Траектория жизни. Между вчера и завтра

Говоря о «Востоке», я уже упоминал различные формы тел, оптимальных с точки зрения объема, веса, теплозащиты и подъемной силы. На этот раз все эти формы были исследованы заново, и выбор пал на усеченный конус с небольшим, в несколько градусов, углом раскрытия конуса, нижний и верхний обрезы которого закрыты сферическими сегментами, летящий нижним (большим) основанием вперед. Подобную форму имеет круглая автомобильная фара. Такая форма при смещении центра масс от оси симметрии позволяет при движении в атмосфере получить аэродинамическую подъемную силу, действующую в плоскости, проходящей через центр масс и ось симметрии аппарата. Спускаемые аппараты всех американских кораблей также имели форму «обратного» конуса — «Меркури» и «Джемини» с углом раскрытия около 55 градусов, а «Аполлон» — более 60 градусов. У «Союза» угол раскрытия был всего 14 градусов. У «Аполлона» аэродинамическое качество было несколько выше. Но, с другой стороны, у «Союза» получался больший объем при том же диаметре аппарата, проще решалась задача центровки и размещения оборудования, мы могли уложиться в меньшие размеры.

Итак, спуск корабля должен был быть управляемым, и разброс точек приземления мог не превышать нескольких десятков километров и в перспективе мог быть снижен до нескольких километров. Управление положением точки приземления достигалось изменением вертикальной составляющей подъемной силы спускаемого аппарата за счет поворота его вокруг продольной оси, так как при этом вместе с корпусом поворачивается и аэродинамическая подъемная сила. Перегрузки при спуске должны были составлять до 3–4 единиц (у «Востока» 8–10). Система посадки включала парашюты и твердотопливные двигатели, которые, включаясь на высоте 1–2 метра, должны были гасить скорость примерно до 4 метров в секунду.

В «Востоке» и во всех американских космических кораблях спускаемые аппараты располагались в головной части комплекса «носитель — корабль». И это понятно. В случае аварии ракеты при такой схеме легче отделить аппарат с космонавтами и увести его от ракеты. А в «Союзе» впереди спускаемого аппарата располагается еще орбитальный отсек. В свое время мы очень много думали и спорили над этим. И вот какие возникли доводы в пользу такой, в общем-то, не очень удобной, с точки зрения аварийного спасения, компоновки. Все корабли, созданные до «Союза», были рассчитаны на сравнительно кратковременные полеты, до двух недель. В этом случае космонавты, когда их два-три человека, могу потерпеть друг друга в едином помещении, однако комфорта при этом, мягко говоря, немного. Попробуйте втроем сесть в бочку диаметром два метра, большая часть объема которой занята оборудованием, и провести в ней безвылазно недельку: работать, и есть, и спать, тут же, разумеется, должен быть и туалет.

Мы решили сделать жилую часть «Союза» «двухкомнатной». Один отсек спускаемый аппарат, в котором должны находиться космонавты на участках выведения на орбиту и спуска на Землю. Другой — орбитальный отсек для работы на орбите. Здесь же туалет. Естественно, орбитальному отсеку не нужна тепловая защита — он отделится перед входом в атмосферу вместе с приборно-агрегатным отсеком.

Конечно, двухкомнатная квартира удобнее, это понятно. Но ведь так сложнее устроить аварийное спасение. Почему бы орбитальный отсек не разместить между спускаемым аппаратом и приборно-агрегатным отсеком? Ведь если спускаемый аппарат разместить впереди, система аварийного спасения легко устанавливается прямо на спускаемый аппарат. Но в этом случае возникает необходимость сделать переходной люк-лаз в лобовом теплозащитном экране, а это приводит к всевозможным техническим и технологическим сложностям. Например, космонавтам пришлось бы лезть под кресла для перехода в орбитальный отсек. Кресла можно было бы сделать откидными. Но дело еще и в том, что именно здесь, возле лобового экрана, в целях обеспечения нужной центровки аппарата должна располагаться основная масса оборудования. И свободного объема в этом месте быть не должно, и перевернуть спускаемый аппарат нельзя — тогда стыковочное устройство будет в лобовом теплозащитном экране. И потом, если спускаемый аппарат перевернуть, космонавты на старте будут не лежать в креслах, а висеть на ремнях, и перегрузки на участке выведения на орбиту (а они достигают четырех «же») будут действовать не в самом благоприятном направлении, а в направлении спина — грудь. Сделать поворотные кресла — это усложнение чрезмерное: понадобятся специальные механизмы и, главное, потребуется дополнительное пространство. Можно было бы просто не «сажать» космонавтов в кресле вниз животом, а подвесить в специальных ложементах. Но неудобно все это, и вообще «не годится!».

Рассматривали другие варианты. И в конце концов пришли к решению: спускаемый аппарат нужно располагать теплозащитным экраном вниз и между орбитальным и приборно-агрегатным отсеками. Конечно, при этом космонавтам будет трудно визуально наблюдать за сближением и причаливанием кораблей — ведь впереди орбитальный отсек. Поэтому решили применить перископ. Обзор через него хуже, но работа с ним все же особой сложности не представляет. Решение проектных задач часто заканчивается компромиссом: хочешь иметь преимущества плати недостатками. Без этого практически не бывает.

Для спасения космонавтов при аварии на начальном участке приняли решение отрывать в этом случае спускаемый аппарат вместе с орбитальным отсеком от остальной части корабля и ракеты с последующим их разделением. Но в этом решении имелась одна сложность: в случае аварии для увода от носителя пришлось бы тянуть корабль за орбитальный отсек, что привело бы к необходимости делать этот отсек неоправданно прочным (с точки зрения нагрузок, действующих при нормальном полете), а следовательно, тяжелее. Поэтому решили установить двигатели системы спасения на головном обтекателе, механизмы которого должны были при аварии подхватывать корабль в месте соединения орбитального отсека со спускаемым аппаратом и тянуть их оба вверх, а потом, уже после ухода от аварийного носителя, они разделялись.

Читатель вправе недоумевать: зачем так много технических подробностей? Кому это может быть интересно? Ну во-первых, простое тщеславие. Хочется проиллюстрировать «неотразимую» логику инженерной мысли. Но есть и «во-вторых»: одновременно это иллюстрация нашей полной неподготовленности к генерированию достаточно логически стройных и смелых решений. Как бы сейчас я поступил с решением только что названных чисто технических проблем? Для полета к орбитальной станции надо было лететь без орбитального отсека, спускаемый аппарат со стыковочным узлом располагать сверху. Для полета автономного лететь с орбитальным отсеком, располагаемым под спускаемым аппаратом между ним и приборно-агрегатным отсеком. Орбитальный отсек должен быть снабжен упрощенным стыковочным узлом, который используется после выведения корабля на орбиту, когда спускаемый аппарат с помощью простейшего механизма отводится от орбитального отсека, разворачивается на 180 градусов и уже через стыковочный узел соединяется с орбитальным отсеком. После этого экипаж может работать и в спускаемом аппарате, и в орбитальном отсеке. В этом варианте можно было бы получить дополнительные лимиты массы для транспортного варианта (а он должен был рано или поздно стать основным), несколько увеличить его размер и обойти ряд других трудностей. То есть в данном случае решением проблемы был бы отказ от надуманной универсальности. Попытка найти универсальное решение — это ведь попытка убить одним выстрелом двух зайцев. Соблазнительно, конечно, но надо каждый раз смотреть, во что это обойдется. В нашей ситуации поиск универсальности явно был надуманным: мы нечетко поставили перед собой задачу. Наверное, можно было бы предложить даже и более эффектные варианты. Работа проектанта и состоит в том, чтобы найти оптимальное решение. Так что проект «Союза» на самом деле был отнюдь не совершенным (просто спорщики мы были более активные и настырные), хотя его конструкция и эксплуатируется уже более тридцати лет.

Приборно-агрегатный отсек был сделан из двух частей. Герметичной, с различной аппаратурой, и негерметичной, с двигательной установкой, предназначенной как для маневрирования на орбите, так и для торможения перед возвращением на Землю. Было решено установить два двигателя: основной и дублирующий. А для управления ориентацией и причаливанием использовать группы двигателей малой тяги со своими топливными баками и прочим оборудованием.

Очень быстро мы в наших проектных прикидках добрались до предела весовых возможностей. Так уже случалось: тому накинешь с десяток килограммов, другому чуть уступишь. Теперь уже, в отличие от «Востока», мы стремились к установке новой современной аппаратуры. И, требуя лучших характеристик, вынуждены были уступать в весе. Практически ничего легче не стало. В результате регулярно возникали проблемы. Так возник у меня конфликт с Володей Молодцовым. Ворчал он уже давно, но пришло время, и он занял категорическую позицию. «У нас ничего не получается, нет никакого резерва веса, и нам не выпутаться; это все вы (то есть я) виноваты, добренький очень, всем уступаете». И так далее, и тому подобное. А был он хороший, толковый проектант. Но меня тоже зашкалило (очень было обидно: что я, сам не понимаю положения?!). Я перевел его с работ по «Союзу» на текущие работы по «Востоку», а потом по «Восходу». Это, конечно, с моей стороны было жестоко и несправедливо. Но он был не одинок в своем скепсисе. Многие тогда считали, что «Союз» не получится.

Уже в середине 1962 года были подготовлены первые исходные данные для разработки технической документации и началась работа над эскизным проектом. Сразу возникли большие трудности. Больше всего было положено трудов на обеспечение спуска и посадки корабля. Детально исследовались аэродинамические и тепловые характеристики, характеристики устойчивости и управляемости спускаемого аппарата. Много хлопот доставило теплозащитное покрытие, оно тоже теперь было другое по составу и конструкции. А следовательно, нужны были новые технология и оснастка для нанесения тепловой защиты и проверки ее работоспособности. Пришлось заказать новую двигательную установку, систему управляющих двигателей и массу других новых агрегатов. Нелегко было добиться требуемого уровня надежности и точности от всей этой новой аппаратуры и оборудования.

В процесс создания машины входят, кроме проектирования и разработок, испытания корабля и его систем. Отсеки и отдельные блоки корабля с установленным на нем оборудованием испытывались в барокамерах (тепловой режим и герметичность), при различных перепадах давлений, на вибростендах, в лабораториях прочности. На специальных наземных стендах многократно проверялись системы разделения блоков корабля, механизмы раскрытия антенн и солнечных батарей, система сброса головного обтекателя и все такое прочее. Специальные стенды были созданы для отработки и проверки функционирования системы сближения и стыковки, для отработки двигательных установок корабля. Наиболее сложные и напряженные испытания системы корабля — те, которые проходят в натуральных условиях. Так, работа системы приземления проверялась при сбросах экспериментальных макетов с самолетов, плавучесть спускаемого аппарата — в море, система аварийного спасения — на установках, имитировавших аварию ракеты на старте. Каждые из этих испытаний, как правило, приводили к необходимости уточнений в конструкции и доработкам.

Уже говорилось о сложности электрических цепей «Востока», которая предстала наглядно, когда приборы и соединяющие их кабели впервые расставили и разложили на столах. При работе над «Союзом» создателей корабля порой охватывал просто страх: сотни приборов, тысячи деталей, десятки километров проводов. И все это должно быть соединено в работающее целое. Описание только логики работы, программ автоматики составило целый том. И это притом, что эту логику старались сделать максимально простой и надежной. Кое-кто опять засомневался: удастся ли вытянуть всю эту сложную логику и автоматику? Как-то, когда я уже проходил в ЦПК подготовку к полету на «Восходе», встретил меня ведущий разработчик системы ориентации и управления движением корабля «Союз» Башкин, который с нами начинал работать еще над «Востоком». И говорит: