Заметки конспектировавшего
… Эти записи лекций родились почти случайно. К моменту чтения лекций я уже четыре года служил преподавателем на военной кафедре МФТИ.
Имея за плечами семилетний стаж службы на космодроме Байконур, столкнувшись там с живыми свидетелями истории, я ощущал, как судьба Байконура обрастает легендами, выдуманными и невыдуманными историями, курьезными и трагическими, глубоко символическими и просто бытовыми. И возможность пообщаться с Великим Раушенбахом, творцом эпохи становления российской космонавтики представлялась несомненной удачей.
Впрочем, это было не первая моя встреча с Борисом Викторовичем. Еще в 1979 г., будучи студентом Физтеха, я застал тот период, когда БВР читал курс систем управления космическими аппаратами в Подлипках, а в те же дни по вечерам в концертном зале МФТИ лекции по пространственным построениям в живописи и истории древнерусской иконы. Так и мотался следом за ним почти всю весну. Спецкурс в Подлипках читался всего для нескольких физтеховских групп, а поскольку автобус Долгопрудный – Мытищи №24 регулярно чуть опаздывал, то невольно опаздывал и я, входя в аудиторию после того, как БВР уже начал лекцию. Он никогда не делал замечаний опоздавшему и только сопровождал его выразительным взглядом.
К весне 1993 г. в прессе появилось достаточно публикаций о малоизвестных страницах космонавтики, практически полностью сняв завесу секретности с многих событий. И все, что мне довелось услышать, фактически дополняло и уточняло мои представления.
Посещения лекций так и остались для меня небольшой страничкой пополнения общей эрудиции, если бы осенью 1994 года не телефонный звонок из редакции издававшегося в то время «Phystech Journal» с вопросом: «У вас сохранился конспект лекций Раушенбаха?» - «А почему бы вам самим не обратиться к Борису Викторовичу?» - «Мы обращались, но он сказал, что читал все с чистого листа и у него никаких записей нет. Но к нему на лекции ходил какой-то майор и все записывал…» И я принялся за расшифровку своих записей, хотя к тому моменту уже был подполковником. Естественно, что расшифровки надо было показать БВР… Договорился о встрече, пришел на кафедру теормеха, которой БВР заведовал в тот момент, он пролистал, сказал: «Ну, в общем, я это говорил…» и после этого мы неоднократно встречались, корректируя неточности устного изложения, а иногда и стилистику. Например, БВР рассказывал, как ему трудно пришлось без СП (Королева), что его преемник, В.П. Мишин, в какой-то момент оказался в сильной зависимости от извечной «русской болезни», что даже иногда был не в состоянии подписывать документы. БВР прочел, задумался, потом сказал: «Ну, не будем обижать Василия Павловича…» и вычеркнул неудачный абзац…
Надо заметить, что начало циклу лекций, было положено еще в конце 1992 г. Но мой конспект 1-ой части лекций был отвергнут БВР, по той простой причине, что лекции 1992 г. читались на основе подготовленной им книги «Герман Оберт», в чем я смог убедиться в последствии прочитав ее.
Эти лекции предшествовали книгам Бориса Викторовича, написанным им в последующие годы – «Прикосновение» и «Постскриптум», познакомится с которыми, я настойчиво рекомендую всем интересующимся ролью личности в истории космонавтики.
Фрагментарность приведенной здесь записи лекций с избытком может компенсировать для любознательного читателя с книгой в 4-х томах соратника БВР, также являющегося одним из заведующих кафедр на факультете аэрофизики и космических исследований в МФТИ, Бориса Евсеевича Чертка «Ракеты и люди».
Просматривая этот конспект сейчас, 13 лет спустя, и являясь теперь сотрудником челомеевского «НПО машиностроения», познакомившись с людьми, лично знавшими Генерального Конструктора В.Н.Челомея, я все менее соглашаюсь с раушенбаховскими оценками неконструктивности политики «конкурирующей фирмы». В те годы, о которых идет речь в лекциях, это был очень молодой по составу и по-хорошему амбициозный коллектив, сумевший создать целый ряд замечательных ракетных комплексов. Но переделывать ничего не хочу и не имею права, даже не добавляю инициалов к фамилиям многих упомянутых лиц, чтобы сохранить живую речь человека, которого считаю своим учителем.
Имея за плечами семилетний стаж службы на космодроме Байконур, столкнувшись там с живыми свидетелями истории, я ощущал, как судьба Байконура обрастает легендами, выдуманными и невыдуманными историями, курьезными и трагическими, глубоко символическими и просто бытовыми. И возможность пообщаться с Великим Раушенбахом, творцом эпохи становления российской космонавтики представлялась несомненной удачей.
Впрочем, это было не первая моя встреча с Борисом Викторовичем. Еще в 1979 г., будучи студентом Физтеха, я застал тот период, когда БВР читал курс систем управления космическими аппаратами в Подлипках, а в те же дни по вечерам в концертном зале МФТИ лекции по пространственным построениям в живописи и истории древнерусской иконы. Так и мотался следом за ним почти всю весну. Спецкурс в Подлипках читался всего для нескольких физтеховских групп, а поскольку автобус Долгопрудный – Мытищи №24 регулярно чуть опаздывал, то невольно опаздывал и я, входя в аудиторию после того, как БВР уже начал лекцию. Он никогда не делал замечаний опоздавшему и только сопровождал его выразительным взглядом.
К весне 1993 г. в прессе появилось достаточно публикаций о малоизвестных страницах космонавтики, практически полностью сняв завесу секретности с многих событий. И все, что мне довелось услышать, фактически дополняло и уточняло мои представления.
Посещения лекций так и остались для меня небольшой страничкой пополнения общей эрудиции, если бы осенью 1994 года не телефонный звонок из редакции издававшегося в то время «Phystech Journal» с вопросом: «У вас сохранился конспект лекций Раушенбаха?» - «А почему бы вам самим не обратиться к Борису Викторовичу?» - «Мы обращались, но он сказал, что читал все с чистого листа и у него никаких записей нет. Но к нему на лекции ходил какой-то майор и все записывал…» И я принялся за расшифровку своих записей, хотя к тому моменту уже был подполковником. Естественно, что расшифровки надо было показать БВР… Договорился о встрече, пришел на кафедру теормеха, которой БВР заведовал в тот момент, он пролистал, сказал: «Ну, в общем, я это говорил…» и после этого мы неоднократно встречались, корректируя неточности устного изложения, а иногда и стилистику. Например, БВР рассказывал, как ему трудно пришлось без СП (Королева), что его преемник, В.П. Мишин, в какой-то момент оказался в сильной зависимости от извечной «русской болезни», что даже иногда был не в состоянии подписывать документы. БВР прочел, задумался, потом сказал: «Ну, не будем обижать Василия Павловича…» и вычеркнул неудачный абзац…
Надо заметить, что начало циклу лекций, было положено еще в конце 1992 г. Но мой конспект 1-ой части лекций был отвергнут БВР, по той простой причине, что лекции 1992 г. читались на основе подготовленной им книги «Герман Оберт», в чем я смог убедиться в последствии прочитав ее.
Эти лекции предшествовали книгам Бориса Викторовича, написанным им в последующие годы – «Прикосновение» и «Постскриптум», познакомится с которыми, я настойчиво рекомендую всем интересующимся ролью личности в истории космонавтики.
Фрагментарность приведенной здесь записи лекций с избытком может компенсировать для любознательного читателя с книгой в 4-х томах соратника БВР, также являющегося одним из заведующих кафедр на факультете аэрофизики и космических исследований в МФТИ, Бориса Евсеевича Чертка «Ракеты и люди».
Просматривая этот конспект сейчас, 13 лет спустя, и являясь теперь сотрудником челомеевского «НПО машиностроения», познакомившись с людьми, лично знавшими Генерального Конструктора В.Н.Челомея, я все менее соглашаюсь с раушенбаховскими оценками неконструктивности политики «конкурирующей фирмы». В те годы, о которых идет речь в лекциях, это был очень молодой по составу и по-хорошему амбициозный коллектив, сумевший создать целый ряд замечательных ракетных комплексов. Но переделывать ничего не хочу и не имею права, даже не добавляю инициалов к фамилиям многих упомянутых лиц, чтобы сохранить живую речь человека, которого считаю своим учителем.
Сергей Николаевич Иванов, преподаватель ФВО МФТИ, ведущий инженер «НПО машиностроения»
Лекция 1, 25 марта 1993 г.
В минувшем году был дан обзор развития ракетной техники от самого зарождения идеи о космическом полете и до уровня, достигнутого к окончанию второй мировой войны. Рассмотрим события, непосредственно связанные с космическими полетами. Ниже речь пойдет о вещах несекретных, но малоизвестных. В первые послевоенные годы форсированными темпами была создана знаменитая ракета Р-7, поставленная на боевое дежурство как межконтинентальная баллистическая ракета (МБР), которой суждено было стать и первым космическим носителем. Технические достижения в области ракетной техники позволили СССР закрепиться в числе сверхдержав, переменить политическую обстановку коренным образом и удержать мир от третьей мировой войны. Примерно в 1957 г. единая линия ракетостроения распалась на две - баллистические ракеты и космические носители. Геометрические и весовые характеристики баллистических ракет уменьшались, поскольку совершенствование ядерного оружия позволило снижать вес боеголовок, сохраняя при этом тротиловый эквивалент, и, кроме того, повышение точности стрельбы привело к уменьшению мощности зарядов, обеспечивая при этом гарантированное поражение высокозащищенных объектов - шахтных пусковых установок и командных пунктов. Недостатком больших БР является их уязвимость, причем шахтные старты и пусковые устройства баллистических ракет подводных лодок обеспечивают тем большую защищенность ракет, чем меньше их геометрические размеры. Космические носители, наоборот, увеличивались в размерах, поскольку объем и вес полезных нагрузок возрастали.
Естественно задать вопрос о том, когда С.П.Королев приступил к работам по выведению на орбиты спутников. Как ни парадоксально, но сразу же после того, как первая отечественная баллистическая ракета Р-1 во многом была скопирована с немецкой А4 фон Брауна. На базе Р-1 были разработаны две модификации: Р-1А («А»академическая) - боевая ракета под академическую полезную нагрузку. С.П.Королев еще за десять лет до запуска первого спутника предложил Академии наук СССР поднять на высоту 80 км полезную нагрузку весом 500 кг. Для этого проекта были даже разработаны специальные газовые заборники для исследования состава атмосферы. До войны полагали, что верхние слои атмосферы состоят в основном из водорода, как из наиболее легкого газа. Однако в последствии выяснилось, что химический состав атмосферы практически одинаков по всей высоте. Мало кто предполагал, что в атмосфере идет такой интенсивный процесс перемешивания. Головные части должны были опускаться на Землю уже на парашюте. В 1951 г. была образована комиссия под официальным руководством академика Благонравова, известного своими работами в области артиллерии, была составлена научная программа по изучению распределения ветра по высоте, изучению состава ионосферы, спектра Солнца, проведению медико-биологических экспериментов. Такая подготовительная работа свидетельствует о том, что первый спутник С.П.Королева, как и вся дальнейшая программа полетов в космос не была случайностью.
С 1950 г. проводятся вертикальные пуски ракет с собаками на борту. В аналогичных американских экспериментах использовались обезьяны, но это, видимо, не самый удачный вариант, поскольку у обезьян быстро возбуждающаяся нервная система, в условиях стресса они срывают датчики, прикрепленные к телу, легко простужаются, а это неизбежно в условиях принудительной вентиляции летательных аппаратов. Всего состоялось 9 полетов, в которых было задействовано 6 собак, т.е. среди четвероногих друзей человека были такие, которые летали по два раза. В 1952 г. была принята на вооружение ракета Р-2 и соответствующая научная ракета В-2. В 1957 г. ракета Р-5 (В-5) совершила вертикальный полет на высоту 500 км. И всем, причастным к ракетной технике, стало очевидно, что полет человека - дело самого ближайшего будущего. Система вертикальных пусков была отлажена, предлагалось использовать ее для первого вывода человека за пределы атмосферы, т.е. продолжить «собачью» линию космонавтики. Недостатки полета по такой схеме заключались в малом времени наблюдения и малом времени невесомости. В 1955-56 гг. прорабатывался вопрос о возможности проведения вертикальных пусков с человеком, оставалось только утвердить схему безопасного возвращения на Землю. Было предложено пять вариантов систем посадки, например такие так, использование специальных тормозных щитков, использование посадочной «крыльчатки» (У Королева было пристрастие к «вертолетной» схеме посадки, возможно сказалось в тот момент его недоверие к парашютной технике, неспособной обеспечивать эффективное управление точкой посадки, Королев иногда парашюты пренебрежительно обзывал «тряпками»).
Естественно задать вопрос о том, когда С.П.Королев приступил к работам по выведению на орбиты спутников. Как ни парадоксально, но сразу же после того, как первая отечественная баллистическая ракета Р-1 во многом была скопирована с немецкой А4 фон Брауна. На базе Р-1 были разработаны две модификации: Р-1А («А»академическая) - боевая ракета под академическую полезную нагрузку. С.П.Королев еще за десять лет до запуска первого спутника предложил Академии наук СССР поднять на высоту 80 км полезную нагрузку весом 500 кг. Для этого проекта были даже разработаны специальные газовые заборники для исследования состава атмосферы. До войны полагали, что верхние слои атмосферы состоят в основном из водорода, как из наиболее легкого газа. Однако в последствии выяснилось, что химический состав атмосферы практически одинаков по всей высоте. Мало кто предполагал, что в атмосфере идет такой интенсивный процесс перемешивания. Головные части должны были опускаться на Землю уже на парашюте. В 1951 г. была образована комиссия под официальным руководством академика Благонравова, известного своими работами в области артиллерии, была составлена научная программа по изучению распределения ветра по высоте, изучению состава ионосферы, спектра Солнца, проведению медико-биологических экспериментов. Такая подготовительная работа свидетельствует о том, что первый спутник С.П.Королева, как и вся дальнейшая программа полетов в космос не была случайностью.
С 1950 г. проводятся вертикальные пуски ракет с собаками на борту. В аналогичных американских экспериментах использовались обезьяны, но это, видимо, не самый удачный вариант, поскольку у обезьян быстро возбуждающаяся нервная система, в условиях стресса они срывают датчики, прикрепленные к телу, легко простужаются, а это неизбежно в условиях принудительной вентиляции летательных аппаратов. Всего состоялось 9 полетов, в которых было задействовано 6 собак, т.е. среди четвероногих друзей человека были такие, которые летали по два раза. В 1952 г. была принята на вооружение ракета Р-2 и соответствующая научная ракета В-2. В 1957 г. ракета Р-5 (В-5) совершила вертикальный полет на высоту 500 км. И всем, причастным к ракетной технике, стало очевидно, что полет человека - дело самого ближайшего будущего. Система вертикальных пусков была отлажена, предлагалось использовать ее для первого вывода человека за пределы атмосферы, т.е. продолжить «собачью» линию космонавтики. Недостатки полета по такой схеме заключались в малом времени наблюдения и малом времени невесомости. В 1955-56 гг. прорабатывался вопрос о возможности проведения вертикальных пусков с человеком, оставалось только утвердить схему безопасного возвращения на Землю. Было предложено пять вариантов систем посадки, например такие так, использование специальных тормозных щитков, использование посадочной «крыльчатки» (У Королева было пристрастие к «вертолетной» схеме посадки, возможно сказалось в тот момент его недоверие к парашютной технике, неспособной обеспечивать эффективное управление точкой посадки, Королев иногда парашюты пренебрежительно обзывал «тряпками»).
Но в 1958 г. Сергей Павлович смело решает готовить орбитальный полет, не теряя времени на суборбитальные пуски. Американцы решили не перепрыгивать ступени и 21 июля 1961 г. был произведен вертикальный пуск, астронавт провел 16 мин в невесомости, но это уже было после 12 апреля 1961 г., после полета Ю.А.Гагарина, и такой полет уже не имел политического значения: победа в «соревновании» между СССР и США по выводу первого человека в космос была за Королевым. Полет Гриффита остался в истории космонавтики как суборбитальный полет… Таким образом, работы, начавшиеся еще в 1947 г. привели к созданию космического носителя на базе Р-7.
Создание межконтинентальной баллистической ракеты было вызвано сложной стратегической обстановкой. Кроме нее королевским ОКБ-1 прорабатывался вариант создания экспериментальной крылатой ракеты (ЭКР), схема полета которой предусматривала вертикальный старт, последующий разворот в горизонтальное положение при достижении высоты 20 км и горизонтальный полет под действием тяги прямоточного воздушно-реактивного двигателя (ПВРД) на дальность 5-6 тыс.км. Очевидно, такие ракеты обладают тем достоинством, что для них не нужен окислитель и их стартовый вес меньше стартового баллистических ракет, однако для нее необходима система управления (СУ) неавтономного типа с навигацией по звездам. Но ЭКР осталась на бумаге, а вследствие перегруженности КБ Королева все работы были переданы в Авиапром. И уже там были начаты работы над двумя ракетами, отличающимися от королевской ЭКР - большой, разрабатывавшейся Мясищевым и получившей название «Бураном», и несколько меньшей «Бурей», разрабатывавшейся Лавочкиным. По «Бурану» работы впоследствии были прекращены в целях экономии средств, а «Буря» оказалась готова к летным испытаниям уже после Р-7. Ещё до начала летных испытаний стало очевидно, что крылатые ракеты, летящие на высоте 15-25 км могут легко сбиваться специально созданной системой ПВО, а Р-7 по тем временам была «абсолютным» оружием. Тем не менее, в рамках летных испытаний было проведено 5 пусков, последний раз даже днем, причем и в этом случае система навигации по звездам работала хорошо. У американцев в это время шли работы по аналогичной крылатой ракете «Навахо», однако образцы для лётных испытаний не изготавливались и отработка сознательно была прекращена после завершения этапа проектирования по тем же резонным причинам.
Решение о возможности использовании Р-7 для полета человека в космос было естественным. Экспериментальным заделом, позволившим достаточно быстро решить задачу, явились опыт разработки теплозащиты боеголовок, испытывающих большие нагрузки в атмосфере и технология создания замкнутых систем жизнеобеспечения с принудительной вентиляцией, как это сделано на подводных лодках.
Баллистическим расчетам активного участка траектории, участка выведения носителя, но что ещё важнее, расчетами космических траекторий, эволюцией орбит, расчетом траекторий спуска в атмосфере начиная с первого спутника, занималась группа Охоцимского из отделения прикладной математики Академии наук, в распоряжение которой имелась мощная по тем временам БЭСМ-2, находившаяся в институте прикладной математики им. Стеклова. Расчеты также осуществлялись в НИИ-4, входящего в систему РВСН, а также и в ОКБ Королева. Над проблемой управления ориентацией во время орбитального полета работали 3 центра: первый - уже упоминавшееся отделение прикладной математики. Эта группа получила интересные результаты, взяв «лунную» идею из замечания П.Л.Капицы: «Чего спутник ориентировать? Луна ведь на Землю ориентирована постоянно!» Действительно, такой подход выглядит достаточно привлекательно: для ориентации используются свойства гравитационного поля, нет затрат энергии, однако главный недостаток такого подхода - возможна лишь единственная ориентация - ориентация на центр Земли. Второй группой была группа Лурье из Ленинградского политехнического института, разрабатывавшая теорию маховиков. Это были красивые, но, к сожалению, надуманные результаты, не повлиявшие на создание реальных систем. Третьим центром был НИИ тепловых процессов, где работал я. В НИИ ТП (бывшем РНИИ) я работал с 1937 г. вместе с Королевым, занимался проблемами управления. В 1947 году снова оказался там же, правда уже занимался несколько иной тематикой - мои кандидатская и докторская были посвящены процессам горения в реактивных двигателях, но в 1955 г. Королев опять поручает мне заниматься уже управлением космических аппаратов. Я обратился с просьбой к М.В. Келдышу, который был научным руководителем НИИ ТП, разрешить мне вместе с одним из аспирантов начать поисковые работы по управлению в космосе. Получив такое разрешение, вместе с Евгением Николаевичем Токарем, мы приступили к работе. В 1956 г. нами был написан отчет, опубликованный уже гораздо позже, в 80-е годы, в 3-ем томе трудов М.В. Келдыша. Этот том был целиком составлен из работ, которыми он непосредственно руководил. Нам удалось избежать ошибки группы Лурье; наш подход заключался в том, что не надо излишне увлекаться теорией, а надо одновременно делать проект конкретной системы, а в «узких» местах строить теорию. От Королева нашей группе дали все данные по «ОД», первому управляемому спутнику, моменты инерции, запасы энергетики, весовые и габаритные ограничения и т.д. Для управления ориентацией мы решили использовать маховики, но выяснилось, что нет электродвигателя с соответствующими характеристиками. И тогда Е.Н. Токарь, осознав, что для требуемого мотора важен не КПД, а пусковой момент, разработал новый тип электромотора. Токарь также придумал гироорбиту, своеобразный вариант гирокомпаса и аналог гировертикали. Мы бы не разработали ничего нового, если не делали конкретную систему, не надо выдумывать теорию, пока нет облика системы. Экспериментальные исследования приборов системы управления очень часто выполнялись на импровизированном оборудовании. Так, например, в одном из административных корпусов прямо в лестничном пролете был смонтирован полифилярный стенд, на нижней площадке которого крепилось исследуемое оборудование.
При разработке космических программ в ОКБ возникло естественное предложение совершить облет Луны, но старт был отложен на время, необходимое для создания нового варианта носителя, состоявшего уже из 3-х ступеней. Кроме того обнаружилось возникновение продольных колебаний на атмосферном участке полета. В 1959 г. спутник с разработанной нашей группой аппаратурой совершил облет Луны и сфотографировал ее обратную сторону. Тогда-то Королев поверил в нас окончательно и все мы перешли от Келдыша к Королеву в Подлипки в ОКБ-1.
Предложенная для ОД-1 схема оказалось удачной и уже гораздо позже, примерно через 10 лет, её аналог, но с магнитной разгрузкой, использовался в разработках коллектива Иосифьяна в системе управления спутника «Метеор».
Создание межконтинентальной баллистической ракеты было вызвано сложной стратегической обстановкой. Кроме нее королевским ОКБ-1 прорабатывался вариант создания экспериментальной крылатой ракеты (ЭКР), схема полета которой предусматривала вертикальный старт, последующий разворот в горизонтальное положение при достижении высоты 20 км и горизонтальный полет под действием тяги прямоточного воздушно-реактивного двигателя (ПВРД) на дальность 5-6 тыс.км. Очевидно, такие ракеты обладают тем достоинством, что для них не нужен окислитель и их стартовый вес меньше стартового баллистических ракет, однако для нее необходима система управления (СУ) неавтономного типа с навигацией по звездам. Но ЭКР осталась на бумаге, а вследствие перегруженности КБ Королева все работы были переданы в Авиапром. И уже там были начаты работы над двумя ракетами, отличающимися от королевской ЭКР - большой, разрабатывавшейся Мясищевым и получившей название «Бураном», и несколько меньшей «Бурей», разрабатывавшейся Лавочкиным. По «Бурану» работы впоследствии были прекращены в целях экономии средств, а «Буря» оказалась готова к летным испытаниям уже после Р-7. Ещё до начала летных испытаний стало очевидно, что крылатые ракеты, летящие на высоте 15-25 км могут легко сбиваться специально созданной системой ПВО, а Р-7 по тем временам была «абсолютным» оружием. Тем не менее, в рамках летных испытаний было проведено 5 пусков, последний раз даже днем, причем и в этом случае система навигации по звездам работала хорошо. У американцев в это время шли работы по аналогичной крылатой ракете «Навахо», однако образцы для лётных испытаний не изготавливались и отработка сознательно была прекращена после завершения этапа проектирования по тем же резонным причинам.
Решение о возможности использовании Р-7 для полета человека в космос было естественным. Экспериментальным заделом, позволившим достаточно быстро решить задачу, явились опыт разработки теплозащиты боеголовок, испытывающих большие нагрузки в атмосфере и технология создания замкнутых систем жизнеобеспечения с принудительной вентиляцией, как это сделано на подводных лодках.
Баллистическим расчетам активного участка траектории, участка выведения носителя, но что ещё важнее, расчетами космических траекторий, эволюцией орбит, расчетом траекторий спуска в атмосфере начиная с первого спутника, занималась группа Охоцимского из отделения прикладной математики Академии наук, в распоряжение которой имелась мощная по тем временам БЭСМ-2, находившаяся в институте прикладной математики им. Стеклова. Расчеты также осуществлялись в НИИ-4, входящего в систему РВСН, а также и в ОКБ Королева. Над проблемой управления ориентацией во время орбитального полета работали 3 центра: первый - уже упоминавшееся отделение прикладной математики. Эта группа получила интересные результаты, взяв «лунную» идею из замечания П.Л.Капицы: «Чего спутник ориентировать? Луна ведь на Землю ориентирована постоянно!» Действительно, такой подход выглядит достаточно привлекательно: для ориентации используются свойства гравитационного поля, нет затрат энергии, однако главный недостаток такого подхода - возможна лишь единственная ориентация - ориентация на центр Земли. Второй группой была группа Лурье из Ленинградского политехнического института, разрабатывавшая теорию маховиков. Это были красивые, но, к сожалению, надуманные результаты, не повлиявшие на создание реальных систем. Третьим центром был НИИ тепловых процессов, где работал я. В НИИ ТП (бывшем РНИИ) я работал с 1937 г. вместе с Королевым, занимался проблемами управления. В 1947 году снова оказался там же, правда уже занимался несколько иной тематикой - мои кандидатская и докторская были посвящены процессам горения в реактивных двигателях, но в 1955 г. Королев опять поручает мне заниматься уже управлением космических аппаратов. Я обратился с просьбой к М.В. Келдышу, который был научным руководителем НИИ ТП, разрешить мне вместе с одним из аспирантов начать поисковые работы по управлению в космосе. Получив такое разрешение, вместе с Евгением Николаевичем Токарем, мы приступили к работе. В 1956 г. нами был написан отчет, опубликованный уже гораздо позже, в 80-е годы, в 3-ем томе трудов М.В. Келдыша. Этот том был целиком составлен из работ, которыми он непосредственно руководил. Нам удалось избежать ошибки группы Лурье; наш подход заключался в том, что не надо излишне увлекаться теорией, а надо одновременно делать проект конкретной системы, а в «узких» местах строить теорию. От Королева нашей группе дали все данные по «ОД», первому управляемому спутнику, моменты инерции, запасы энергетики, весовые и габаритные ограничения и т.д. Для управления ориентацией мы решили использовать маховики, но выяснилось, что нет электродвигателя с соответствующими характеристиками. И тогда Е.Н. Токарь, осознав, что для требуемого мотора важен не КПД, а пусковой момент, разработал новый тип электромотора. Токарь также придумал гироорбиту, своеобразный вариант гирокомпаса и аналог гировертикали. Мы бы не разработали ничего нового, если не делали конкретную систему, не надо выдумывать теорию, пока нет облика системы. Экспериментальные исследования приборов системы управления очень часто выполнялись на импровизированном оборудовании. Так, например, в одном из административных корпусов прямо в лестничном пролете был смонтирован полифилярный стенд, на нижней площадке которого крепилось исследуемое оборудование.
При разработке космических программ в ОКБ возникло естественное предложение совершить облет Луны, но старт был отложен на время, необходимое для создания нового варианта носителя, состоявшего уже из 3-х ступеней. Кроме того обнаружилось возникновение продольных колебаний на атмосферном участке полета. В 1959 г. спутник с разработанной нашей группой аппаратурой совершил облет Луны и сфотографировал ее обратную сторону. Тогда-то Королев поверил в нас окончательно и все мы перешли от Келдыша к Королеву в Подлипки в ОКБ-1.
Предложенная для ОД-1 схема оказалось удачной и уже гораздо позже, примерно через 10 лет, её аналог, но с магнитной разгрузкой, использовался в разработках коллектива Иосифьяна в системе управления спутника «Метеор».
Лекция 2, 1 апреля 1993 г.
Многие работы шли параллельно и поэтому есть смысл вернуться к рассказу о событиях, предшествовавших первым пускам космических носителей. Когда был решен вопрос о запуске первого спутника, то стало ясно, что он на орбите будет неориентируемым и неуправляемым, что вполне достаточно для многих научных задач. Королев прикинул массу, которая может быть выведена с помощью Р-7, что составило 1200-1300 кг, и предложил Академии наук разработать и изготовить спутник конической формы (чтобы помещался под обтекатель ракеты) и соответствующего веса. Решено было приурочить запуск спутника к международному геофизическому году (1957 г). Президент США Д.Эйзенхауэр, в свою очередь, публично заявил о намерении «запустить на орбиту спутник, размером с апельсин». Но в 1957 г. стало очевидно, что Академия не успевает со своими приборами из-за маломощной собственной производственной базы и затяжек в графике работ по различным причинам. Возникло опасение, что американцы опередят нас и первыми запустят спутник. И тогда в авральном порядке, был сделан простейший спутник ПС-1, все научное оборудование которого состояло из термометра и «радиопищалки», частота сигнала которой зависела от измеренной температуры. Ценные данные давал не столько сам спутник, сколько наблюдения за его траекторией. Запуск состоялся 4-го октября 1957 г. Советские центральные газеты сообщили об этом мелким шрифтом, а мировая пресса вынесла сообщение о запуске аршинными буквами как сенсацию на первые страницы. Тут-то высшая номенклатура осознала значение случившегося и советские газеты 6-го октября повторно опубликовали это сообщение, но уже «соответствующим» шрифтом и с подобающим идеологическим оформлением. На волне успеха политическое руководство СССР попросило срочно сделать еще что-нибудь. Так родился проект спутника ПС-2 с собакой на борту. Результат оказался посредственным, в спешке медикам было трудно организовать уникальный эксперимент. И, кроме того, подняли шум общества защитников животных, поскольку возвращения собаки на Землю не предусматривалось… В мае 1958 г. состоялся запуск давно запланированного спутника Академии наук для изучения физики космического пространства. Но ненадежные приборы, созданные в лабораториях не имевшей достаточного опыта Академии наук, почти сразу отказали. Однако прежде чем это случилось приборы поймали всплеск напряженности электромагнитного поля, который был воспринят нами как неисправность датчиков, но впоследствии выяснилось, что этот всплеск - результат пересечения спутником пояса названного «поясом Ван-Аллена» (а ведь мог быть назван «поясом Вернова», который и поставил этот эксперимент).
Что касается запуска первого спутника в США, то там сложилась своеобразная ситуация. В США действовали два центра, принадлежавших разным ведомствам - армейский и морской. Они не только конкурировали в борьбе за финансирование, но и отличались по составу: армейский возглавлял фон Браун, причем первоначально с ним работало около 100 немецких специалистов, а затем их число возросло до 700, а центр на флоте был чисто американским. И когда возник вопрос о необходимости разработки первого американского спутника Земли, получившего название «Авангард», предпочтение, естественно, было отдано флоту. Но после 4 октября 1957 г. началась паника, нервотрепка и т.д. и т.п. «Авангард» преследуют неудачи - и 2-ой и 3-ий старт закончились взрывом. А после запуска ПС-2 с собакой в прессе началась настоящая истерика. И тогда решили «дать ход» немецкой группе фон Брауна. За полтора месяца, говоря на техническом языке, он слепил «Эксплорер» и 1-го февраля 1958 г. состоялся удачный пуск. Не будет большим прегрешением против истины, если сказать, что Вернера фон Брауна по сути создал своими успехами Королев, иначе бы моряки в конце концов съели бы фон Брауна, но объективности ради следует признать, что С.П. Королев стал Королевым тоже благодаря фон Брауну и его V-2 (А4).
Было очевидно, что спутники должны быть не только ориентируемы, но и возвращаемы, и не столько для науки, сколько для спутников фоторазведки. Здесь надо было решить две задачи - ориентирование спутника и его теплозащиту, поскольку тормозной импульс следует прикладывать к КА только соорентировав его надлежащим образом. Проблема определения толщины и распределения теплозащитного слоя, упрощалась тем, что имелся опыт, полученный в ходе летных испытаний головных частей МБР. В рамках подготовки к запуску тяжелого спутника шла модификация ракеты Р-7 по превращению ее в трехступенчатую с массой полезной нагрузки 5 тонн. На базе Р-7 была задумана унифицированная серия космических аппаратов: фоторазведчиков «Восток-2», «Восток-4» и пилотируемых - «Восток-1», «Восток-3». Срок функционирования фоторазведчиков составляет один месяц, и в отличие от пилотируемых они оснащались солнечными батареями. Проекты были подготовлены на все четыре спутника, а изготовление началось с «Востока-1» и «Востока-2». Любой пуск сопровождается официальным сообщением ТАСС. К предстоящему полету Ю.А. Гагарина в Госкомиссию был представлен для утверждения достаточно пространный проект, текст которого содержал примерно следующее: «… В течение многих лет в СССР велись работы по запуску ракетоносителей… Были проведены эксперименты по запуску в космос собак…» и т.д. и т.п. Все в целом были довольны, но М.К. Тихонравов, один из замов Королева и поэт в душе, поднял шум: «Нельзя в сообщении о первом полете человека в космос писать о каких-то собаках и обзывать почти сказочный космический корабль «кораблем-спутником №6! Надо как-нибудь романтичнее, например, «Восток»…» - «Как «Восток?» - последовало возражение, - «это ведь условный шифр данного изделия по секретной документации!..» И все же «Восток» остался «Востоком», а военные фоторазведчики были переименованы в «Зенит-2», «Зенит-4», к системе управления ориентацией которых предъявляются более жесткие требования, чем к аналогичной системе пилотируемых аппаратов. Фоторазведчик должен быть очень точно ориентирован вдоль траектории и во время экспозиции фоточувствительный материал должен протягиваться с определенной скоростью, чтобы изображение не оказалось смазанным. Для дублирования посадочного режима родилась идея аварийной системы ориентации, предполагающую ориентацию продольной оси спутника на Солнце. Конечно, направление приложения тормозного импульса в данном случае будет неоптимальным, но сесть можно. Первый спутник, оснащенный солнечной системой ориентации в качестве резервной, был запущен 15 мая 1960 г. Это был во многом странный полет. Находясь на космодроме мы отслеживали телеметрическую информацию и обнаружили, что исчез параметр ОСГ (обороты сканирующей головки инфракрасной вертикали (ИКВ)), явный признак того, что сдохла основная система ориентации, но что - сам датчик или его двигатель? Пришли к выводу, что отказал двигатель сканирующей головки. Я доложил с полигона в Москву и предложил совершить посадку на аварийной системе ориентации (АСО). Группа анализа в Москве оспорила мое предложение, Королев затребовал ВЧ-грамму с подробным изложением обстоятельств, вопреки моему предложению решено было садиться на основной системе. На борт была выдана команда на включение тормозного импульса, спутник улетел в неизвестном направлении, а газеты сообщили об успешном эксперименте по переводу спутника Земли на новую орбиту. 19 августа 1960 г. был совершен второй полет, ситуация повторилась, но удалось совершить посадку с использованием солнечной системы ориентации. Позже выяснилось, что в космическом вакууме (0.0000001 Pатм, P - атмосферное давление) шестеренки двигателя стирают друг друга за счет вакуумной самосварки и последующего отрыва частиц металла, чего не происходило в наземных испытаниях, где достигался лишь технический вакуум (0.001 Pатм). Надо было решать что же делать с дальнейшей программой полетов и шестеренками, съедающими друг друга за час. Королев, как всегда в такой ситуации, собрал на совещание по трению лучших специалистов. Пец был выпускником Физтеха, человеком способным и рассудительным, и я отправил его на совещание. Спустя некоторое время он возвращается совершенно удрученный, а следом звонит разгневанный Королев и интересуется, кого это я прислал на совещание. Что же там произошло? Парень рассказал следующее.
На совещании обсуждали программу исследований в условиях максимально приближенным к реальным, поступали предложения по использованию новых материалов для шестеренок, использованию специальных покрытий и т.д. Когда подошла его очередь, он рассказал анекдот.
…В одном городе все завшивели. Собрались ученые мужи, стали обсуждать, намечать всякие программы - по изучению экологии вши, созданию хитроумных ловушек, разработке репеллентов и т.д. А ведь надо было всего-то регулярно ходить в баню! Его «вшивая теория» вызвала единодушное возмущение аудитории.. А предложение было очень простое - поместить двигатель в кожух, уплотнение сделать чисто символическое, с зазорами по осям почти в пару миллиметров, и внутрь положить ватку, пропитанную какой-либо испаряющейся смазкой. Это и создаст требуемый технический вакуум… В конце концов была принята некоторая комплексная программа по доработке инфракрасной вертикали и удачный полет со штатной системой ориентации удалось совершить только в 1962 г.
Нужно было запускать человека и было решено использовать схему неориентированного орбитального полета: от систем, требующих строгой ориентации в течение всего полета отказались, для проведения человеком медико-биологических экспериментов этого достаточно, а для выполнения посадки использовать троированную аварийную систему солнечной ориентации (АСО). Готовя систему я сообразил, что нельзя называть систему «аварийной», начальники не поймут, слово «авария» моментально доводит их до предынфарктного состояния, а надо назвать «автономной» системой ориентации, хотя по сути и бессмыслица но зато сохранена привычная аббревиатура. Троированная АСО работала по схеме голосования «два из трех»: в качестве истинного сигнала принимается тот, который соответствует совпадению любых двух. Система работала хорошо - в декабре 1960 г. корабль-спутник №3 совершил нормальный полет и удачную посадку. И тогда Королевым было принято мужественное решение: «К полету человека все готово…» Несмотря на желание что - то улучшить, зачетные пуски спутника № 4 (начало марта 1961 г.) и №5 (25 марта 1961 г.) были проведены без доработок.
Немного о том, как конструировался «Восток». Период его создания можно охарактеризовать как спортивно-романтический: космический аппарат необходимо было сделать очень быстро и абсолютно надежно. Т.е. главным требованием при проектировании «Востока» являлась предельная простота, и поэтому некоторые технические решения выглядят просто идиотскими. Например, спускаемый аппарат был сделан не по Кондратюку, а в виде шара. Шар не надо продувать, его аэродинамические характеристики известны - он круглый, что экономит время на продувках и существенно упрощает систему - не надо делать подсистему управления спуском, поскольку повороты шара не могут изменить действующих на него сил. Проектировщики опасались случайных факторов: удара о скальный грунт, попадания на высоковольтную линию передачи и, видимо, схему полета с задействованием парашютной системы аппарата на высоте 8 км и последующим катапультированием космонавта на высоте примерно 1.5 км можно считать в тех условиях оптимальной. Но факт катапультирования и последующего спуска на индивидуальном парашюте всячески скрывался в средствах массовой информации, поскольку, чтобы зарегистрировать в международной федерации этот полет как рекордный, летательный аппарат должен был взлететь и сесть, а факт катапультирования мог бы быть классифицирован как аварийный полет. Но логичный выход был найден сам собой - ведь по тем же соображениям и американские космические полеты никогда не могли бы быть признаны нормальными, поскольку астронавты будут садиться на воду, находиться в аварийном плавсредстве и поисковые службы в отношении их будут выполнять действия, которые иначе как «спасение терпящих кораблекрушение» не назовешь. Разработчики «Востока» опасались также отказа пирозамков, соединяющих спускаемый аппарат и приборный отсек с тормозной двигательной установкой и выбрали внешне очень странную компоновочную схему с одним узловым соединением: спускаемый шарообразный аппарат крепился с помощью 4-х гибких металлических лент к приборному отсеку и запирался единственным замком. Платой за шарообразность были перегрузки до 10g, (для сравнения: в настоящее время для спускаемых аппаратов с управлением по крену они составляют всего 3-4g), повышенные перегрузки вынудили предъявлять повышенные требования к кандидатам в космонавты.
Шарообразность - это и повышенное рассеивание, район поиска составлял более 100 км, что осложняет работу поисковых служб. АСО позволяет совершить посадку только на освещенной стороне Земли, поскольку КА ориентируется на Солнце, и наконец, на само положение Солнца существуют ограничения, обеспечивающие посадку на территорию СССР, и следовательно существуют также достаточно жесткие временные окна старта. Но чего нельзя было задублировать, так это ТДУ. Баллистики выбрали орбиту такой высоты, чтобы в случае отказа системы посадки, «Восток» сошел с нее сам без помощи ТДУ, но не позже, чем через 10 суток, все это время определяемое ресурсом системы жизнеобеспечения космонавта. (Все же последующий анализ показал, что КА был выведен на такую орбиту, с которой сам бы за 10 суток не сошел… Но по счастью, все системы сработали нормально. <С.И.>) Американцы позже очень удивлялись, как в такой маленький аппаратик удалось впихнуть еще и 10-дневный запас расходных материалов. Весь этот комплекс мероприятий в основу которого был положены принципы максимальной простоты и надежности позволили раньше американцев запустить в космос спутник с человеком. Сообщение ТАСС о полете «Востока-1» содержало единственную неточность, а именно что «… космический корабль пилотирует майор ВВС Ю.А. Гагарин..», поскольку главный пункт полетной инструкции для космонавта сводился к тезису: «Руками ничего не трогать!». Целью полета Гагарина были медицинские наблюдения. В порядке эксперимента на «Востоке-1» была установлена КВ - радиостанция с помощью которой Гагарин пытался установить связь с Землей, но, как и следовало ожидать, из этого ничего не вышло. Гагарин совершил посадку в приволжских степях. После катапультирования он опознал территорию: Гагарин летал здесь, когда учился в авиационном училище. И, наконец, следует упомянуть, что старт состоялся 12 апреля 1961 г., срок этот был выбран таким (было требование провести пуск до 20 апреля, а в противном случае перенести на май), чтобы в случае неудачи не омрачить первомайские праздники советскому народу.
Лекция 3, 8 апреля 1993 г.
Говоря о начальном периоде становления космонавтики, необходимо сделать два замечания: во-первых, направлений работ было несколько, и во-вторых, рассказ идет только о работах единственной фирмы ОКБ-1, ведь тогда она действительно была единственной, другие появились примерно лет на десять позже.
«Космическая гонка» продолжалась. В мае 1961 г. космический аппарат с Шеппардом, а в июле с Гриффитом совершают суборбитальные полеты по баллистической траектории, которые, естественно не засчитываются как космические. В августе 1961 г. стартует «Восток-2» с Г.С. Титовым на борту. Программа полета Титова включала проведение медико-биологических экспериментов - он должен был поесть, попить в невесомости, поспать, при этом на Земле велся анализ получаемых по телеметрии данных о его самочувствии. Каждый полет высвечивал новые особенности пребывания человека в космосе. Титов первым испытал «космическую болезнь», аналог морской болезни, из-за незнания в то время нужных методов предполетной медицинской подготовки. Можно сказать, что Титов уже «пилотировал» космическим кораблем - в заданный момент времени он включил ручное управление и совершил определенные манипуляции. «Я чувствовал себя летчиком», - заявил он после полета, хотя в управлении космическим кораблем нет ничего общего с навыками управления самолетом. Однако командование ВВС очень долго пыталось присвоить себе лавры покорителей космоса, утверждая полнейшую чепуху о том, что только летчик может быть космонавтом. На одном из совещаний медиков, где представители ВВС стали в очередной раз доказывать, что на космическом корабле, летящим со скоростью 8 км/сек, наиважнейшую роль играет реакция летчика, обладающего навыками пилотирования скоростных объектов, мне пришлось отреагировать: «При управлении космическим аппаратом главное, чтобы космонавт не заснул…» И действительно, условия управления орбитального кораблем существенно отличаются от условий ведения воздушного боя летчиком-истребителем. Космический аппарат обладает большим моментом инерции, а также малыми управляющими и возмущающими моментами, и в условиях орбитального полета период автоколебаний КА, и следовательно временной интервал между точками переключения знака управляющих моментов, может составлять несколько десятков секунд и, конечно, здесь не требуются высокая реакция военного летчика.
Если кто из военных и внес существенный вклад, то это ракетчики, ракетные войска стратегического назначения, осуществлявшие подготовку и запуск ракет-носителей и космических аппаратов непосредственно на космодроме, являвшемся по статусу полигоном Ракетных Войск, а также прием телеметрической информации и связь с бортом космического аппарата. Впрочем, Титов сделал всё хорошо, отлетал сутки и совершил нормальную посадку. Американские полеты в это время были менее интересны, первый пилотируемый КА, запущенный США лишь в 1962 г., совершил три витка вокруг Земли.
Наступил 1962 год. Надо было делать что-то дальше, и это, естественно, требует времени, а начальство требует удивлять мир немедленно. Решили удивить парным полетом Николаева и Поповича. За сутки после старта первого корабля «Восток-3» подготовили и пустили «Восток-4». Американцы были удивлены, что оба пуска проведены с одного стартового комплекса, что требует достаточно трудоемких операций по восстановлению технической готовности, замене одноразового оборудования, проведению комплексных проверок систем и агрегатов пускового устройства. Затем последовал 2-х суточный полет Валентины Терешковой и Валерия Быковского. На этом закончилась программа «Восток», включающая в качестве элемента полета катапультирование космонавта после достижения плотных слоев атмосферы.
Следующий шаг - космические аппараты типа «Восход», являвшийся логическим продолжением «Востока». Если «Восток» был достаточно просторным, чего требовали условия эксплуатации кресла-катапульты, то на «Восходе», отказавшись от катапульты и скафандров, решили за счет высвободившегося пространства разместить троих космонавтов, что вполне можно уподобить соревнованиям по количеству людей помещающихся в телефонную будку. Конфронтация между С.П. Королевым и командованием ВВС по вопросу комплектования экипажей продолжалась, но в конце концов Генеральному Конструктору удалось «пробить» решение о необходимости включения в экипажи невоенных специалистов. В экипаж «Восхода-1», совершившего 3-х суточный полет в 1964 г., были включены: Комаров, прекрасный летчик, Феоктистов, один из фактических конструкторов «Восхода», и Егоров, врач. В 1965 году Леонов и Беляев совершают полет на «Восходе-2», причем вместо кресла для третьего человека был смонтирован шлюз выхода в открытый космос. Американцы признавались, что опыт этого полета сэкономил бюджету НАСА массу денег, поскольку их проект предусматривал один полет с экспериментом по высовыванию астронавтом руки через специальный иллюминатор и, если ничего не случится непредвиденного, то в следующем полете будет осуществлен его выход из корабля. Полёт «Восхода-2» сделал осторожный полет американцев с «автомобильным жестом» астронавта излишним.
На «Восходе-2» произошел поучительный отказ. Корабль имел задублированную систему исполнительных органов (управляющих сопел). Переход с одной системы на другую происходил автоматически по сигналу специального блока распознавания отказов (БРО). По телеметрии было видно, что сразу после взлета система управления перешла на второй комплект. Я сразу же доложил об этом Королеву. Полет, выход из корабля через шлюз и возвращение на корабль прошли нормально. Экипаж начинает посадку… Проходит время, по громкоговорящей связи в центре управления идет сообщение о том, что поступает информация от системы телеметрии. Это свидетельствует о том, что антенны не сгорели, а, следовательно космический корабль не идет на посадку. Королев взяв меня отправился в соседнее помещение, где находился пункт связи с кораблем. Связь вел Гагарин. Мы дождались доклада Беляева об отказе системы посадки (ничего нового он не сообщил), взяли минутный таймаут и дали указание на посадку вручную на следующем витке. На следующем же витке «Восход-2» совершил нормальную посадку, но сильно промахнувшись и попав в нерасчетный район в тайгу, поисково-спасательная группа пробивалась двое суток… Позже выяснилось, что Беляев в ручном режиме сориентировал корабль правильно, но поскольку это была первая ручная посадка попросил Леонова посмотреть данные и проверить его, а это требует известного времени. Все эти манипуляции и привели к тому, что расчетный момент времени посадки был упущен… Выяснилась и причина задействования, а затем отключения второго комплекта. На «Восходе-1» стояли клапана старой модификации, у которых по сравнению с клапанами, использовавшимися на фоторазведчике, была несколько меньшая надежность. На пилотируемом «Восходе-2» клапана были заменены на надежные, но временные характеристики, в частности миллисекундные задержки от момента подачи управляющего сигнала до его срабатывания были иными и логический прибор отреагировал на эти изменения как на неисправность. Из случившегося можно сделать два вывода: первый, что искреннее стремление улучшить конструкцию может привести к аварии, и второй, что дублирование надо вести не только путем увеличения числа задействованных комплектов аппаратуры, но и путем использования различных по принципу действия систем управления (здесь: автоматическая + ручная).
Многое в событиях минувшего времени станет понятным, если рассмотреть вечно волнующий вопрос - взаимоотношения с высоким начальством. Успехи космических полетов имели политическое значение, им придавался особый, священный смысл. Это обстоятельство имеет свои «плюсы» - приоритетное финансирование, возможность нажать на другие предприятия, задерживающие разработку и поставку оборудования. Но есть и «минусы» - начальство всегда было нетерпеливым, полагало, что если заставить нас, разработчиков, крутиться, то дела пойдут быстрее. Например, дают сверху контрольные сроки - «не более 6-ти месяцев», «не более 2-х лет» и т.д. и в такой обстановке возникали практически непреодолимые трудности в договорах со смежниками. Смежники тоже не укладываются, идут на сдачу заказчику устаревших модификаций своих приборов. Очень много нервов попортила работа над первым спутником связи «Молния-1». Он должен был функционировать на высокой орбите, больше года, причем в непрерывном режиме и одной и той же ориентации, что обусловлено диаграммой направленности антенн. Ранее использовавшиеся системы ориентации в этих условиях непригодны, поэтому спутник «держался» через тоненькие пружины за трехстепенный гироскоп, который при этом работал ещё и как датчик угловой скорости (ДУС). Работа шла тяжело, не укладываясь ни в жесткие сроки, ни в технические требования… Всех Главных конструкторов вызывали к Д.Ф.Устинову… Но американцы первыми запустили свой спутник связи и начальство потеряло интерес к «Молнии-1», который после этого был доделан в спокойной обстановке без начальственных помех и выведен на орбиту в 1965 г. В дальнейшем работы по спутникам связи «Экран», «Горизонт», выводимых с помощью РН «Протон», были переданы Решетнёву в Красноярск. История с «Молнией-1» в очередной раз выявила пагубное влияние необоснованной гонки. О кардинальном пересмотре направлений работ после смерти С.П.Королева в январе 1966 г. можно многое сказать, но здесь уместно упомянуть о такой работе, которая была начата, но не завершена: создание искусственной тяжести за счет того, что последняя ступень носителя не отделялась, а отпускалась на определенное расстояние с помощью лебедки и троса. «Земной» тяжести не добились, но «лунная» получилась. Работы не требовали очень большого финансирования, могли выполняться в полете наряду с основной программой полета, но и они, к сожалению, были прекращены… «Лирическое» отступление о «Молнии» было сделано, чтобы рассказать о зловредном характере начальства.
Следующим шагом было создание орбитального корабля «Союз». В систему управления «Союза» также входил прибор ИКВ, сам спускаемый аппарат имел сложную форму, позволявшую осуществлять управляемый спуск в атмосфере, используя аэродинамическую подъемную силу. И что очень важно - «Союз» был оснащен стыковочным узлом. Отработка технологии стыковки предполагала использование накопленного опыта для полета к Луне. Проект лунной экспедиции первоначально предполагал «склейку» на орбите 4-х «Союзов», правда «Союзы» для полета к Луне отличаются от тех, которые эксплуатируются сейчас. В дальнейшем проект облета Луны на базе носителя Р-7 был частично пересмотрен и предполагал использование только 3-х «Союзов», причем третий взлетал пустым, заправлялся на орбите от четвертого, который затем отделялся, а космонавты, совершавшие облет Луны находились в первом. (Следует заметить, что проект с 4-мя «Союзами» пока не опубликован, в отличие от уже описанного в литературе второго варианта). «Лунник» в модификации из трех «Союзов» был сильно продвинут, но почему не состоялся наш облет Луны об этом будет сказано ниже. И все опыты со стыковками «Союзов», цирковыми номерами с переползанием двух космонавтов по внешней стороне космических кораблей так и остались невостребованными. Но всё это уже было совершенно без Королева.
«Союз-1» отработал стыковку в беспилотном варианте. Но спускаемый аппарат прогорел, конструкторы настаивали, что это замечание не существенное, что достаточно усилить в отдельных местах теплозащиту. Полет «Союза-2» с Комаровым должен был быть зачетным. Предчувствия были нехорошими, я поделился своими сомнениями с Мишиным и Бушуевым: «Зачетный пуск должен быть без замечаний, а этот принцип не соблюден»… И вот Комаров на космодроме. Здесь произошел мистический эпизод, который до сих не дает покоя. Мне необходимо было перелететь на измерительный пункт в Евпаторию до пуска, зашел попрощаться с Комаровым и упрекаю себя, что не нашел других слов, кроме как: «До свидания, мы с Вами больше не увидимся…» Ушел от него и ужаснулся, я ведь хотел сказать, что не увидимся до окончания его полета, а получилось, что простился навсегда. Тот трагический полет в апреле 1967 г. сопровождался целым рядом отказов - не раскрылась солнечная батарея, вследствие чего и изменился момент инерции, и энергоснабжение корабля было недостаточным. Комаров пытался вывести солнечную панель в рабочее состояние встряхнув аппарат с помощью рулевых сопел. Следом должен был стартовать корабль с тремя космонавтами для проведения стыковки. Этот пуск оперативно был отменен, Комаров пошел на посадку и здесь произошло самое страшное - не раскрылся парашют. Я думаю, что и на «Союзе-1» тоже не было нормального раскрытия парашюта: прогар теплозащиты убрал внешнее давление, сжимающее стенки контейнера с парашютом и позволил ему «вывалиться» в рабочее состояние с минимальными усилиями, чего не произошло в полете Комарова. После доработок состоялся полет «Союза-3» с Береговым, которому не удалось состыковаться с беспилотным «Союзом». Причиной было то, что космонавт в первые минуты после вывода на орбиту ещё не адаптировался к невесомости, находится в состоянии которое в боксе называется «грогги» и не может эффективно контролировать процесс стыковки. В дальнейшем это было учтено и стыковка теперь проводится только после нескольких витков. И только в полете «Союза-4» и «Союза-5» с Хруновым, Шаталовым, Елисеевым и Волыновым была реализована орбитальная стыковка.
Лекция 4, 15 апреля 1993 г.
Перейдем теперь к межпланетной эпопее. Невозможно было ограничиваться полетами вокруг Земли - логика событий потребовала осваивать новый «плацдарм» в космической технологии. Межпланетные перелеты исчисляются не часами и сутками, а уже месяцами и здесь возникает проблема подзарядки бортовых источников питания. Такая подзарядка может быть выполнена с помощью солнечных батарей, но для их нормальной работы нужна постоянная ориентация соответствующей оси АМС на Солнце, причем без значительного расхода рабочего тела. Проблему на некоторых аппаратах удалось решить за счет выбора логики срабатывания датчика, расширения его зоны нечувствительности и, следовательно, существенного уменьшения угловых скоростей. Очень часто применяется также и неклассическое решение: развернуть межпланетную станцию продольной осью на Солнце, а затем раскрутить относительно этой оси, т.е. реализовать т.н. стабилизацию вращением. Но раскрученная АМС сохраняет неизменной ориентацию оси прецессии в инерциальном пространстве, при этом ее центр масс движется по эллиптической орбите в одном из фокусов которой находится Солнце и неизбежно ось вращения постепенно уходит от линии визирования на Солнце. И здесь сработала идея о удерживании требуемой ориентации используя солнечное давление, аналогично тому, как артиллерийские закручиваются относительно продольной оси и стабилизируются по вектору скорости. Даже самые малые ошибки по скорости в конце участка выведения АМС на межпланетную траекторию приводят к значительному промаху относительно расчетной точки встречи станции и планеты, поскольку: ПРОМАХ = РАЗБРОС по скорости в конце АУТ х ВРЕМЯ межпланетного перелета, учитывая, например, что промах не должен превышать 100 км, а время перелета составляет примерно 3 месяца или 2.5 млн.сек получаем грубую оценку точности управления по скорости - 0.04 м/с.
Очевидно, что необходимо выполнять коррекцию траектории приложением корректирующих импульсов необходимой величины и направления. Для этого необходимо было иметь на борту опорную систему координат. И нами, а позже и американцами, в качестве опорных направлений использовались направление на Солнце и на звезду Конопус в Южном полушарии. Удобство Конопуса состоит в том, что направление его визирования практически перпендикулярно плоскости эклиптики. Чтобы подготовить исходные данные на прибор необходимо было провести тарировочную настройку фотоприемника по реальной звезде и нашим астрономам необходимо было измерить характеристики Конопуса, чего невозможно сделать из Северного полушария. К счастью, в то время были хорошие отношения с Чили, что позволило выполнить необходимые измерения и обеспечить требуемую точность ориентации. Наши первый пуск на Марс состоялся в 1962 г. и был неудачным из-за отказа радиосистемы. Связь была потеряна, коррекция не проведена и, следовательно, аппарат промахнулся. Более успешными были полеты в 1971 и 1973 годах, но в целом это были малозначимые полеты без существенных результатов.
Иначе развивались исследования Венеры. На «Венере-1» в 1961 г. тоже, к сожалению, отказала радиосистема. В 1965 г. были запущены «Венера-2» и «Венера-3». Аппаратура «Венеры-2» сдохла от перегрева на самом подлете к Венере, Королев рвал и метал молнии по этому поводу. К счастью «Венера-3» попала на планету, доставив вымпел.
В 1967 г. «Венера-4» долетела нормально и совершила посадку, передавая при этом данные о распределении температуры по высоте. Мы наблюдали за данными телеметрии и по мере того, как температура приближалась к 100-градусной отметке вид у всех присутствующих становился убитым: жизни на Венере, увы, нет. Одна из стенгазет поместила рисунок - два венерианца крутят над костром на вертеле «Венеру-4» приговаривая: «Пусть они разберутся в своей телеметрии!…» В 1983 г. было выполнено подробное картографирование Венеры.
В 1984 г. был реализован проект «Вега», предусматривавший отделение спускаемого аппарата-зонда в атмосферу Венеры, гравитационный маневр пролетного блока в ее поле притяжения с последующим выходом к комете Галлея. Европейское сообщество запустило аппарат «Джотто», названный так в честь художника эпохи Протовозрождения, изобразившего на одной из своих картин комету Галлея. Информация «Веги» дала возможность скорректировать траекторию «Джотто», реализовав минимальное сближение с ядром кометы. В общем хорошо, что произошло естественное разделение сфер сосредоточения усилий между СССР, занимавшегося Венерой, и США, осуществлявшего запуск «Маринеров». Но что есть у американцев и чего нет у нас, это полеты к дальним планетам с гравитационным маневром в поле этих планет для доразгона. Причем эти исследования выполняет всего одна лаборатория - (JPL - Jet Propulsion Laboratory), а результаты не менее интересны, чем вся программа «Shuttle». Чтобы выйти на аналогичный уровень работ по сверхдальнему космосу в наших исследованиях необходимо иметь соответствующий уровень компьютерной технологии, поскольку время безотказной работы научного оборудования и технических систем должно быть не менее десяти лет.
После первого полета к Луне в 1959 г. и фотографирования обратной стороны спутника Земли «Луной-3» стали готовить высадку человека на Луну и отрабатывали технологию с помощью беспилотных аппаратов. После «Луны-3» отрабатывались намного более сложные системы посадки, предусматривавшие коррекцию траектории, переход на селеноцентрическую орбиту, использование системы торможения при посадке и саму технологию мягкой посадки. Для этого потребовалось определенное количество пусков. К полету «Луны-8» все эти проблемы были решены и она фактически совершила мягкую посадку, однако на высоте 1 м от поверхности планеты система отказала из-за заводского брака предприятия Лавочкина - пластические амортизаторы ломались и рвали надувные мешки, выполнявшие функции подложки. После устранения дефекта, проявившегося на «Луне-8», следующая по счету «Луна-9» безупречно опустилась на поверхность спутника Земли. «Луна-9» была последней работой Королева, после чего всё направление было передано на завод Лавочкина, в том числе и весь задел, включая и уже имевшиеся разработки по «Луноходу».
В ходе выполнения непилотируемых полетов решались две задачи -первая, уточнение гравитационного потенциала Луны, что необходимо для выполнения стыковки на селеноцентрической орбите при выполнении пилотируемого полета. И вторая, отработка схемы возвращения на Землю. Самым замечательным результатом проектирования была технология доставки лунного грунта. Никто первоначально не предполагал, что доставлять грунт с Луны можно не имея системы управления возвращаемого аппарата! Баллистики сами были страшно удивлены, установив в процессе расчетов, что достаточно просто выстрелить капсулой с грунтом вверх и Земля сама притянет спутник, а выбор момента старта с Луны обеспечит попадание капсулы с грунтом в заданный район падения на земной поверхности. Первый луноход большого научного смысла не имел, скорее чисто технологический смысл, просто передвигался по поверхности Луны, затем был полет с возвращением грунта «Луной-21», а после чего был «Луноход-2». У «Луны-23» заборное устройство для грунта не сработало, а «Луна-24» доставила грунт на Землю. Таким образом, пуски по советской лунной программе показали, что в научном плане автоматы могут сделать всё.
У американцев было выполнено 5 облетов, причем один облет был выполнен с «урезанной» схемой посадки - посадочный модуль снизился до высоты 15 км , а затем вернулся на селеноцентрическую орбиту, 6 посадок на поверхность Луны. Программа исследований предусматривала доставку астронавтами «Аполлона» лунного грунта, эксперименты по передвижению по поверхности. И хотя было очевидно, что автоматические аппараты способны сделать все необходимое, но программа полета гражданина США к Луне - это национальный престиж, и когда Д.Кеннеди в послании конгрессу 25 мая 1961 года сформулировал цель - достижение человеком поверхности Луны в течение десятилетия, то конгресс дал фактически любое финансирование (25 млрд.долл). Носитель «Сатурн-V» для программы «Аполлон» делал Вернер фон Браун и его немецкая группа. Космический аппарат делала фирма «Грумман». Летные испытания «Аполлона» начались в 1966 году. Первый пилотируемый полет на нем вокруг Земли был выполнен в 1967 г. У «Аполлона» не было солнечных батарей, в качестве бортовых источников питания использовались топливные элементы, в основе работы которых управляемая химическая реакция взаимодействия кислорода и водорода. «Аполлон-8», стартовавший 27 декабря 1968 г., совершил облет Луны с астронавтами на борту. «Аполлон-9» опять был запущен на орбиту спутника Земли, поскольку отрабатывалась стыковка посадочного и орбитального модуля. «Аполлон-10» совершил полет к Луне, стал ее искусственным спутником, отделил посадочную кабину, совершил снижение и снова вернулся на орбиту состыковавшись с орбитальным модулем. В июле 1969 г. Армстронгом и Олдриным на «Аполлоне-11» совершен полет по полной программе. «Аполлон-12» повторил полет предыдущего. У «Аполлона-13» вышел из строя топливный элемент, а поскольку туда и обратно лететь почти неделю, а терморегулирование работало чуть-чуть в лунном модуле, то экипаж сидел и дрожал от собачьего холода, чудом избежав гибели. Полет «Аполлона-14» был нормальным. «Аполлон-15,16,17» были укомплектованы маленькими луномобильчиками. На «Аполлоне-16» астронавты проехали 25 км удаляясь от места посадки на 5 км. Пробег луномобиля «Аполлона-17» составил 30 км с удалением от места посадки на 7 км. Последний полет «Аполлона» был совершен в декабре 1972 г… Используя футбольную терминологию можно сказать, что Королев хотел сыграть 3:0, - считая запуск первого спутника, полет в космос первого человека и экспедицию на Луну, - а получилось 2:1.
Для организации советской экспедиции к Луне можно было выбрать две технических линии - полететь на старом носителе или полететь на новом. На старом носителе можно слетать до Луны и обратно, но высадка не получится. И первоначально связка из 4-х «Союзов» предназначалась для облета Луны. Предполагалось использовать три «Союза» как разгонные блоки, а четвертый как возвращаемый аппарат, но схема оказалась тяжелой, ведь она использует 4 двигательные установки. Схему укоротили до 3-х кораблей и она стала включать пустой «Союз», танкер и корабль с космонавтами. Позже появился вариант Н1-ЛЗ, выводимый с помощью носителя Н1, а «Союз» стали использовать как околоземный спутник со стыковочным узлом для перехода космонавтов, что и было позже использовано в программе «Союз»-»Аполлон». Исходное техническое задание для носителя Н1 предполагало массу полезной нагрузки в 70 т, постепенно требования были доведены до 90 т. В итоге отрабатывался вариант с грузоподъемность 95 т, американский же «Сатурн-V» обладал грузоподъемностью в 127 т, причем у американского варианта вес СУ был меньше. Главная причина, почему не состоялся наш полет на Луну - не было достаточного финансирования, средства были распылены. Все отечественные фирмы сообразили, что на космосе можно зарабатывать. И М.К. Янгель и В.Н. Челомей предлагали свои проекты лунной экспедиции. Особыми пробивными качествами отличался Челомей - взял к себе в заместители сына Хрущева, выбил деньги на строительство центра в Реутово… Совет Главных стал постепенно распадаться и уходить на сторону Челомея, как фаворита Хрущева. Челомей даже добился, чтобы ему поручили облет Луны. Королеву ничего не оставалось, как устроить выставку для чиновников из ЦК КПСС с демонстрацией готовых лунных аппаратов и прежде всего практически готовый Л-1 для облета Луны на базе «Союза» без совершения посадки. Действие возымело результат, линия «Союзов» снова была возобновлена. Но проект Челомея тоже уже существовал, причем для его запуска предполагалось использовать носитель «Протон» с весом полезной нагрузки до 20 т. И тут королевский проект получает удар: Пилюгин, мотивируя тем, что не бросил Королева, когда все бежали к Челомею, попросил, чтобы ему поручили систему управления Л-1. Я убеждал Королева, что переход на новую систему управления - задержка на полтора-два года, что СУ уже практически сделана на базе командно-измерительных приборов В.И.Кузнецова, более легких и вполне хороших, что теперь нужно по новой согласовывать весовые и энергетические характеристики… Феоктистов, главный конструктор Л-1, понимал проблемы Королева, но работая с пилюгинцами настаивал на том, чтобы технические характеристики, в т.ч. масса, энергопотребление были не хуже чем у кузнецовских приборов. Конфликт обострялся. Королев даже вынужден был отстранить Феоктистова, заявив, что «… согласовывайте все, что угодно, а вес и энергопотребление ГСП я согласую сам.» То, что было сделано «Аполлоном-8», мы могли сделать на год раньше их… Не сбылось, не состоялось из-за местническою - феодальной раздробленности.
Хуже обстояло дело с носителем Н1. В.П. Глушко отказался делать кислород-керосинные двигатели, сказалось его увлечение низкокипящими токсичными компонентами. Поэтому за разработку двигателей взялось КБ в Куйбышеве (Самаре) под руководством Н.Д. Кузнецова, разрабатывавшего двигатели для самолетов и не имевшего опыта создания ракетных двигателей. Причиной неудачи первого летного испытания Н1, состоявшегося 21 февраля 1969 г., был пожар в хвостовом отсеке, возникший на 70-ой секунде полета. 3 июня 1970 г. из-за неисправности кислородного насоса на стартовом комплексе незадолго до начала предстартового отсчета времени произошел взрыв. 27 июня 1971 г. после отрыва от пускового устройства из-за потери управляемости по каналу вращения полет снова прекращен и снова стартовый комплекс сильно поврежден. Относительно удачным был четвертый пуск носителя Н1 23 ноября 1972 г - в самом конце полета первой ступени, на 107 секунде полета, в хвостовом отсеке возникла неисправность, не давшая возможность определить летные характеристики следующих ступеней. В.П. Мишин, придя на смену С.П. Королеву, поручил работы по Н1 второстепенным людям. Н1 прекрасно управлялся. В мае 1974 г. вместо В.П. Мишина был назначен В.П. Глушко. Пуски уже изготовленных и доставленных на полигон пятой и шестой ракет, запланированные на август и декабрь 1974 г. были отменены. Если бы Глушко не был так упрям… Возможно, результаты были иными, если усилия были бы сосредоточены на Н1 и прекращены работы по челомеевской УР-700 и янгелевской Р-56. Отработочные пуски с лунным модулем продолжались. Да и программа на старых носителях практически была доведена до готовности, правда в открытой печати фигурировала под именем «Зонд».
Но все это уже было, увы, после полета «Аполлона-8»…
После окончания «гонки к Луне» наша пилотируемая программа была сосредоточена на разработке больших орбитальных станций - «Салют», «Алмаз», «Мир», а США взялись за «Shuttle», что наряду с «Бураном» иначе как дуростью не назовешь. Американцы понимали, что ради запуска автоматического аппарата вытаскивать на орбиту еще и 14 т «Шаттла» энергетически неразумно, но полагали, что смогут сделать такую систему на которой вывод одного килограмма полезной нагрузки будет обходиться в 10 раз дешевле чем с помощью одноразовых носителей. Это должно было быть достигнуто за счет многоразовости пусков и ради этого они были готовы выводить на орбиту полезные нагрузки пусть и меньшей массы, но более дешевым способом. Но из этого ничего не вышло. Два конкурирующих пути после «Аполлона» - Шаттл и долговременные обитаемые станции (ДОС) показали преимущество «Салюта» как пути, давшего хорошие результаты в медицине и технологии, чем регулярные 8-ми суточные полеты «Шаттлов».
Конспектировал и обработал материал лекции С.Н. Иванов
Источник: www.info.mipt.ru
