобится ракетный двигатель. Необходимость ставить несколько двигателей на один аппарат значительно усложняет конструкцию воздушно-космического самолета.
Многогранная многократность
Варианты конструктивной реализации многоразовых систем весьма разнообразны. При их обсуждении не стоит ограничиваться только кораблями, надо сказать и о многоразовых носителях - грузовых многоразовых транспортных космических системах (МТКС). Очевидно, что для снижения стоимости разработки МТКС надо создавать беспилотными и не перегружать их избыточными, как у шаттла, функциями. Это позволит существенно упростить и облегчить конструкцию.
С точки зрения простоты эксплуатации наиболее привлекательны одноступенчатые системы: теоретически они значительно надежнее многоступенчатых, не требуют никаких зон отчуждения (например, проект VentureStar, создававшийся в США по программе RLV в середине 1990-х годов). Но их реализация находится «на грани возможного»: для создания таковых требуется снизить относительную массу конструкции не менее чем на треть по сравнению с современными системами. Впрочем, и двухступенчатые многоразовые системы могут обладать вполне приемлемыми эксплуатационными характеристиками, если использовать крылатые первые ступени, возвращаемые к месту старта по-самолетному.
Вообще МТКС в первом приближении можно классифицировать по способам старта и посадки: горизонтальному и вертикальному. Часто думают, что системы с горизонтальным стартом имеют преимущество, поскольку не требуют сложных пусковых сооружений. Однако современные аэродромы не способны принимать аппараты массой более 600-700 тонн, и это существенно ограничивает возможности систем с горизонтальным стартом. Кроме того, трудно представить себе космическую систему, заправленную сотнями тонн криогенных компонентов топлива, среди гражданских авиалайнеров, взлетающих и садящихся на аэродром по расписанию. А если учесть требования к уровню шума, то становится очевидным, что для носителей с горизонтальным стартом все равно придется строить отдельные высококлассные аэродромы. Так что у горизонтального взлета здесь существенных преимуществ перед вертикальным стартом нет. Зато, взлетая и садясь вертикально, можно отказаться от крыльев, что существенно облегчает и удешевляет конструкцию, но вместе с тем затрудняет точный заход на посадку и ведет к росту перегрузок при спуске.
В качестве двигательных установок МТКС рассматриваются как традиционные жидкостные ракетные двигатели (ЖРД), так и различные варианты и комбинации воздушно-реактивных (ВРД). Среди последних есть турбопрямоточные, которые могут разгонять аппарат «с места» до скорости, соответствующей числу Маха 3,5-4,0, прямоточные с дозвуковым горением (работают от М=1 до М=6), прямоточные со сверхзвуковым горением (от М=6 до М=15, а по оптимистичным оценкам американских ученых, даже до М=24) и ракетно-прямоточные, способные функционировать во всем диапазоне скоростей полета - от нулевых до орбитальных.
Воздушно-реактивные двигатели на порядок экономичнее ракетных (из-за отсутствия окислителя на борту аппарата), но при этом имеют и на порядок большую удельную массу, а также весьма серьезные ограничения на скорость и высоту полета. Для рационального использования ВРД требуется совершать полет при больших скоростных напорах, защищая при этом конструкцию от аэродинамических нагрузок и перегрева. То есть, экономя топливо - самую дешевую компоненту системы, - ВРД увеличивают массу конструкции, которая обходится гораздо дороже. Тем не менее ВРД, вероятно, найдут применение в относительно небольших многоразовых аппаратах горизонтального старта.
Наиболее реалистичными, то есть простыми и относительно дешевыми в разработке, пожалуй, являются два вида систем. Первый - типа уже упомянутого «Клипера», в которых принципиально новым оказался только пилотируемый крылатый многоразовый аппарат (или большая его часть). Небольшие размеры хоть и создают определенные трудности в части теплозащиты, зато уменьшают затраты на разработку. Технические проблемы для таких аппаратов практически решены. Так что «Клипер» - это шаг в правильном направлении.
Второй - системы вертикального пуска с двумя крылатыми ракетными ступенями, которые могут самостоятельно вернуться к месту старта. Особых технических проблем при их создании не ожидается, да и подходящий стартовый комплекс можно, наверное, подобрать из числа уже построенных.
Подводя итог, можно полагать, что будущее многоразовых космических систем безоблачным не будет. Им придется отстаивать право на существование в суровой борьбе с примитивными, но надежными и дешевыми одноразовыми ракетами.
Дмитрий Воронцов, Игорь Афанасьев
Это были простейшие (насколько вообще космический корабль может быть простым) аппараты, которым была уготована славная история: первый полет человека в космос, первый суточный космический полет, первый сон космонавта на орбите (Герман Титов умудрился при этом еще и проспать сеанс связи), первый групповой полет двух кораблей, первая женщина в космосе и даже такое достижение, как первое применение космического туалета, осуществленное Валерием Быковским на корабле Восток-5.
О последнем хорошо написал Борис Евсеевич Черток в своих мемуарах "Ракеты и люди":
"18 июня утром внимание Госкомиссии и всех собравшихся на нашем КП «болельщиков» переключилось с «Чайки» на «Ястреба». Хабаровск по КВ-каналу принял сообщение Быковского: «В 9 часов 05 минут был космический стук». Королев и Тюлин немедленно начали разработку перечня вопросов, которые надо будет задать Быковскому при появлении его в нашей зоне связи, чтобы понять сколь велика опасность, грозящая кораблю.
Кому-то было уже дано задание рассчитать величину метеорита, которая достаточна для того, чтобы космонавт услышал «стук». Ломали голову и над тем, что может произойти на случай соударения, но без потери герметичности. Допрос Быковского поручили вести Каманину.
В начале сеанса связи на вопрос о характере и районе стука «Ястреб» ответил, что не понимает, о чем идет речь. После напоминания о радиограмме, переданной в 9.05, и повторения «Зарей» ее текста Быковский сквозь смех ответил: «Был не стук, а стул. Стул был, понимаете?» Все слушавшие ответ дружно расхохотались. Космонавту пожелали дальнейших успехов и передали, что его вернут на Землю, несмотря на отважный поступок, в начале шестых суток.
Инцидент с «космическим стулом» вошел в устную историю космонавтики как классический пример неудачного использования медицинской терминологии в канале космической связи."
Поскольку Восток-1 и Восток-2 летали по одиночке, а Востоки 3 и 4 и Востоки 5 и 6, летавшие парами, находились далеко друг от друга, не существует ни одной фотографии этого корабля на орбите. Можно разве что посмотреть кинозаписи с полета Гагарина в этом видео от телестудии Роскосмоса:
А устройство корабля мы изучим на музейных экспонатах. В Калужском музее космонавтики установлен макет корабля Восток в натуральную величину:
Здесь мы видим спускаемый аппарат сферической формы с иллюминатором хитрой конструкции (о нем отдельно еще поговорим) и антеннами радиосвязи, прикрепленный четырьмя стальными лентами к приборно-агрегатному отсеку. Крепежные ленты соединены сверху замком, который разъединяет их для отделения СА от ПАО перед входом в атмосферу. Слева видна пачка кабелей от ПАО, прикрепленная к СА солидных размеров разъемом. Второй иллюминатор расположен с обратной стороны СА.
На ПАО расположены 14 шар-баллонов (я уже писал о том, почему в космонавтике так любят делать баллоны в виде шариков) с кислородом для системы жизнеобеспечения и азотом для системы ориентации. Ниже на поверхности ПАО видны трубки от шар-баллонов, электроклапаны и сопла системы ориентации. Эта система выполнена по самой простой технологии: азот посредством электроклапанов подается в нужных количествах к соплам, откуда вырывается в космос, создавая реактивный импульс, разворачивающий корабль в нужную сторону. Недостатками системы являются крайне низкий удельный импульс и малое суммарное время работы. Разработчиками не предполагалось, что космонавт будет вертеть кораблем туда-сюда, а обойдется тем видом в иллюминатор, который предоставит ему автоматика.
На этой же боковой поверхности располагаются солнечный датчик и датчик инфракрасной вертикали. Эти слова только выглядят страшно заумными, на самом деле все достаточно просто. Для торможения корабля и схода с орбиты его нужно развернуть "хвостом вперед". Для этого нужно выставить положение корабля по двум осям: тангажу и рысканью. По крену не так обязательно, но это делалось попутно. Сперва система ориентации выдавала импульс на вращение корабля по тангажу и крену и останавливала это вращение как только инфракрасный датчик ловил максимум теплового излучения от поверхности Земли. Это называется "выставить инфракрасную вертикаль". Благодаря этому сопло двигателя становилось направлено горизонтально. Теперь нужно направить его строго вперед. Корабль разворачивался по рысканью до тех пор, пока солнечный датчик не фиксировал максимальную освещенность. Проводилась такая операция в строго заданный программно момент, когда положение Солнца было именно таким, чтобы при направленном на него солнечном датчике сопло двигателя оказалось направленным строго вперед, по ходу движения. После этого также под управлением программно-временного устройства запускалась тормозная двигательная установка, снижавшая скорость корабля на 100 м/с, что было достаточно для схода с орбиты.
Ниже, на конической части ПАО установлен еще один комплект антенн радиосвязи и жалюзи, под которыми прячутся радиаторы системы терморегулирования. Открыванием и закрыванием разного количества жалюзи космонавт может выставлять комфортную для него температуру в кабине корабля. Ниже всего расположено сопло тормозной двигательной установки.
Внутри ПАО расположены остальные элементы ТДУ, баки с горючим и окислителем для нее, батарея серебряно-цинковых гальванических элементов, система терморегуляции (помпа, запас теплоносителя и трубки к радиаторам) и система телеметрии (куча различных датчиков, отслеживавших состояние всех систем корабля).
Из-за ограничений по габаритам и массе, продиктованных конструкцией ракеты-носителя, резервная ТДУ туда бы просто не влезла, поэтому для Востоков был применен несколько необычный аварийный способ схода с орбиты на случай отказа ТДУ: корабль выводился на такую низкую орбиту, на которой он зароется в атмосферу сам спустя неделю полета, а система жизнеобеспечения рассчитана на 10 дней, так что космонавт остался бы жив, хоть приземление произошло бы черти где.
Теперь перейдем к устройству спускаемого аппарата, являвшегося кабиной корабля. В этом нам поможет другой экспонат Калужского музея космонавтики, а именно подлинник СА корабля Восток-5, на котором с 14 по 19 июня 1963 года летал Валерий Быковский.
Масса аппарата 2,3 тонны, и почти половину ее составляет масса теплозащитного абляционного покрытия. Именно поэтому спускаемый аппарат Востока выполнили в виде шара (самая маленькая площадь поверхности из всех геометрических тел) и именно поэтому все системы, не нужные при посадке, вывели в негерметичный приборно-агрегатный отсек. Это позволило сделать СА насколько возможно маленьким: его наружный диаметр составлял 2,4 м, а в распоряжении космонавта было всего 1,6 кубометра объема.
Космонавт в скафандре СК-1 (скафандр космический первой модели) располагался на катапультируемом кресле, которое имело двойное назначение.
Это была система аварийного спасения в случае аварии ракеты-носителя на старте или на этапе выведения, а также это была штатная система приземления. После торможения в плотных слоях атмосферы на высоте 7 км космонавт катапультировался и спускался на парашюте отдельно от аппарата. Он, конечно, мог и в аппарате приземлиться, но сильный удар при касании земной поверхности мог привести к травме космонавта, хоть и не был смертельным.
Более детально отфотографировать интеръер спускаемого аппарата мне удалось на макете оного в московском музее космонавтики.
Слева от кресла располагается пульт управления системами корабля. Он позволял регулировать температуру воздуха в корабле, контролировать газовый состав атмосферы, осуществлять запись переговоров космонавта с землей и всего прочего, что говорил космонавт, на магнитофон, открывать и закрывать шторки иллюминаторов, регулировать яркость внутрикабинного освещения, включать и выключать радиостанцию и включить ручную систему ориентации в случае отказа автоматической. Тумблеры ручной системы ориентации находятся на торце пульта под защитным колпаком. На Востоке-1 они были заблокированы кодовым замком (его клавиатура видна чуть выше), так как врачи боялись, что человек в невесомости сойдет с ума, и введение кода считалось тестом на вменяемость.
Прямо перед креслом установлена приборная панель. Это просто кучка показометров, по которым космонавт мог определить время полета, давление воздуха в кабине, газовый состав воздуха, давление в баках системы ориентации и свое географическое положение. Последнее показывал глобус с часовым механизмом, поворачивающийся по ходу полета.
Ниже приборной панели находится иллюминатор с инструментом "Взор" для ручной системы ориентации.
Пользоваться им очень просто. Разворачиваем корабль по крену и тангажу до тех пор, пока в кольцевой зоне по краю иллюминатора не увидим земной горизонт. Там просто зеркала стоят вокруг иллюминатора, и горизонт в них виден весь только когда аппарат развернут этим иллюминатором строго вниз. Таким образом вручную выставляется инфракрасная вертикаль. Далее разворачиваем корабль по рысканью до тех пор, пока бег земной поверхности в иллюминаторе не совпадет с направлением нарисованных на нем стрелок. Все, ориентация выставлена, а момент включения ТДУ подскажет метка на глобусе. Недостатком системы является то, что пользоваться ей можно только на дневной стороне Земли.
Теперь посмотрим, что находится справа от кресла:
Ниже и правее приборной панели видна откидная крышка. Под ней прячется радиостанция. Ниже этой крышки видна торчащая из кармашка ручка АСУ (ассенизационно-санитарного устройства, то есть туалета). Правее АСУ расположен небольшой поручень, а рядом с ним рукоятка управления ориентацией корабля. Выше рукоятки укреплена телекамера (еще одна камера была между приборной панелью и иллюминатором, но на этом макете ее нет, зато она видна в корабле Быковского на фото выше), а правее - несколько крышек контейнеров с запасом продовольствия и питьевой воды.
Вся внутренняя поверхность спускаемого аппарата обтянута белой мягкой тканью, так что кабина выглядит довольно уютно, хоть там и тесно, как в гробу.
Вот такой он, первый в мире космический корабль. Всего слетало 6 пилотируемых кораблей Восток, но на основе этого корабля и по сей день эксплуатируют беспилотные спутники. Например, Биом, предназначенный для опытов над животными и растениями в космосе:
Или топографический спутник Комета, спускаемый аппарат которого любой желающий может увидеть и потрогать во дворе Петропавловской крепости в Санкт-Петербурге:
Для пилотируемых полетов сейчас такая система, конечно, безнадежно устарела. Даже тогда, в эпоху первых космических полетов, это был довольно опасный аппарат. Вот, что пишет об этом в своей книге "Ракеты и люди" Борис Евсеевич Черток:
"Если бы сейчас положили на полигоне корабль «Восток» и все современные главные, сели бы и посмотрели на него, никто не проголосовал бы пускать такой ненадёжный корабль. Я тоже подписал документы, что у меня все в порядке, гарантирую безопасность полёта. Сегодня я бы никогда этого не подписал. Получил огромный опыт и понял, как сильно мы рисковали."