  |
|
УДК 629.78
РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ
академик М. В. КЕЛДЫШ (председатель)
член-корреспондент АН СССР Б. В. РАУШЕНБАХ (заместитель председателя)
доктор технических наук Г. А. ТЮЛИН (заместитель председателя)
академик В. П. БАРМИН
академик В. П. ГЛУШКО
академик В. П. МИШИН
академик Н. А. ПИЛЮГИН
член-корреспондент АН СССР К. Д. БУШУЕВ
доктор технических наук К. С. КОЛЕСНИКОВ
доктор технических наук Ю. А. МОЗЖОРИН
доктор технических наук С. О. ОХАПКИН
доктор технических наук К. П. ФЕОКТИСТОВ
кандидат технических наук А. А. ЕРЕМЕНКО
кандидат технических наук В. Н. СОКОЛЬСКИЙ
Ответственный редактор-составитель доктор технических наук Г. С. ВЕТРОВ
От редакционной коллегии
Выдающийся ученый и крупнейший конструктор в области ракетно-космической техники академик Сергей Павлович Королев (1907-1966 гг.) навеки вошел в историю, положив начало осуществлению, быть может, самой дерзновенной мечты человечества - мечты о покорении космоса. Начиная с 30-х годов и до конца жизни, он последовательно и настойчиво шел к этой цели и внес неоценимый вклад в ее достижение.
Оглядываясь сейчас на сделанное им, пытаясь понять особенности творческой биографии этого замечательного представителя нашей науки и техники, коммуниста, ученого новой, социалистической формации, ставшего основоположником одного из основных направлений современной научно-технической революции, закономерно обратиться к его богатейшему творческому наследию. Хотя сам Сергей Павлович подчеркивал, что основная его работа всегда заключалась в создании различных ракетных конструкций, фактически его деятельность выходила далеко за рамки обычной научной и конструкторской работы и оказывала определяющее воздействие на целые направления развития прикладной и фундаментальной науки, техники, промышленности, народного хозяйства и обороны страны. Материалы, составляющие творческое наследие С. П. Королева, не носят традиционного для академика характера. Это не монографии и статьи, а в основном научно-технические документы, относящиеся к разработке ракет и космических аппаратов. Его работы, обеспечившие открытие космической эры человечества, материализованы в ракетах и космических аппаратах и должны рассматриваться в неразрывной связи с этими конструкциями. Необходимо также учитывать, что в процессе их создания Сергей Павлович должен был проявлять и проявлял не только талант выдающегося конструктора, но и талант великого организатора сложнейшего комплекса работ, в которых переплетались самые различные научные и инженерные проблемы, включая медико-биологические проблемы и проблемы управления той «большой системой», которую составляет современная практическая космонавтика. Следует подчеркнуть, что, хотя Сергей Павлович стремился в максимальной степени использовать опыт предшественников и опыт смежных областей науки и техники для наиболее экономичного решения стоящих перед ним грандиозных задач, чаще всего ему приходилось идти непроторенными путями, поскольку нужного опыта еще не существовало. Так, часто связываемые с именем С. П. Королева слова «впервые в мире» следует относить не только к конструкциям его ракетно-космических систем и полученным с их помощью достижениям в освоении космического пространства, но и к значительно более широкому кругу решенных под его руководством задач.
Из множества материалов, написанных С. П. Королевым или под его руководством, редколлегией и составителями настоящего сборника были отобраны те, которые позволяют показать огромную многогранность его деятельности и по которым можно составить представление о характерной для его творчества продуманной последовательности конструкций, выявить логику их развития, показать трудности, связанные с безграничной сложностью проблем космической техники.
При всей масштабности и многогранности деятельности С. П. Королева по осуществлению советской космической программы и загруженности повседневными делами он находил время для чтения лекций по теории проектирования ракет на Высших инженерных курсах при Московском высшем техническом училище им, Н. Э. Баумана в 1948-1949 гг. и не оставлял мысли суммировать в монографии результаты исследований и опыт создания многочисленных разработок, начиная с ракетопланов и кончая сложнейшими ракетно-космическими системами.
К сожалению, С. П. Королев не успел осуществить задуманное полностью. Поэтому своевременно и необходимо издание настоящего сборника, в котором сделана первая попытка систематизировать творческое наследие С. П. Королева, дать объективное освещение значения его деятельности в развитии советской ракетно-космической техники и космонавтики. Сборник несомненно будет способствовать дальнейшей более глубокой разработке этого наследия.
Открывается сборник очерком, который помогает читателю представить в обобщенном виде публикуемые в сборнике отдельные и далеко не полные материалы, характеризующие деятельность С. П. Королева в начальный период его творчества, период расцвета его таланта, связанный с созданием первых советских боевых ракетных комплексов, первых советских спутников Земли, исследованием и освоением космического пространства, а также раскрыть значение его творческого наследия для дальнейшего развития советской ракетно-космической техники и космонавтики.
Основной объем сборника составляют материалы и документы, принадлежащие перу Сергея Павловича или написанные при его активном творческом участии. Составители не ставили себе задачу дать полную сводку подобных материалов. В этот сборник, имеющий целью охарактеризовать С. П. Королева как человека, руководившего созданием отечественной ракетно-космической техники в первые годы ее становления, не вошли поэтому его ранние работы, связанные с авиацией и планеризмом.
Материалы расположены в хронологическом порядке. По содержанию они весьма разнохарактерны. Это и статьи, написанные Сергеем Павловичем, и его доклады на научных конференциях, включение которых в сборник совершенно естественно. Единственной большой довоенной работой С. П. Королева, не включенной в настоящий сборник, является текст его книги «Ракетный полет в стратосфере» (М., Военгиз, 1934). Это связано с тем, что она сравнительно недавно была переиздана в книге «Пионеры ракетной техники. Ветчинкин, Глушко, Королев, Тихонравов» (М., «Наука», 1972, с. 381-451), а впервые переиздаваемая в сборнике статья «Ракетные аппараты» фактически является сжатым изложением содержания названной выше книги. Кроме того, в сборник включены написанные С. П. Королевым докладные записки, письма, отчеты, автобиография и т. п. Из подобных документов были отобраны такие, которые помогают наиболее полно осветить те или иные стороны многогранной деятельности С. П. Королева.
Включение в сборник проектных материалов потребовало соответствующей подготовки их текстов. Поскольку они не предназначались для научных публикаций и в ряде случаев содержат повторения и потерявшие теперь значение технические подробности, редакционная коллегия сочла возможным исключить из текстов такие места, а также часть рисунков, однако это всегда делалось так, чтобы принципиальные положения, содержащиеся в документе, ни в малейшей степени не искажались.
Разнохарактерность материалов настоящего сборника, большая часть которых публикуется впервые, значительный временной интервал, охватываемый ими, необходимость сокращений текстов отдельных документов и т. п.- все это потребовало довольно большого комментария. Для удобства читателей он приводится в подстрочных примечаниях.
Настоящий сборник, конечно, не дает исчерпывающе полного представления о многосторонней деятельности С. П. Королева - инженера, ученого, организатора. Однако публикуемые материалы, безусловно, будут уже сегодня полезны тем, кто интересуется историей и перспективами развития ракетно-космической техники в Советском Союзе и хотел бы получить более полное представление о работах, связанных с именем С. П. Королева. В настоящем издании работы и документы С. П. Королева печатаются по их первым публикациям или архивным материалам (подавляющее большинство которых хранится в Архиве АН СССР и в архиве предприятия, которым руководил С. П. Королев) с сохранением терминологии и особенностей стиля автора. Допущена лишь некоторая необходимая модернизация размерностей и общепринятых сокращений и исправлены явные описки и опечатки. Звездочками в тексте отмечены примечания автора, цифрами - примечания редакционной коллегии. Вставки от редакционной коллегии даны в квадратных скобках. Некоторым документам (письмам, докладным запискам и т. п.), не озаглавленным автором, редакционная коллегия дала названия, соответствующие их тематике, без оговорки этого в примечаниях.
 Ракета-носитель «Союз» с кораблем «Восход» перед стартом |
О творческом наследии академика С. П. КОРОЛЕВА
Введение
Более двадцати лет тому назад, 4 октября 1957 г., в Советском Союзе был осуществлен под научно-техническим руководством академика С. П. Королева запуск первого в мире искусственного спутника Земли, положивший начало проникновению человека в космос.
Генеральный секретарь ЦК КПСС товарищ Л. И. Брежнев в речи на торжественном заседании, посвященном 250 летнему юбилею Академии наук СССР, поставил С. П. Королева в ряд великих ученых, навсегда прославивших отечественную и мировую науку, чьи бессмертные дела обогатили человеческую цивилизацию1.
1 «Известия», 1975, 7 окт.
Анализ творческого наследия С. П. Королева, объективно отражающий роль и значение его деятельности в развитии советской ракетно-космической техники, не только дань уважения выдающемуся ученому и инженеру. Эти исследования являются важным этапом в написании истории развития ракетно-космической техники в СССР, основанной на марксистско-ленинских принципах партийности и историзма, которые требуют изучения историко-технических фактов во всей их сложности, взаимосвязи и взаимообусловленности, включая социальные аспекты развития. В свете этого творческий путь академика С. П. Королева представляет огромный интерес.
Если деятельность С. П. Королева до Великой Отечественной войны уже получила широкое освещение в целом ряде изданных в последние годы книг, то о его деятельности в послевоенный, наиболее важный и плодотворный для него период, достаточно развернутых публикаций нет. А ведь именно в эти годы в полной мере раскрылись его творческие силы, талант инженера и ученого-организатора. Поэтому в настоящем очерке основное внимание уделено деятельности С. П. Королева в послевоенный период. Уже в предвоенные годы С. П. Королев стал признанным авторитетом в области авиационной и ракетной техники, в деле практического применения принципа реактивного движения. Полет ракетоплана конструкции С. П. Королева вошел в историю советской авиационной и ракетной техники как первый полет человека на летательном аппарате с жидкостным ракетным двигателем.
Несомненно, знания и опыт, накопленные С. П. Королевым в области авиационной и ракетной техники в предвоенный и военный периоды, сыграли важнейшую роль в дальнейших успехах советской ракетно-космической техники.
Будучи с 1946 г. руководителем опытно-конструкторских разработок в области баллистических ракетных систем, С. П. Королев непосредственно отвечал за создание первых советских боевых ракетных комплексов, развившихся впоследствии под руководством других главных конструкторов в мощную систему оружия, обеспечивающую мирное развитие Советского Союза и других социалистических стран на протяжении более трех десятков лет. Под руководством С. П. Королева были созданы также первые в нашей стране высотные ракеты, давшие советской науке возможность развернуть широкие геофизические исследования в верхних слоях атмосферы. Наконец, под руководством Сергея Павловича были созданы и применены первые ракетно-космические системы, обеспечившие нашей стране важный в политическом отношении приоритет, создавшие многим развитым странам мира прецедент для широкого развертывания космических исследований и освоения околоземного космического пространства.
Под непосредственным руководством С. П. Королева был создан первый в мире пилотируемый космический корабль, на котором 12 апреля 1961 г. Юрий Гагарин открыл человечеству дорогу в космос.
С именем С. П. Королева связано создание могучей советской ракетно-космической промышленности, а также новой области человеческой деятельности - космонавтики. С. П. Королев принимал участие в разработке многих космических систем и конструкций.
От планера к ракетоплану
С юношеских лет С. П. Королев увлекся авиацией, занимался планеризмом. В 1924 г. он приступил к конструированию планеров, а с 1925 г.- к самостоятельным полетам на них. Это были годы массового развития планеризма в нашей стране. Почти ежегодно организовывались всесоюзные слеты планеристов в Крыму, в которых с 1927 г. неоднократно участвовал и С. П. Королев. В 1929 г. он вместе с С. Н. Люшиным спроектировал и построил оригинальный планер «Коктебель», на котором сам совершил ряд успешных полетов.
В 1930 г. С. П. Королев построил новый планер СК-3 «Красная Звезда» - первый в истории безмоторной авиации, предназначенный для выполнения фигур высшего пилотажа. В том же году на этом планере летчик В. А. Степанчонок впервые в мире в свободном полете выполнил петлю Нестерова.
Важную роль в формировании С. П. Королева как конструктора сыграли знания, полученные им в Московском высшем техническом училище им. Н. Э. Баумана, крупнейшем в стране центре подготовки инженеров для машиностроения. Курс авиационных дисциплин в училище был основан еще «отцом русской авиации» Н. Е. Жуковским. Читали лекции и вели занятия со студентами известные ученые С. А. Чаплыгин, В. П. Ветчинкин, А. Н. Туполев и другие. Темой дипломного проекта С. П. Королева, который он защитил в 1930 г., был легкомоторный двухместный самолет СК-4. Этот самолет был им не только спроектирован, но и построен. Руководил дипломной работой выдающийся авиаконструктор А. Н. Туполев. В том же 1930 г. С. П. Королев успешно окончил школу летчиков. Вскоре он разрабатывает проекты еще нескольких планеров, в том числе СК-9. Двухместный планер СК-9 отличался особой прочностью, что позволило установить на нем впоследствии ракетный двигатель.
Еще в 1929 г. С. П. Королев познакомился с гениальными идеями К. Э. Циолковского, которые сразу же глубоко увлекли его. Впоследствии он напишет о работах основоположника теории реактивного движения: «Самое замечательное, смелое и оригинальное создание творческого ума Циолковского - это его идеи и работы в области ракетной техники. Здесь он не имеет предшественников и намного опережает ученых всех стран и современную ему эпоху»2. Этим чувством нового, способностью ставить и решать задачи, которые до него не решались никем, обладал и сам С. П. Королев.
2 См. настоящее издание, с. 203.
В 1931 г. С. П. Королев познакомился с Ф. А. Цандером. Знакомство и последующая совместная работа привели к созданию общественной Группы изучения реактивного движения (ГИРД), которая начала функционировать в Москве осенью 1931 г.
Сотрудниками Московской ГИРД были главным образом молодые ученые, инженеры, конструкторы, рабочие, увлеченные реактивной техникой, идеей межпланетных сообщений. Первое время ГИРД занималась в основном пропагандой возможностей ракетной техники, а также привлечением к сотрудничеству специалистов. С июля 1932 г. ГИРД, ставшую к этому времени научно-исследовательской организацией, официально возглавил С. П. Королев, и в работе коллектива основными стали практические исследования и конструкторские разработки. Московская группа, как наиболее успешно работавшая, являлась центральной и стала осуществлять руководство почти всем гирдовским движением в стране.
Наряду с большой исследовательской и конструкторской работой руководство МосГИРД уделяло значительное внимание воспитанию кадров. В начале 1932 г. в Москве были организованы инженерно-конструкторские курсы по ракетной технике. Лекции в этом своеобразном институте прочли известные ученые: В. П. Ветчинкин (курс динамики реактивных аппаратов), Б. М. Знаменский (курс гидродинамики и газовой динамики), Б. С. Стечкин (фундаментальный курс лекций по созданной им теории воздушно реактивных двигателей), Ф. А. Цандер и М. К. Тихонравов (курсы теории ракетных двигателей и ракет), Н. А. Журавченко (курс экспериментальной аэродинамики) и другие. Уже в те далекие годы руководство МосГИРД рассматривало в качестве своей перспективной цели осуществление ракетных полетов человека, поэтому в программу подготовки инженеров был включен курс физиологии высотного полета, который читал один из основателей авиационной медицины Н. М. Добротворский.
Практическая направленность деятельности коллектива МосГИРД, фундаментальная постановка экспериментальных исследований и подготовка специалистов обеспечили создание и отработку в поразительно короткие сроки жидкостных, гибридных ракетных и воздушно-реактивных двигателей, подготовивших первые в СССР полеты экспериментальных жидкостных ракет. Первая советская экспериментальная ракета ГИРД-09, работавшая на жидком кислороде и сгущенном бензине, прошла летные испытания 17 августа 1933 г. Ракета имела стартовый вес 19 кг, длину 2,4 м, диаметр 180 мм. Двигатель развивал среднюю тягу 33 кг и работал в течение 15-18 сек с постепенным снижением тяги. При первом полете из-за прогара двигателя ракета достигла высоты только около 400 м.
С. П. Королев, как и многие энтузиасты ракетной техники, понимал, что успехи в освоении новой техники возрастут, если объединить усилия ученых, инженеров и техников, работающих разрозненно. Эту идею поддержало руководство Народного комиссариата по военным и морским делам СССР. В конце 1933 г. при активном участии начальника МосГИРД С. П. Королева и руководителей Газодинамической лаборатории (ГДЛ) И. Т. Клейменова и Б. С. Петропавловского создается Реактивный научно-исследовательский институт (РНИИ), объединивший эти два основных коллектива энтузиастов ракетной техники. В течение организационного периода С. П. Королев работал заместителем начальника института по научной части, а с 1934 г. возглавил в институте разработку ракетных летательных аппаратов, включая автоматически управляемые ракеты и пилотируемые ракетопланы. В области ракет была поставлена задача - создать боевую ракету для стрельбы с земли по удаленным целям (крупным объектам, площадям и т. д.), а также ракету для стрельбы по движущимся целям при пуске как с земли, так и с самолета.
Основное внимание при этом уделялось крылатым ракетам, поскольку использование крыльев на ракетах позволяло, во-первых, управлять полетом и после выключения двигателя и, во-вторых, увеличить примерно в четыре раза дальность поражения по сравнению с обычной ракетой при одинаковом весе полезного груза.
По заказу Центральной лаборатории проводной связи разрабатывалась крылатая ракета 217 с твердотопливным двигателем для поражения с земли движущихся воздушных целей. Стабилизация и управление в полете должны были осуществляться за счет телемеханической аппаратуры с помощью светового луча от прожектора, освещающего цель.
Первый вариант крылатой ракеты 217/1 был выполнен по нормальной самолетной схеме. Второй вариант 217/11 - по принципиально иной схеме. Для повышения маневренности при поражении подвижных целей в любом направлении была реализована аэродинамическая компоновка с четырьмя крыльями по схеме «бесхвостка».
Для пуска с земли с целью поражения крупных и площадных объектов по заданию Военно-Воздушных Сил и Управления связи Красной Армии разрабатывалась крылатая управляемая ракета на жидком топливе (ракета 212). Она разгонялась с помощью вспомогательного порохового двигателя по специальной стартовой дорожке - рельсовому пути, взлетала, оставляя вспомогательный двигатель на земле, и набирала высоту в зависимости от имевшегося на борту запаса топлива, после его израсходования автоматически переводилась на режим планирования, а затем пикировала на цель с большой скоростью.
В 1937 г. была начата разработка новой ракеты 301, которая по компоновочной схеме несущественно отличалась от предыдущих, однако предназначалась для пусков с самолета в основном по воздушным, а также по наземным движущимся целям. Поэтому в составе оборудования ракеты 301 предусматривались средства радионаведения, которые функционировали по командам с наводящего самолета «правый поворот», «левый поворот», «выше», «ниже» и «взрыв»3.
Наряду с разработкой крылатых ракет в предвоенные годы С. П. Королев работал над научным обоснованием необходимости освоения человеком стратосферы при помощи пилотируемых реактивных летательных аппаратов. В ряде выступлений, например на Всесоюзной конференции по изучению стратосферы в 1934 г. (доклад «Полет реактивных аппаратов в стратосфере» 4), на Всесоюзной конференции по применению реактивных летательных аппаратов к освоению стратосферы в 1935 г. (доклад «Крылатые ракеты и применение их для полета человека» 5), а также в книге «Ракетный полет в стратосфере» С. П. Королев с научных позиций ищет ответы на вопросы, уже поставленные самой жизнью: для чего нужны полеты человека в стратосфере, каковы пути и методы их осуществления?
3 Подробнее см. настоящее издание, с. 188.
4 См. настоящее издание, с. 61-68.
5 См. настоящее издание, с. 97-123.
В своих работах Сергей Павлович подробно проанализировал не только выявившуюся к тому времени закономерность, по которой увеличение высоты и скорости полета в стратосфере для самолетов с винтомоторной группой связано с рядом принципиальных затруднений, но и пути преодоления этих затруднений с помощью перехода на ракетный двигатель. Однако при относительной простоте ракетного двигателя и сравнительно небольшом его собственном весе просто механическая установка его на летательном аппарате не решает ни одной проблемы, связанной с освоением стратосферы. Дело в том, что из-за необходимости иметь на борту ракетного летательного аппарата для обеспечения работы ЖРД не только горючее, но и окислитель требуется огромный запас топлива. В результате этого в весовом балансе ракетного летательного аппарата с необходимыми летно-техническими характеристиками определяющими становятся вес топливной системы, зависящий от конструкции баков, схемы и автоматики подачи компонентов в ракетный двигатель, и вес несущей конструкции летательного аппарата, зависящий от его компоновочной схемы, которые в конечном счете и определяют конструктивное совершенство ракетоплана как средства освоения стратосферы.
В работах С. П. Королева по ракетному полету рассмотрены диапазоны рационального применения различных типов реактивных двигателей (РДТТ, ЖРД, ВРД) с вытеснительной и турбонасосной системами подачи компонентов топлива, показана перспективность использования многоступенчатых комбинированных схем ракетного летательного аппарата и, что важно, особое внимание уделено практической стороне обеспечения надежности - методике наземной и летной отработки систем. На базе проведенных исследований С. П. Королев развивает и проводит в жизнь программу строительства ракетопланов в Советском Союзе.
Первой была разработка в 1931-1932 гг. ракетоплана РП-1, в основу которой по предложению С. П. Королева был положен легкий самолет конструкции Б. И. Черановского БИЧ-11 и проект двигателя конструкции Ф. А. Цандера ОР-2. При стартовом весе ракетоплана 470 кг и тяге двигателя 50 кг проектная скорость полета равнялась 140 км/час, а продолжительность полета составляла не менее 7 мин. С. П. Королев в качестве летчика-испытателя выполнил программу испытаний ракетоплана в воздухе без двигателя и с поршневым двигателем6, но ракетный двигатель до летных испытаний довести не удалось.
6 См. настоящее издание, с. 47-51.
В 1936 г. С. П. Королевым при участии Е. С. Щетинкова был разработан проект двухместного ракетоплана РП-218 с тремя ЖРД ОРМ-65 конструкции В. П. Глушко. При стартовом весе 1600 кг ракетоплан проектировался для достижения скорости 850 км/час на высоте 9 км.
Экспериментальный одноместный вариант ракетоплана, созданный С. П. Королевым на основе его планера СК-9 и получивший индекс РП-318-1, прошел комплекс наземных испытаний с двигателем ОРМ-65. Под управлением летчика-испытателя В. П. Федорова этот ракетоплан трижды успешно летал - 28 февраля, 10 и 19 марта 1940 г. Это были первые в СССР полеты человека на летательном аппарате с жидкостным ракетным двигателем, являвшимся модификацией ОРМ-65.
В годы Великой Отечественной войны С. П. Королев работал над улучшением боевых качеств серийно выпускавшихся самолетов путем установки на них вспомогательных жидкостных ракетных двигателей, что позволяло в течение непродолжительного времени существенно увеличить горизонтальную и вертикальную скорости винтомоторных самолетов в результате сообщения дополнительной реактивной тяги.
Так, например, установка реактивного двигателя РД-1 конструкции В. П. Глушко на пикирующий бомбардировщик Пе-2 увеличивала максимальную скорость примерно на 15% (в зависимости от высоты полета на 46-68 км/час), а время набора высоты 6 км сокращала с 12,8 до 8,6 мин.
Участие в создании первых отечественных ракетных конструкций, исследования по определению областей их рационального применения и большой опыт экспериментальной отработки новой техники к моменту окончания Великой Отечественной войны с фашистской Германией выделили С. П. Королева как весьма квалифицированного и разносторонне подготовленного специалиста в области ракетной техники.
Роль С. П. Королева в создании первых советских боевых ракетных комплексов
Еще до окончания войны с появлением первых сведений о создании в гитлеровской Германии боевой автоматически управляемой баллистической ракеты дальнего действия (БРДД) Фау-2 С. П. Королев внимательно изучает все имеющиеся материалы о новом «оружии возмездия», широко разрекламированном геббельсовской пропагандой. Для него, предвидевшего возможность появления подобного оружия еще накануне войны, это не было неожиданностью. С. П. Королеву, накопившему глубокие знания и богатый опыт в области ракетной техники в предвоенный и военный периоды, были известны проблемы, связанные с созданием и применением немецкого ракетного оружия.
В августе 1946 г. С. П. Королев был назначен главным конструктором по созданию комплексов автоматически управляемых БРДД. Одновременно были назначены главные конструкторы систем радио- и автономного управления полетом ракет, средств наземного оборудования и гироскопических систем, также имевшие большой опыт работы в соответствующих областях техники. На разработку двигателей БРДД был переведен коллектив, занимавшийся в годы войны созданием вспомогательных авиационных ЖРД. Чтобы понять трудности, с которыми пришлось столкнуться С. П. Королеву и его соратникам, взявшимся за решение задачи большой государственной важности, необходимо напомнить внутреннюю экономическую и внешнюю политическую обстановку того времени. Первые послевоенные годы были трудными для нашей страны. Внутренняя экономическая обстановка определялась переводом всей жизни страны на мирные рельсы в условиях восстановления сельского хозяйства и промышленности, жестоко пострадавших в годы войны.
Экономические трудности усугублялись ухудшением международной обстановки. Согласованным усилиям стран антигитлеровской коалиции практически положила конец «холодная война», объявленная Советскому Союзу У. Черчиллем в известной речи в американском городе Фултоне. Империалистическая политика атомного шантажа, основанная на монопольном обладании США атомным оружием, окружение Советского Союза сетью авиационных и военно-морских баз, реваншистские настроения в Западной Германии - все это, естественно, замедляло темпы перевода советской экономики на мирные рельсы.
Американские реакционные политические круги и военщина вместе с профашистски настроенными немцами предпринимают все меры для того, чтобы наиболее важные секретные разработки в области ракетной техники, а также немецкие специалисты были направлены в США. Первым шагом в этом направлении явился вывоз в США большой группы наиболее квалифицированных немецких специалистов в области ракетной техники во главе с руководителями разработки Фау-2 В. фон Брауном и генералом В. Дорнбергером. Были вывезены также многочисленные готовые ракеты с комплектующими частями и основное оборудование завода в Нордхаузене. Вслед за этим США предпринимают большие усилия, чтобы на основе немецкого опыта и с помощью немецких специалистов создать более совершенные баллистические ракеты с дальностью полета, обеспечивающей достижение наиболее важных объектов Советского Союза. Новые БРДД по замыслу реакционных политических и военных кругов должны были оснащаться мощными атомными боевыми зарядами.
В сложившейся обстановке Центральный Комитет Коммунистической партии Советского Союза и Совет Министров СССР придавали особое значение необходимости быстрейшего создания качественно новой системы вооружения на базе автоматически управляемых боевых ракет дальнего действия с ядерными боевыми зарядами.
Несмотря на важность поставленных задач по созданию управляемого ракетного оружия, в сложившихся условиях невозможно было снижать уровень разработки самолетов и других традиционных средств вооружения. Поэтому выделить для создания ракет необходимые мощности действующих конструкторских бюро и экспериментально-производственных баз не представлялось возможным. С. П. Королеву и его сподвижникам пришлось начинать работу по созданию новой отрасли промышленности на базе предприятий, основное оборудование которых во время войны было эвакуировано. Поэтому добавились организационно-технические трудности: создание специализированных отраслевых научно-исследовательских институтов, конструкторских бюро и экспериментально-производственных баз.
В 1946 г. было принято историческое решение о создании ракетостроительной промышленности страны, выделении для этого значительных средств, материальных ресурсов и кадров.
Большой вклад в становление и развитие отечественной ракетной техники внес Дмитрий Федорович Устинов, ныне член Политбюро ЦК КПСС, министр обороны СССР Маршал Советского Союза, всегда находившийся на переднем крае оборонной промышленности и отвечавший за ее состояние перед партией, правительством и народом.
Коллективам институтов и конструкторских бюро, участвовавших в разработке комплексов БРДД, как и коллективу головного научно-исследовательского института, в который входило Особое конструкторское бюро, руководимое С. П. Королевым, были обеспечены все необходимые условия для плодотворной работы и, в частности, комплектование в основном молодыми, хорошо подготовленными специалистами - энтузиастами ракетной техники.
Перед группой главных конструкторов, возглавлявшейся С. П. Королевым, с самого начала партией и правительством были поставлены задачи не только создания комплекса БРДД, не уступающего по своим характеристикам немецкому комплексу с ракетами Фау-2, но и поиска рациональных направлений для создания комплексов БРДД с гораздо более высокими летно-техническими и эксплуатационными характеристиками.
Решая поставленные задачи, коллективы конструкторских бюро одновременно с разработкой первого советского ракетного комплекса проводили большую научно-исследовательскую работу с привлечением отраслевых институтов и институтов союзной и республиканских академий наук.
Первый советский комплекс с управляемыми баллистическими ракетами Р-1 с характеристиками, лучшими, чем у Фау-2, был создан и испытан осенью 1948 г., на несколько лет раньше комплекса с аналогичными характеристиками, созданного в США. Параллельно с созданием ракеты Р-1 были найдены проектно-конструкторские решения, существенно повышавшие качество БРДД. К наиболее крупным достижениям этого периода следует отнести разработку принципиально новой (для крупных ракет с насосной подачей топлива) конструктивно-компоновочной схемы баллистической ракеты с несущим топливным отсеком и отделяющейся в конце активного участка траектории головной частью. Освоение новой конструктивно-компоновочной схемы с несущими баками позволило при некотором росте удельного импульса и существенном увеличении тяги жидкостных ракетных двигателей увеличить дальность полета БРДД по сравнению с Фау-2 и создать первую советскую ракету стратегического назначения.
И в настоящее время несущая конструктивно-компоновочная схема с отделяющейся головной частью признана классической как для одноступенчатых, так и для многоступенчатых боевых ракет и ракет-носителей. Неудивительно, что к этой же схеме пришли специалисты в США и других странах. Остановимся подробнее на преимуществах несущей конструктивно-компоновочной схемы с отделяющейся головной частью по сравнению с конструктивно-компоновочной схемой Фау-2.
Отделение ракетного блока от головной части после окончания активного участка траектории позволяет рассчитывать прочность корпуса ракеты на нагрузки активного участка, которые во много раз меньше нагрузок, действующих на нисходящем участке траектории полета. Следовательно, конструкция силовых элементов корпуса при такой схеме существенно легче. Переход на несущую конструкцию топливных отсеков позволяет уменьшить влияние сжимающих усилий от ракетного двигателя за счет внутрибакового давления и, следовательно, также облегчить силовую конструкцию ракетного блока.
Отпадает необходимость в стабилизации корпуса ракеты с неработающим двигателем при полете в атмосфере на нисходящей ветви траектории, что позволяет перейти практически на бесстабилизаторную схему и существенно сократить вес хвостового отсека.
Особое место в творчестве С. П. Королева описываемого периода занимает создание первой советской БРДД, хранимой и транспортируемой в заправленном состоянии. Еще в предвоенные годы при анализе проблем установки ракетного мотора на планер С. П. Королев указывал на рациональные диапазоны использования различных типов и систем подачи топлива. Ракета с вытеснительной подачей компонентов топлива, с двигательной установкой конструкции А. М. Исаева стала родоначальницей нового, специфического направления в ракетной технике.
В начале 50-х годов успехи советской науки и техники в создании ядерного оружия позволили оснастить советские БРДД боеголовками с эффективными зарядами. Первая советская стратегическая боевая ракета разработки С. П. Королева с ядерным боевым зарядом была успешно испытана и принята в эксплуатацию в 1956 г. До последнего времени экземпляр этой ракеты экспонировался у входа в Музей Вооруженных Сил СССР. Вскоре успешно были испытаны и приняты в эксплуатацию оперативно-тактическая ракета с ядерным зарядом и ракета для вооружения подводных кораблей ВМФ. Непосредственное участие в становлении и развитии новой ракетно-космической техники принимал товарищ Леонид Ильич Брежнев, будучи с 1956 г. секретарем Центрального Комитета нашей партии, ответственным за оснащение Вооруженных Сил новейшей техникой и развитие космонавтики. Большой вклад в развитие ракетной техники того периода внесли и другие партийные, государственные, военные деятели и руководители нашей страны. Выполняя поручение Центрального Комитета Коммунистической партии Советского Союза и Совета Министров СССР, коллективы под руководством С. П. Королева совместно с академическими и отраслевыми институтами проводили научные и проектно-конструкторские исследования, имеющие целью создать ракету с межконтинентальной дальностью полета. Эти исследования велись по следующим направлениям:
изучение перспектив создания баллистических, крылатых и комбинированных ракет с дальностью полета 5000-12 000 км;
комплексное изучение возможностей достижения межконтинентальных дальностей полета различными типами управляемых ракет с различными двигательными установками для выявления наиболее перспективных схем; определение путей получения потребных конструктивных характеристик ракет дальнего действия для обеспечения необходимых летно-технических данных;
исследование различных схем двигательных установок с целью определения их основных конструктивных и энергетических характеристик; разработка методов управления и стабилизации ракет дальнего действия с заданной точностью попадания;
проведение теоретических и экспериментальных исследований аэродинамических характеристик перспективных схем ракет дальнего действия; создание теории полета сверхдальних ракет различных схем, изучение влияния их основных проектных параметров на летно-технические характеристики.
В успешном проведении этих исследований большая заслуга принадлежит коллективам институтов, возглавлявшимся выдающимся ученым академиком М. В. Келдышем. Он являлся научным руководителем и непосредственно участвовал в создании в Институте прикладной математики АН СССР теории полета ракет сверхдальнего действия и космических аппаратов. В результате проведенных исследований было установлено, что задача достижения межконтинентальных дальностей полета может быть успешно решена при использовании ракет двух типов. К первому типу относится двухступенчатая баллистическая ракета дальнего действия с жидкостными ракетными двигателями. Ко второму - также двухступенчатая ракета, но в отличие от первого типа с крылатой второй ступенью, снабженной прямоточными воздушно-реактивными двигателями.
Решение проблемы создания межконтинентальных ракет как по первой, так и по второй схеме имело специфические особенности, зависевшие от различных форм кооперации исполнителей и особенностей экспериментально-производственных баз.
Возможности отрасли, в которой работал С. П. Королев, и уже сложившаяся к тому времени межотраслевая кооперация, естественно, предопределили дальнейшее сосредоточение усилий руководимого им коллектива на создании многоступенчатой баллистической ракеты, представлявшейся в те годы наиболее рациональным средством достижения межконтинентальной дальности.
Работы по двухступенчатой комбинированной крылатой ракете С. П. Королев предложил передать вместе с имеющимся заделом, а также с группой специалистов, работавших в руководимом им конструкторском бюро над ее проектом, в авиационную промышленность. Это дало ему возможность сконцентрировать усилия возглавляемой им кооперации главных конструкторов на создании межконтинентальной ракеты первой (баллистической) схемы. Поставленная задача была успешно решена. 21 августа 1957 г. впервые в мире был произведен запуск двухступенчатой межконтинентальной баллистической ракеты.
При создании первой советской межконтинентальной ракеты непосредственно коллективом Особого конструкторского бюро под руководством С. П. Королева в сотрудничестве с организациями промышленности и учреждениями Академии наук СССР были решены многие научно-технические проблемы и разработаны конструкции, нашедшие применение и дальнейшее развитие в последующих разработках. К числу таких решений, которые стали фундаментальными основами для дальнейшего прогресса советской ракетной техники, относятся:
решение проблемы прохождения плотных слоев атмосферы и разработка конструкции головной части межконтинентальной баллистической ракеты для скоростей входа, близких к первой космической;
решение проблем и разработка конструкторских мероприятий, связанных с управлением и стабилизацией на активном участке полета упругой ракеты с жидким наполнением с относительно низкими частотами собственных колебаний как изгибного, так и продольного происхождения;
управление ракетой при помощи поворотных управляющих двигателей, работающих на компонентах из системы подачи основного двигателя; разработка первой советской управляющей камеры сгорания с узлами качания, совмещенными с магистралями подвода компонентов;
участие в разработке принципиальных схем и теории исполнительных органов систем регулирования жидкостных ракетных двигателей, создании бортовых систем регулирования тяги двигателей, систем одновременного расхода компонентов из ракетного блока, синхронизации одновременного опорожнения баков различных ракетных блоков, гидравлически не связанных между собой;
разработка методологии отработки сложных ракетных комплексов при наземных и летных испытаниях, обеспечивающей требуемые летно-технические и эксплуатационные характеристики.
Помимо практического решения перечисленных проблем, связанных с разработкой самой ракеты, при непосредственном участии С. П. Королева и под его общим руководством были созданы некоторые экспериментально-производственные базы, испытательные стенды и полигоны с необходимыми службами и оборудованием, которые в течение многих лет служили делу дальнейшего развития советской ракетной техники.
Творческий вклад С. П. Королева в исследование и освоение космического пространства
Запуск 4 октября 1957 г. первого искусственного спутника Земли ознаменовал интенсивное развитие советской ракетно-космической техники и космонавтики. Автоматические аппараты и станции, запускаемые в Советском Союзе, выполняют разнообразные исследования в околоземном и дальнем космосе, вблизи небесных тел и на их поверхности, а также широко используются для нужд народного хозяйства. Появляются связные, метеорологические, навигационные, геодезические и другие спутники. Широкое применение начинают получать ракетно-космические средства для контроля за чистотой земной атмосферы, Мирового океана, для наблюдения за состоянием посевов, разведки природных ресурсов и т. п. Космическая техника становится все более важным элементом производительных сил общества и мощным средством проникновения в тайны природы. С. П. Королев положил начало многим из названных направлений исследования и использования космического пространства. Как известно, пилотируемые космические корабли «Восток», «Восход» и «Союз» также создавались под руководством С. П. Королева.
Следует подчеркнуть, что он придавал большое значение созданию долговременных орбитальных станций, периодически посещаемых космонавтами, и начал подготовительную работу по изучению этой задачи. Предусматривалось создание пилотируемых транспортных кораблей, открывавших качественно новые возможности использования космического пространства в интересах науки и народного хозяйства нашей страны.
Весь этот бурный процесс развития космической техники носил взрывоподобный характер. Казалось, что за первые десять лет ее развития буквально «из ничего» выросла новая отрасль техники и новая область человеческого знания, однако этому «взрыву» предшествовала долгая и упорная работа. Проникновение ракетных методов исследования в науку началось задолго до 4 октября 1957 г., и оно тоже связано с именем С. П. Королева. С первых послевоенных лет по его инициативе осуществлялась обширная программа исследования верхней атмосферы высотными пусками геофизических ракет.
Исследования верхней атмосферы при помощи геофизических ракет
Как уже отмечалось, С. П. Королев еще в довоенные годы уделял большое внимание исследованию стратосферы при помощи ракет. Он справедливо считал, что без покорения стратосферы, без знания ее свойств немыслимо ни создание высотной реактивной авиации, ни завоевание космоса. С. П. Королев принимает участие в организованной в 1934 г. Академией наук СССР Всесоюзной конференции по изучению стратосферы, пишет статьи и выпускает книгу, посвященную ракетному полету в стратосфере, проектирует и начинает строить крылатые ракетные аппараты для достижения больших высот. В послевоенный период с самого начала его деятельности по созданию баллистических ракет дальнего действия С. П. Королев устанавливает тесные контакты с виднейшими учеными Академии наук СССР. Разрабатывается развернутая программа научных исследований верхней атмосферы с помощью геофизических ракет, оснащенных научной аппаратурой. В организации и осуществлении этих исследований большую помощь С. П. Королеву оказали президенты Академии наук СССР академик С. И. Вавилов и академик А. Н. Несмеянов.
Первый полет геофизической ракеты В-1А с двумя спасаемыми контейнерами весом по 80 кг каждый состоялся 24 мая 1949 г. на высоту до 100 км. Пуски этих ракет не в полной мере обеспечили получение результатов запланированных экспериментов, но тем не менее была доказана эффективность исследования верхней атмосферы с использованием ракет, оборудованных устройствами для спасения научной аппаратуры; была также доказана техническая возможность непосредственного измерения давления воздуха на высоте 100 км и доставки проб воздуха с больших высот на Землю для по следующего их анализа.
На основе результатов первых испытаний программа дальнейших исследований верхней атмосферы с использованием ракет была значительно расширена. В нее вошли следующие пункты: исследование химического состава воздуха на больших высотах; получение экспериментальных данных по направлению ветров в верхней атмосфере; изучение физических процессов в ионосфере, влияющих на плотность ионизации, и определение плотности ионизации на высотах до 100 км; изучение состава первичного космического излучения и его взаимодействия с веществом; изучение спектрального состава излучения Солнца; исследование жизнедеятельности животных при полетах в герметических или негерметических (животные в скафандрах) контейнерах с последующим отделением контейнеров с животными в полете на разных высотах и спасением их на парашютах; получение экспериментальных данных по аэродинамике при больших сверхзвуковых скоростях полета.
Перечень разделов этой программы показывает не только ее научную значимость, но и нацеленность на освоение космоса. Она прямо готовила почву для создания космических летательных аппаратов.
Для руководства работами, связанными с вертикальными пусками ракет, при Президиуме Академии наук СССР была учреждена комиссия под председательством академика А. А. Благонравова. В 1949-1955 гг. были созданы геофизические ракеты серий В-1Б, В-1В, В-1Д и В-1Е, поднимавшие полезный груз весом 1160-1819 кг на высоты от 90 до 110 км. Проведено 14 пусков ракет на высоты порядка 100 км. На части ракет смонтированы парашютные системы для спасения корпуса ракеты и специальных контейнеров. Были специально разработаны отделяемая от корпуса ракеты и спасаемая головная часть, контейнеры для животных с системами жизнеобеспечения и парашютными системами спасения. Систематические запуски высотных ракет, оснащенных научной аппаратурой и системой телеметрии, на высоты около 100 км дали ценные результаты.
Следующим этапом исследований верхней атмосферы стали начатые в 1957 г. пуски геофизических ракет В-2А, рассчитанных на подъем на высоту около 200 км полезного груза весом 2200 кг, что позволило существенно расширить программу и объем научных исследований.
С 1958 г. начинается третий этап систематических исследований верхней атмосферы до высот более 500 км при помощи геофизических ракет В-5А и В-5В. В соответствии с программой научных исследований с 1959 г. начались исследовательские полеты геофизических ракет В-11А, более дешевых и рассчитанных на более широкое применение.
Развитая в эти годы техника вертикальных пусков ракет и методика проведения соответствующих научных экспериментов оказались настолько эффективными, что и после создания автоматических и пилотируемых космических аппаратов это научно-техническое направление продолжало совершенствоваться. Вертикальные пуски ракет позволяют получать «разрезы» атмосферы, привязанные к данному географическому пункту, они сравнительно дешевы и поэтому дают возможность осуществлять одновременные или иным образом скоординированные старты в разных точках Земли; некоторые типы таких ракет могут запускаться с кораблей, в условиях высокоширотных экспедиций и т. п. Пуски подобных ракет и сегодня являются важным моментом международного научного сотрудничества.
Положив начало развитию этого научно-технического направления в стране, Сергей Павлович одновременно интенсивно продолжал разработку все более и более совершенных ракет-носителей, способных сделать решающий шаг в освоении космического пространства человеком.
Создание ракеты-носителя «Спутник» открыло принципиально новые горизонты научных исследований.
Ракета-носитель «Спутник» имела оригинальную конструктивно-компоновочную пятиблочную схему, состоящую из четырех боковых (блоки Б, В, Г, Д) и одного центрального (блок А) блоков, все двигатели которых запускались при старте. Боковые и центральные ракетные блоки гидравлически и пневматически между собой не были связаны. Основные двигатели боковых и центрального блоков ракеты были созданы коллективом ГДЛ-ОКБ под руководством В. П. Глушко и имели наивысшие для своего времени энергетические характеристики. Высоким совершенством обладала и система управления ракеты, разработанная под руководством Н. А. Пилюгина. Двигатель центрального блока РД-108 имел четыре основные и четыре рулевые камеры сгорания с единым турбонасосным агрегатом, а двигатели боковых блоков РД-107-по четыре основные и по две рулевые камеры сгорания с одним турбонасосным агрегатом на каждом блоке. Рулевые камеры сгорания, разработанные для первых экземпляров ракет в ОКБ С. П. Королева, служили для управления ракетой на активном участке траектории полета, а на центральном блоке, кроме того, для создания конечной ступени тяги после выключения основных камер, компенсирующей разброс импульса последействия основных двигателей и тем самым создающей условия для полета с высокой точностью. Компонентами топлива основных и рулевых двигателей были жидкий кислород и керосин, а рабочим телом турбины турбонасосных агрегатов - продукт разложения 82%-ной перекиси водорода.
Двигательные установки ракетных блоков, кроме многокамерных ЖРД, включали системы наддува баков, системы регулирования одновременного опорожнения баков и системы продувки хвостовых отсеков. Двигательные установки боковых блоков были снабжены системой демпфирования пульсаций давления на линии окислителя, а двигательная установка центрального блока- системой циркуляции окислителя, пневмосистемой отделения головной части и увода корпуса. Впервые в истории советской ракетной техники на ракете-носителе «Спутник» применены система регулирования кажущейся скорости по трем почти взаимно перпендикулярным направлениям и системы регулирования одновременного опорожнения баков каждого ракетного блока и синхронизации уровней во всех ракетных блоках. Система регулирования кажущейся скорости обеспечивала заданную программу изменения интеграла осевой перегрузки по времени, а также компенсировала влияние ветра и других возмущений на участке разгона.
Космическая программа Советского Союза, одним из ведущих разработчиков которой был С. П. Королев, предусматривала быстрое увеличение энергетических возможностей ракет-носителей, а следовательно, увеличение веса автоматических станций и пилотируемых кораблей, выводимых в космическое пространство.
С. П. Королев планомерно совершенствует двухступенчатую ракету, создавая на ее основе трехступенчатую, а впоследствии и четырехступенчатую ракетные системы с соответствующим увеличением веса полезного груза в три и более чем в четыре раза при незначительном увеличении стартового веса.
Исследование и освоение космического пространства с использованием автоматических аппаратов
Уже в ходе разработки межконтинентальной баллистической ракеты стала очевидной возможность достижения первой космической скорости и выведения искусственного спутника Земли (ИСЗ).
Придавая большое значение перспективам космических полетов и обеспечению приоритета Советского Союза запуском первого в мире искусственного спутника Земли, С. П. Королев понимал, что выведение первого спутника станет только началом титанической работы по всестороннему исследованию и освоению космического пространства. С запуском искусственных спутников Земли открывалась возможность перехода от косвенного изучения межпланетного пространства с использованием оптико- и радиоастрономических средств с поверхности Земли к непосредственным экспериментам в космосе и использованию космической техники в интересах народного хозяйства. В этой связи возникла необходимость в разработке советской космической программы, которая объединила и направила бы усилия ученых и промышленности на создание космических ракет-носителей, искусственных спутников Земли, межпланетных станций. Представлялось важным, с одной стороны, привлечь широкие круги ученых Академии наук СССР к формированию проблематики научных исследований, разработке методики экспериментов в космической среде, созданию научной аппаратуры, а с другой,- искать возможные способы использования искусственных спутников Земли в интересах народного хозяйства,
С. П. Королев устанавливает контакты с ведущими учеными Академии наук СССР - президентом академиком А. Н. Несмеяновым, вице-президентами академиком М. В. Келдышем, академиком А. В. Топчиевым, академиками-секретарями Отделения биологических наук академиком Н. М. Сисакяном и Отделения технических наук академиком А. А. Благонравовым. Особенно большую роль в формировании первой космической программы сыграл в то время академик М. В. Келдыш, который сумел направить и скоординировать усилия многих научных организаций.
Когда сейчас оглядываешься на сделанное за первые десять лет космической эры, поражает разнообразие поставленных и решенных задач и строгая последовательность осуществления все более и более сложных проектов. Если говорить только об автоматических аппаратах, то сразу видны три направления в их разработке:
создание простейших спутников;
создание научных и народнохозяйственных спутников Земли;
создание автоматических межпланетных станций.
Простейшие спутники предназначались главным образом для отработки ракет-носителей, создания и отладки сложной наземной службы траекторных измерений и прогноза движения спутника, создания станций связи с летящим космическим аппаратом и т. п. Получение собственно научной информации о космическом пространстве представляло на данном этапе второстепенную задачу. Не следует забывать, что сам факт достижения первой космической скорости явился бы эпохальным событием. Все это Сергей Павлович прекрасно понимал и, когда выявилось, что работы по созданию космической ракеты-носителя идут быстрее, чем подготовка комплекса сложной научной аппаратуры для спутника-лаборатории, он форсировал разработку и создание простейших спутников (ПС).
4 октября 1957 г., через полтора месяца после первого успешного испытания межконтинентальной ракеты, был выведен на орбиту первый советский искусственный спутник Земли (ПСИ) весом 83,6 кг. 3 ноября того же года был выведен на орбиту второй простейший спутник (ПС-2) с подопытным животным - собакой Лайкой. Спутник ПС-2 представлял собой вторую ступень ракеты-носителя, в головной части которой размещались контейнеры с научной и измерительной аппаратурой и герметическая кабина с подопытным животным. Общий вес научной и измерительной аппаратуры и герметической кабины с животным составлял 508,3 кг.
В состав второго искусственного спутника Земли входили приборы для исследования излучения Солнца в ультрафиолетовой и рентгеновской областях спектра, приборы для изучения космических лучей, радиопередатчики, источники электроэнергии, аппаратура измерения и регистрации температуры, давления и других параметров в герметической кабине. Радиопередающая аппаратура, система терморегулирования и другие приборы размещались в сферическом контейнере, аналогичном корпусу первого искусственного спутника Земли.
Герметическая кабина имела форму цилиндра с выпуклыми днищами. Одно из днищ сделано было съемным для установки оборудования и помещения животного. Система жизнеобеспечения животного включала регенерационную установку, систему терморегулирования и систему кормления. Регенерация воздуха в кабине обеспечивалась химическими соединениями, поглощающими углекислоту и избыток водяных паров. Интенсивность процессов регенерации регулировалась автоматически.
В герметической кабине размещалась аппаратура регистрации пульса, дыхания, кровяного давления и биопотенциалов сердца животного, а также чувствительные элементы для измерения температуры и давления. Как видно из этого краткого описания, второй спутник по составу научных приборов и целям исследования лишь условно может быть отнесен к «простейшим».
Оба названных спутника в основном успешно выполнили поставленные перед ними задачи. Запуск первых двух искусственных спутников Земли был началом возникновения космической техники - новой области техники, со своей спецификой, своими проблемами и своими методами решения задач. Создание космических аппаратов поставило их творцов перед необходимостью ответить на вопросы, никогда ранее не возникавшие перед инженерами и учеными.
Укажем некоторые новые проблемы, решавшиеся при создании самых простых космических аппаратов (КА).
1. Выбор траекторий движения КА и прогноз их эволюции. Здесь специалисты по небесной механике сразу столкнулись с необходимостью учитывать эффекты, которые раньше считались несущественными (торможение спутника в разреженной верхней атмосфере, прецессия орбиты); затем возникли задачи выбора оптимальных траекторий межпланетных перелетов, создания теории коррекций таких траекторий и др. Все это в совокупности определило развитие в небесной механике новых научных направлений, превращение ее из наблюдательной, «чистой», науки в науку прикладную, ведь человек приступил к созданию искусственных небесных тел и должен был научиться «конструировать» их будущие траектории.
2. Вакуум. Проблема космического вакуума сводилась не только к задаче герметизации каких-то объемов. Оказалось, что в условиях глубокого вакуума совершенно новый характер приобретает работа подвижных элементов конструкции (подшипников, зубчатых передач и т. п.). Это обстоятельство поставило перед учеными и инженерами проблему трения в вакууме. Суть ее состояла не в изменении коэффициентов трения, дело было значительно более серьезным - неучет специфики космического вакуума мог приводить к разного рода заклиниваниям, недопустимо увеличивать износ деталей и т. п.
3. Невесомость. Обычно о проблеме невесомости говорят применительно к пилотируемым полетам. Однако она оказывает существенное влияние и на работу автоматической аппаратуры. Здесь прежде всего следует отметить, что невесомость исключает тепловую конвекцию в герметизированных объемах, т. е. наиболее естественный в земных условиях фактор охлаждения элементов конструкции, особенно электронных приборов.
4. Поддержание нужного теплового режима. Эта задача для установленного на борту КА оборудования не свелась к проблемам, связанным с отсутствием конвективного теплообмена внутри герметического корпуса. Условия на наружной поверхности КА тоже были новыми. Второстепенная в обычных условиях составляющая теплового потока, связанная с тепловым излучением, стала единственной, и в этой связи возникли проблемы создания наружных покрытий, обладающих нужными свойствами, Эта задача усложнялась для ИСЗ резко переменным режимом внешнего подвода и отвода тепла, поскольку спутники периодически то сильно нагревались Солнцем, то сильно охлаждались при переходе в тень Земли.
5. Задача энергопитания. Применение аккумуляторов (как это было на первом спутнике) резко ограничивало срок активного существования космического аппарата, и поэтому космическая техника сразу вызвала к жизни новое научно-техническое направление - создание бортовой системы энергопитания, основанной на прямом преобразовании солнечной энергии в электрическую (солнечные батареи).
6. Создание безотказных линий связи «Земля-борт-Земля». Без такой связи немыслимо получение научной информации, невозможны контроль работы бортовых систем и передача команд управления на борт КА. В недалекой перспективе вырисовывалась проблема радиосвязи на расстояниях во многие миллионы километров при минимальных энергетических затратах (напомним, что антиподные точки на Земле удалены всего лишь на 20 тыс. км друг от друга).
7. Надежность аппаратуры. Все применявшиеся до этого критерии надежности и способы ее увеличения основывались на массовом изготовлении однотипных изделий, при этом соответствующими мероприятиями достигалось, например, что на 10 000 успешных применений приходился один отказ. Для космических полетов, когда осуществляются единичные пуски объектов, аппаратура которых содержит десятки тысяч элементов, такой подход методически неправомочен. Надо было разработать иной подход и иные принципы дублирования и резервирования, которые соответствовали бы новым условиям. Решение даже этой группы проблем требовало серьезных усилий ученых и инженеров, а сжатые сроки осуществления космических программ не позволяли провести по каждой из них исчерпывающие и обстоятельные исследования. При организации этих работ в полной мере сказалась способность С. П. Королева увязать и спланировать работу многих коллективов, наметить разумную последовательность работ, отделить задачи, требовавшие немедленного решения, от задач, решение которых хотя и полезно, но не является столь срочным, и все это в условиях неполной информации и отсутствия опыта аналогичных разработок. Во многих случаях Сергей Павлович проявлял поразительную инженерную интуицию и умение выделить из сложной задачи ее решающее звено.
15 мая 1958 г. на орбиту был выведен третий советский искусственный спутник Земли, представлявший собою сложную автоматическую научную лабораторию. Вес спутника составлял 1327 кг, в том числе вес научной и измерительной аппаратуры вместе с источниками питания 968 кг. Габариты спутника без учета выступающих антенн: длина 3,57 м, диаметр 1,73 м. Состав научной аппаратуры третьего советского ИСЗ наиболее полно соответствовал сформулированной к тому времени программе космических исследовании. Компоновка спутника и продуманное размещение чувствительных элементов научной аппаратуры сводили к минимуму возможность взаимного влияния отдельных научных приборов.
Герметический корпус спутника был изготовлен из алюминиевого сплава. Поверхность корпуса подвергалась специальной обработке для получения определенных коэффициентов излучения и поглощения солнечной радиации. Перед запуском спутника герметический корпус заполнялся газообразным азотом.
Внутри корпуса располагались радиотелеметрические системы, электронное программно-временное устройство, аппаратура системы терморегулирования, аппаратура измерения интенсивности первичного космического излучения и регистрации ядер тяжелых элементов в космических лучах, аппаратура регистрации микрометеоров, измерения давления и определения ионного состава атмосферы, концентрации положительных ионов, величины электрического заряда, а также напряженности электростатических и магнитных полей и интенсивности корпускулярного излучения Солнца.
Многоканальная радиотелеметрическая система спутника позволяла одновременно передавать на Землю данные о всех измерениях с высокой частотой опроса. Впервые было установлено запоминающее устройство для хранения результатов научных измерений, полученных вне зоны радиовидимости спутника с наземных пунктов, расположенных на территории Советского Союза. Электронное программно-временное устройство с большой точностью позволяло привязывать результаты научных измерений к единой шкале времени, а в последующем, после обработки - к параметрам движения и географическим координатам.
Энергопитание аппаратуры спутника осуществлялось от солнечных батарей при движении по освещенной части орбиты и от электрохимических батарей при полете в тени Земли. Переключение источников питания производилось автоматически. Поддержание температурного режима спутника обеспечивалось принудительной циркуляцией газообразного азота внутри герметического корпуса, а также изменением коэффициента собственного излучения путем открытия и закрытия 16 отдельных жалюзи с автоматическим приводом. Научные результаты запусков трех первых советских искусственных спутников Земли имели многоплановое значение.
Первый советский искусственный спутник Земли за время земных суток совершал 15 полных оборотов вокруг Земли, двигаясь со скоростью около 8 км/сек. В первые сутки полета период обращения спутника уменьшался в среднем на 1,8 сек в сутки вследствие торможения в верхней атмосфере. Как космическое тело первый спутник просуществовал в течение 92 сут, совершил почти 1400 оборотов вокруг Земли, и 4 января 1958 г. вошел в плотные слои атмосферы и прекратил существование.
Второй советский искусственный спутник совершил 2370 оборотов вокруг Земли и находился в полете в течение 162 сут.
Третий спутник просуществовал на орбите почти 2 года, совершив 10 000 оборотов вокруг Земли.
Столь продолжительные времена космических экспериментов и продуманное оснащение спутников научными приборами позволили уже на первых спутниках получить фундаментальные научные результаты по следующим направлениям исследований.
Давление и плотность верхней атмосферы. Определение плотности верхней атмосферы проводилось принципиально разными методами: по торможению искусственных спутников Земли и по манометрическим измерениям давления.
Определения этими методами плотности атмосферы на высотах более 200 км дали практически одинаковый результат, и, таким образом, впервые прямым экспериментом были уточнены параметры верхней атмосферы. Ионный состав верхней атмосферы. Радиочастотный масс-спектрометр, установленный на третьем советском спутнике, позволил изменить представления об ионном составе атмосферы в диапазоне высот 225-980 км. Были получены важные результаты о процессе баланса ионизации в атмосфере. Распространение радиоволн в ионосфере, степень их поглощения. Искривление путей распространения радиоволн, их отражение, частичное или полное поглощение определяются состоянием ионосферы, в частности значением электронной концентрации. Распространение электронной концентрации по высоте изучалось методом наблюдений радиовосхода и радиозахода спутников.
Указанным способом было получено распределение электронной концентрации до высот 600-650 км. Все это было важно для уточнения особенностей радиосвязи КА с Землей.
Изучение радиационной обстановки в околоземном космическом пространстве впервые дало экспериментальные данные для будущих пилотируемых полетов.
Изучение микрометеоров позволило качественно оценить метеоритную и метеорную опасность для разработки конструкторских мер предосторожности.
Изучение жизнедеятельности живого организма в условиях космического полета. В результате эксперимента на втором советском ИСЗ с подопытным животным были получены данные о влияниях длительной невесомости, перегрузки при выведении, шума и вибраций на живой организм. При запуске третьего советского искусственного спутника-лаборатории были практически полностью реализованы возможности двухступенчатой ракеты по весу полезного груза.
Поэтому в 1958-1959 гг. в соответствии с программой освоения космического пространства коллективом во главе с С. П. Королевым на базе ракеты-носителя «Спутник» была разработана трехступенчатая ракета-носитель «Восток» с ракетным блоком Е в качестве третьей ступени.
Для блока Е коллективами, руководимыми главными конструкторами С. П. Королевым и С. А. Косбергом, совместно был создан кислородно-керосиновый двигатель РО-7 со следующими характеристиками: при тяге 5 т он имел удельный импульс в пустоте 316 сек и удельный вес менее 20 кг на тонну тяги. Это был первый отечественный кислородно-керосиновый двигатель, запускаемый в пустоте при выключении двигателя центрального блока. Для привода турбины насосного агрегата двигателя использовался паро-газ от газогенератора, работающего на основных компонентах топлива. Космическая ракета-носитель «Восток» дала возможность увеличить допустимый вес ИСЗ с 1400 до 4500-4700 кг и обеспечить достижение второй космической скорости при полете к Луне автоматическими аппаратами. Это был качественный скачок в развитии отечественной космонавтики, открывший дорогу для полетов к Луне и создания пилотируемых космических кораблей.
Первая советская космическая ракета с первой в мире автоматической межпланетной станцией (АМС) «Луна-1» была запущена в сторону Луны 2 января 1959 г. Пройдя вблизи Луны, станция вышла из сферы земного притяжения и превратилась в искусственную планету, движущуюся вокруг Солнца.
АМС «Луна-1» имела корпус сферической формы из алюминиевого сплава, образованный двумя тонкими полуоболочками с герметическим стыком по наибольшему сечению. Такое конструктивное решение обеспечивало свободный доступ к аппаратуре и источникам питания, смонтированным на приборной раме из магниевого сплава.
На станции размещались: радиоаппаратура контроля траектории и передачи на Землю научной информации, радиопередатчик телеграфных посылок переменной продолжительности для передачи части научной информации, аппаратура для изучения газовой компоненты межпланетного вещества корпускулярного излучения Солнца, измерения магнитного поля Земли и Луны, регистрации метеорных частиц, фотонов в космическом излучении, тяжелых ядер в первичном космическом излучении и вариаций интенсивности космических лучей.
На внешней поверхности сферического корпуса размещались: четыре стержневые антенны, центральный штырь с установленным на нем магнитометром, две протонные ловушки и два пьезоэлектрических датчика для изучения метеорных частиц. Отделение АМС от последней ступени ракеты-носителя после израсходования топлива обеспечивало нормальную работу магнитометра, не искажаемую влиянием металлической конструкции ракетного блока, и освобождало необходимую поверхность для сброса тепла системой терморегулирования.
На последней ступени была установлена аппаратура для образования искусственной кометы. Конструкция аппаратуры обеспечивала испарение 1 кг натрия в условиях невесомости и космического вакуума с образованием облака паров натрия в атомарном состоянии. Рассеивающее солнечные лучи облако искусственной кометы эквивалентно источнику света мощностью 7000 Квт. Следует также отметить, что натриевое облако рассеивает свет строго определенной длины волны 0,589 мк, что позволяет с применением светофильтров выделить его на сравнительно ярком фоне неба. Вторая советская космическая ракета с АМС «Луна-2», запущенная на Луну 12 сентября 1959 г., по составу научной аппаратуры и конструкции станции была близка к первой. На ракете помещались вымпелы с изображением Государственного герба Советского Союза и надписью «СССР, сентябрь 1959». Сохранность вымпелов при встрече с Луной обеспечивалась специальными конструктивными мерами. Были приняты также меры, исключающие заражение лунной поверхности земными микробами.
14 сентября 1959 г. станция «Луна-2» и последняя ступень ракеты-носителя достигли поверхности Луны восточнее Моря Ясности в точке с селенографическими координатами 30° с. ш. и 0° долготы. Впервые в мире был осуществлен космический перелет с Земли на другое небесное тело. Третья советская космическая ракета была запущена 4 октября 1959 г. С помощью этой ракеты была выведена АМС «Луна-3», главная цель которой состояла в получении и передаче на Землю изображения обратной стороны Луны. Уникальность этого научного эксперимента для своего времени заключалась в том, что он не только потребовал создания автоматического комплекса, способного произвести фотографирование Луны, проявление на борту фотопленки и передачу по радиоканалу полученного изображения, но и положил начало качественно новому этапу в конструировании КА. Все запущенные к тому времени советские и американские КА были неуправляемыми и после отделения от ракеты-носителя совершали полет, медленно вращаясь вокруг своего центра масс неопределенным образом в зависимости от полученного при отделении от ракеты-носителя хотя и малого, но неопределенного вращательного импульса. Подобное вращение исключает возможность проведения ряда научных экспериментов и ухудшает летно-технические характеристики КА. Единственный способ избежать подобного вращения - создание системы управления ориентацией КА. Неизбежность применения таких систем была ясна С. П. Королеву с самого начала, и еще до выведения на орбиту первого спутника уже велась по его заданию разработка и наземная отработка подобных систем. Полетом АМС «Луна-3» было положено начало новому научно-техническому направлению в космической технике - направлению, которое сейчас оформилось в науку об управлении движением КА.
Чтобы показать необходимость и сложность задачи, поставленной перед возглавляемым С. П. Королевым коллективом, следует кратко пояснить суть возникших проблем.
Управление ориентацией неизбежно при постановке таких научных экспериментов, когда КА должен занять вполне определенное положение относительно Земли, Солнца или звезд. К ним следует отнести практически все астрономические эксперименты, наблюдение поверхности Земли в народнохозяйственных или научных целях и т. п. В тех случаях, когда надо передать на Землю по радиоканалу научную информацию с больших расстояний, неизбежно применение направленных параболических бортовых антенн, работа которых возможна лишь в том случае, если оси этих антенн «смотрят» на Землю.
Целенаправленное изменение орбиты (для перехода на траекторию спуска на Землю, коррекции межпланетной траектории и т. п.) производится путем включения маршевого ракетного двигателя, изменяющего вектор скорости движения КА, однако получение реактивного импульса нужного направления возможно лишь в том случае, если к моменту включения ракетного двигателя КА сориентирован должным образом. Наконец, рациональное применение солнечных батарей обычно требует ориентации их рабочих поверхностей перпендикулярно к солнечным лучам.
Перечисленный (вообще говоря, неполный) перечень задач, требующих управления ориентацией, показывает необходимость и разнообразие видов ориентации, их тесную увязку с назначением, а следовательно, и конструкцией КА. В годы, предшествовавшие космической эре, и в ее первые годы, когда облик КА разных назначений еще не был так ясен, как сейчас, разработку систем управления ориентацией было целесообразно вести совместно с разработкой КА, и это было основной причиной, по которой С. П. Королев считал нужным, чтобы эти работы велись в его конструкторском бюро. Состав сравнительно скромной системы управления ориентацией станции «Луна-3» содержал основные элементы, ставшие сегодня традиционными,- оптические и гироскопические приборы, блок логики и микрореактивные двигатели для сообщения КА управляющих моментов.
Корпус станции «Луна-3» имел форму цилиндра со сферическими днищами; его габариты без учета антенн: длина 1,3, диаметр 1,2 м. На внешней поверхности АМС устанавливались часть научных приборов, антенны и солнечные батареи. В верхнем днище имелся иллюминатор с крышкой, автоматически открывавшейся перед фотографированием. Под иллюминатором размещались объективы фотоаппаратов и датчики лунной ориентации. На верхнем и нижнем днищах имелись также малые иллюминаторы для солнечных датчиков ориентации. На нижнем днище размещались двигатели системы ориентации.
Представления о других трудностях, связанных с созданием первых АМС, можно получить, если принять во внимание, что мощность сигналов, передававших изображение Луны, при максимальном удалении АМС от Земли была примерно в сто миллионов раз меньше средней мощности сигналов, принимаемых обычным телевизионным приемником. Понадобились специальные методы обработки и передачи сигналов на борту станции и наземных пунктах для снижения в максимальной степени уровня помех и сохранения приемлемой скорости передачи изображения.
В числе дополнительных трудностей следует назвать обеспечение условий нормального фотографирования и передачи изображений на Землю. Время запуска третьей советской космической ракеты определялось освещенностью обратной стороны Луны, причем в момент фотографирования АМС должна находиться по возможности на прямой, соединяющей Солнце и Луну. После фотографирования необходимы были также хорошие условия радиовидимости с территории Советского Союза и возможно меньшее удаление АМС от Земли. Столь противоречивые требования удалось удовлетворить, впервые применив гравитационный маневр для изменения траектории АМС. Расчетная траектория полета АМС была выбрана на удалении 6200 км от поверхности Луны таким образом, чтобы сила притяжения Луны заставила АМС на обратном пути пройти над северным полушарием, а не над южным. Благодаря такому маневру, АМС после прохождения вблизи Луны восходила с каждыми сутками все выше и выше над горизонтом наземных пунктов на территории Советского Союза и при приближении к Земле вообще наблюдалась как незаходящее радиосветило.
Успешное выполнение программы исследований советскими космическими ракетами (создание первой искусственной планеты, первый полет на Луну, получение первых фотографий обратной стороны Луны) явилось ярким свидетельством многогранного таланта С. П. Королева, возглавившего решение столь сложных задач.
Основой для выполнения дальнейшей программы космических исследований в области межпланетных полетов стала разработка коллективом под руководством С. П. Королева четырехступенчатой ракеты-носителя «Молния» с ракетным блоком И в качестве третьей ступени и космическим ракетным блоком Л - четвертой ступени.
Впервые в ракетной технике четвертая ступень обеспечивала запуск кислородного двигателя в условиях невесомости. Выведенная на орбиту спутника Земли, четвертая ступень совершала в течение некоторого времени полет при неработающем двигателе. В заданный момент производился запуск двигателя четвертой ступени в условиях невесомости и глубокого вакуума и разгон до скорости, необходимой для полета к планете.
Такой метод выведения позволил осуществлять полет к Луне с одинаковыми энергозатратами в любой день месяца независимо от положения Луны на ее орбите, увеличить вес полезного груза с 300 до 1600 кг, а ранее невыполнимые полеты к Марсу или Венере производить с весом полезного груза до 1000-1100 кг.
В качестве первых двух ступеней были использованы боковые и центральный блоки ракеты-носителя «Спутник». Ракетный блок И третьей ступени был разработан на базе двигателя РО-7 главного конструктора С. А. Косберга и максимального использования материальной части, технологии изготовления и технологического оборудования созданной ранее ракеты конструкции С. П. Королева другого назначения.
Ракетный блок Л четвертой ступени и его двигатель были в короткие сроки разработаны и созданы коллективом, входившим непосредственно в ОКБ, руководимое С. П. Королевым. Двигатель этого блока был первым использованным на практике отечественным кислородно-керосиновым двигателем, работающим по замкнутой схеме без выброса парогаза после турбины и запускаемым на промежуточной орбите после длительного пребывания в вакууме в условиях невесомости. Он имел высокие энергетические характеристики. Четвертая ступень ракеты-носителя «Молния» состояла из ракетного блока Л, включавшего специальный блок обеспечения запуска основного двигателя, систему ориентации и стабилизации, смонтированную на ферме и отделявшуюся от блока Л после запуска основного двигателя, и объекта - автоматической межпланетной станции, расположенной над блоком Л. Блок Л с АМС от воздействия скоростного напора на активном участке траектории был защищен головным обтекателем, который сбрасывался после отделения первой ступени.
Проведенные доработки комплекса наземного оборудования (пусковой системы, установщика, транспортных и заправочных средств) для ракеты-носителя «Молния» сохранили возможность его использования при пусках ракет-носителей «Спутник» и трехступенчатых ракет-носителей «Восток».
12 февраля 1961 г. в Советском Союзе впервые была запущена автоматическая межпланетная станция к планете Венера (вес станции 643,5 кг). Во второй половине мая 1961 г. станция достигла района Венеры и прошла на расстоянии около 100 тыс. им от планеты при общем пройденном пути 270 млн. км.
АМС «Венера-1» представляла собой космический аппарат, в составе которого были системы радиотехнической и научной аппаратуры, система управления движением, системы терморегулирования и энергопитания. В отличие от предшествующих система управления движением была многорежимной. Она позволяла в течение многих месяцев космического полета поддерживать постоянную ориентацию рабочих поверхностей солнечных батарей на Солнце, периодически направлять бортовую параболическую антенну на Землю, выполнять точную (до единиц угловых минут) ориентацию станции относительно звезд по командам с Земли, необходимую для коррекции траектории, и стабилизировать полет при работе корректирующего траекторию ракетного двигателя.
Особенностью АМС «Венера-1» были развитые солнечные батареи, обеспечившие электропитание в течение многомесячного полета, и остронаправленная антенна - параболоид диаметром 2 м для передачи на Землю большого объема информации в ограниченное время. На АМС «Венера-1» была установлена корректирующая ракетная двигательная установка конструкции главного конструктора А. М. Исаева. Состав научной аппаратуры включал приборы исследования магнитных полей, заряженных частиц межпланетного газа и корпускулярных потоков от Солнца, космического излучения и регистрации микрометеоров.
Вторая межпланетная станция «Венера-2» была запущена 12 ноября 1965 г. Вес АМС «Венера-2» составлял 963 кг. 27 февраля 1966 г. станция прошла на удалении 24 тыс. км от поверхности Венеры.
Третья межпланетная станция «Венера-3» весом 960 кг, выполненная в посадочном варианте с отделяемым посадочным модулем, была запущена 16 ноября 1965 г. Спускаемый на Венеру аппарат шарообразной формы имел теплозащитное покрытие и парашютную систему. 1 марта 1966 г. станция впервые в мире достигла Венеры и доставила на ее поверхность вымпел с изображением Государственного герба СССР.
Начало полетам к Марсу было положено советской АМС «Марс-1» весом 893 кг, запущенной 1 ноября 1962 г. В дальнейшем АМС этой серии под наименованием «Зонд-1», «Зонд-2» и «Зонд-3» были запущены в 1964-1965 гг. для изучения условий полета на дальних межпланетных трассах. Во время пролета последней из этих станций вблизи Луны было проведено фотографирование и передача на Землю изображения с высоким разрешением обратной ее стороны (включая часть поверхности, оставшуюся неохваченной при съемке станции «Луна-3»).
При разработке серии межпланетных КА для полетов к Марсу и Венере С. П. Королев провел глубокую унификацию этих аппаратов и создал конструкцию, в течение длительного времени остававшуюся базовым образцом для последующих разработок подобного рода.
Следует сказать также еще о двух направлениях советской космической программы, у истоков которых стоял С. П. Королев. Им были разработаны первые космические системы из двух научных станций «Электрон», позволивших одновременно в разных точках околоземного пространства провести комплексные исследования радиационных поясов Земли, магнитосферы, верхней атмосферы, излучения Солнца, далеких галактик и космических лучей. В январе 1964 г. одной трехступенчатой ракетой-носителем «Восток» были выведены две станции, «Электрон-1» и «Электрон-2», на разные орбиты, удаленные от Земли в апогее на 7 и 68 тыс. км соответственно. В июле 1964 г. такой же ракетой-носителем была выведена вторая система космических станций - «Электрон-3» и «Электрон-4».
С. П. Королевым были разработаны связные спутники «Молния-1», выводившиеся четырехступенчатой ракетой-носителем «Молния», составившие основу хорошо известной ныне телевизионной системы космической связи «Орбита». Это первый советский спутник, имевший народнохозяйственное назначение. Начиная с 1965 г. связные спутники «Молния-1» систематически эксплуатируются в Советском Союзе на орбитах с высотой перигея 600 км, апогея 40 тыс. км, начальным периодом обращения 12 час и наклонением 65°. Выбранные орбиты этих спутников обладают тем свойством, что апогей неизменно находится в северном полушарии и большую часть земных суток спутники «Молния-1» видны над радиогоризонтом с территории Советского Союза. Все системы спутников «Молния-1» были подчинены требованию длительной безотказной работы, что привело к новым принципиальным решениям, явившимся существенным шагом вперед в деле развития космической техники, особенно в управлении ориентацией. На этих спутниках впервые был применен гироскопический силовой стабилизатор, заменивший традиционные в то время микрореактивные двигатели ориентации, работавшие на сжатом газе или ракетном топливе. Микрореактивные двигатели расходовали топливо или газ при каждом включении, и поэтому время активной ориентации было ограничено невосполнимыми бортовыми запасами газа или топлива. Питавшийся от солнечных батарей силовой гироскоп имел теоретически неограниченное время действия. Разработанную для спутников связи «Молния-1» динамическую схему использования силового гироскопа советские и зарубежные специалисты считают и по настоящее время самой остроумной из всех созданных в СССР и США систем. В этой схеме удалось получить управление по трем осям при использовании всего одного силового гироскопа, который к тому же является не только силовым, но и чувствительным элементом. Сложнейшая динамическая схема парадоксальным образом привела к предельно простой релейной логике работы, позволившей создать электронные блоки управления чрезвычайно простой, а поэтому исключительно надежной схемы.
Динамическая схема спутника связи «Молния-1», разработанная в конструкторском бюро С. П. Королева, и сегодня успешно используется в космической технике.
Большие возможности четырехступенчатой ракеты-носителя «Молния» позволили С. П. Королеву перейти к следующему этапу исследования Луны - осуществлению мягкой посадки на ее поверхность. Были разработаны автоматические межпланетные станции «Луна» с ракетным блоком и двигателем для мягкой посадки.
31 января 1966 г., уже после кончины Сергея Павловича, был осуществлен запуск АМС «Луна-9» весом 1583 кг. Через 3,5 сут при подлете к Луне с помощью двигательной установки конструкции А. М. Исаева было проведено торможение, и у самой поверхности Луны над западным краем Океана Бурь в точке с координатами 7° с. ш. и 60° з. д. от станции отделился лунный аппарат в эластичном контейнере весом 100 кг. Впервые в истории была совершена мягкая посадка на поверхность Луны. Автоматическая лунная станция передала на Землю панораму лунной поверхности и детали микрорельефа. В месте посадки отсутствовало пылевое покрытие и были обнаружены следы сложных геологических процессов.
Хотя возможности одновременно развивавшихся космических программ изучения Луны, Марса и Венеры с помощью ракеты-носителя «Молния» были еще далеко не исчерпаны, С. П. Королев заботился о создании новой, более мощной ракетно-космической системы для расширения программы космических исследований.
Коллектив, возглавляемый С. П. Королевым, разрабатывает новый космический блок Д и более совершенный кислородно-углеводородный жидкостный ракетный двигатель для него. Использование этого блока в качестве последней ступени на более мощной, чем созданные ранее, ракете-носителе «Протон», разработанной другим коллективом, существенно увеличило ее возможности, С отработкой новой ракетно-космической системы стало возможным вес автоматических станций, запускаемых к Луне, увеличить с 1600 до 6300 кг и осуществлять запуски с территории СССР крупных спутников на геостационарные орбиты, на которых спутники сохраняют постоянное положение над заданной точкой экватора.
Успехи советской космонавтики по доставке на поверхность Луны автоматических луноходов, доставке лунного грунта на Землю, мягкой посадке автоматических станций на Марс и Венеру были достигнуты благодаря разработанной под руководством С. П. Королева последней ступени для ракеты-носителя «Протон».
Пилотируемые космические корабли - вершина творчества С. П. Королева
Программе пилотируемых космических полетов С. П. Королев придавал особое значение, неизменно отмечая ее сложность и большую ответственность, которую несут разработчики пилотируемых космических аппаратов. Он всегда подчеркивал, что при всех положительных сторонах использования автоматических аппаратов окончательное освоение космического пространства и планет возможно только с участием человека при обеспечении нормальных условий для созидательной работы в космосе. Практически всю свою творческую жизнь С. П. Королев готовился к осуществлению пилотируемой космической программы. Первые разработки ракетопланов, высотные пуски ракет с подопытными животными, выдающийся медико-биологический эксперимент с собакой Лайкой на втором ИСЗ - это лишь отдельные вехи на долгом пути С. П. Королева к пилотируемым космическим полетам.
Переход от автоматических аппаратов, предназначенных для работы в космосе, к космическим кораблям означал необходимость решения новых задач. Если автоматические космические аппараты, как правило, не нуждались в спуске на Землю, то для пилотируемых кораблей это условие было обязательным. При этом спускаемый аппарат должен был удовлетворять ряду требований, которые прежде не возникали: спуск на Землю должен быть абсолютно безопасным и осуществляться в заданный район; при спуске не должно возникать недопустимых для человеческого организма перегрузок; спускаемый аппарат должен иметь надежную теплозащиту, способную противостоять огромному нагреву при торможении в атмосфере. Помимо этого, должны были быть предусмотрены и другие меры безопасности - спасение космонавта в случае аварии ракеты-носителя при старте или в полете, надежная амортизация при ударе в процессе посадки спускаемого аппарата на скальный грунт или его непотопляемость при посадке на воду. Некоторые из перечисленных задач решались довольно очевидными инженерными методами, другие не могли быть решены без проведения серьезных исследований. Здесь можно назвать, например, проблему теплозащиты, усложнявшуюся требованием ее минимального веса и малой изученностью сложных газодинамических и физико-химических процессов, происходящих при обтекании спускаемого аппарата высокотемпературной плазмой. К тому же теоретическое и экспериментальное изучение возникающих аэродинамических сил (знание которых необходимо для вычисления перегрузки и траектории движения спускаемого аппарата в атмосфере Земли) требовало длительных исследований. Чтобы как-то ограничить область неизвестного, было принято решение о придании спускаемому аппарату формы шара. Шар имеет наибольший объем при заданной поверхности, он абсолютно симметричен и поэтому дает лишь аэродинамическую силу сопротивления, т. е. при его обтекании никогда не возникает усложняющая проблему подъемная или боковая сила. Все это значительно упрощало решение поставленной задачи и сокращало время ее выполнения, С. П. Королев прекрасно понимал, что более сложная форма спускаемого аппарата имеет свои преимущества (возможность уменьшить перегрузки, осуществлять управляемый спуск), но он считал, что эти преимущества не имеют принципиального характера, а скорее относятся к проблемам, которые условно можно назвать проблемами комфорта, и что их решение можно отложить на более позднее время. Такая специальная форма спускаемого аппарата и управляемый спуск были предусмотрены для новых типов космических кораблей «Союз», и в этой последовательности работ, как и во многих других случаях, сказалось характерное для С. П. Королева стремление решать сложные задачи поэтапно, переходя от простого к сложному.
Новый круг проблем не ограничивался, конечно, задачей спуска в атмосфере. Надо было решать проблему жизнеобеспечения экипажа (регенерация воздуха, питание и т. п.), изучать влияние невесомости и перегрузок на человеческий организм, резко увеличить надежность космического корабля по сравнению с автоматическими аппаратами введением ручного управления ориентацией (необходимость этого стала особенно очевидной через несколько лет при полете корабля «Восход-2») и устройств, открывающих возможность вмешательства космонавта в работу других систем корабля. Так, в процессе создания космических кораблей (КК) возникла не только новая техника, но и новая научно-техническая идеология, новые подходы, казалось бы, к уже давно решенным проблемам.
Понимая всю серьезность пилотируемых полетов в космос, С. П. Королев проанализировал последовательность необходимых наземных работ и отработочных пусков КК. Вначале предусматривался пуск беспилотных кораблей-спутников, затем кораблей с животными, и, наконец, перед пуском пилотируемого корабля планировалось несколько пусков абсолютно точных копий будущего «Востока» без каких-либо доработок или улучшений по результатам предшествовавших «зачетных» пусков, поскольку любое изменение, проводимое из наилучших побуждений, в сложной космической технике может таить в себе последствия, которые трудно (скорее, невозможно) предвидеть. Первый корабль-спутник был запущен 15 мая 1960 г. на орбиту с высотой в перигее 312 и в апогее 369 км. Программой запуска предусматривалась отработка и проверка основных систем, обеспечивающих полет корабля-спутника и его сход с орбиты. На КК была установлена герметическая кабина с грузом, имитирующим вес человека, и оборудованием, необходимым для полета человека в космическом пространстве, но еще без теплозащиты спускаемого аппарата, необходимой при его возвращении на Землю. Общий вес корабля составлял 4540 кг.
Четырехсуточная программа полета была выполнена, однако при включении тормозной двигательной установки из-за неполадок в системе ориентации импульс космическому кораблю был сообщен в ошибочном направлении, в результате чего его орбита изменилась в перигее до высоты 307, в апогее до высоты 690 км.
Второй корабль-спутник, в основном аналогичный первому, но уже снабженный теплозащитой спускаемого аппарата, был запущен 19 августа 1960 г.
Совершив полет по орбите, второй корабль-спутник с собаками Белкой и Стрелкой и другими живыми существами благополучно возвратился на Землю в заданном районе.
Основной задачей запуска этого корабля являлась отработка систем жизнеобеспечения человека, безопасности его полета и возвращения на Землю. Корабль имел вес 4600 кг и состоял из двух основных частей: спускаемого аппарата с герметической кабиной и приборного отсека. В герметической кабине были размещены система жизнеобеспечения животных, оборудование для биологических экспериментов, часть научной аппаратуры (фотоэмульсионные блоки и радиометр), катапультируемый контейнер с собаками Белкой и Стрелкой, клетки и контейнеры с биологическими объектами.
В приборном отсеке размещались радиотелеметрическая аппаратура, система управления, аппаратура терморегулирования, тормозная двигательная установка с запасами топлива. На наружной поверхности корабля располагались баллоны с запасами сжатого газа для системы ориентации и ее реактивные двигатели, датчики научной аппаратуры, солнечные батареи, антенны, жалюзи системы терморегулирования. Солнечные батареи на двух полудисках диаметром 1 м постоянно ориентировались на Солнце автономным приводом. При возвращении на Землю перед входом в плотные слои атмосферы предусматривалось разделение корабля. Спускаемый аппарат с герметической кабиной благодаря тепловой защите пролетал атмосферу Земли в плазменном облаке, снижая скорость с 7600 до 180-200 м/сек. Максимальные перегрузки при торможении достигали 10 единиц. Приборный отсек сгорал в плотных слоях атмосферы. Спускаемый аппарат конструктивно был выполнен в виде шара с увеличенной по толщине тепловой защитой на передней полусфере. В стенках спускаемого аппарата располагались жаропрочные иллюминаторы и быстрооткрывающиеся герметичные люки. Катапультируемый контейнер и спускаемый аппарат имели свои парашютные системы. Катапультирование контейнера происходило через отстреливаемый люк на высоте 7-8 км по команде от барометрических датчиков. Приземление контейнера происходило со скоростью 6-8 м/сек, приземление спускаемого аппарата со скоростью 10 м/сек.
Обеспечение нормальной жизнедеятельности животных достигалось выполнением ряда условий и прежде всего поддержанием давления, температуры и влажности воздуха близкими к земным и очисткой воздуха.
Питание и водоснабжение подопытных животных в длительном полете затруднены условиями невесомости. Поэтому было реализовано кормление животных желеобразной смесью, содержащей необходимые питательные вещества и достаточное количество воды.
Для медико-биологического эксперимента были отобраны взрослые собаки, которые в течение продолжительного времени проходили тренировку в макете кабины корабля. Собаки приучались к ношению датчиков, фиксирующей одежды и ассенизационного устройства. В программу подготовки животных входили тренировки в условиях шума, вибраций, кормления из автоматических устройств.
В герметической кабине, а также на одежде собак были установлены дозиметры для измерения ионизирующей радиации. На борту второго корабля находились также небольшие участки кожи человека и кролика с целью выяснения возможного влияния факторов космического полета на особо чувствительные клеточные системы.
Наличие в межпланетном пространстве космических лучей и радиационных поясов Земли в ряде случаев может представить реальную опасность для человека. Экспериментально было установлено, что иногда возникает временное увеличение интенсивности космического излучения во много тысяч раз.
Этими обстоятельствами объясняется чрезвычайное внимание академиков С. П. Королева и М. В. Келдыша к радиационным измерениям на втором космическом корабле, к специальной службе радиационной обстановки в ходе последующих пилотируемых полетов.
Второй корабль-спутник совершил 17 оборотов вокруг Земли, после чего по команде с Земли с помощью солнечных датчиков был ориентирован нужным образом. Импульс, сообщенный ему двигательной установкой, перевел корабль-спутник на траекторию снижения. Пройдя участок спуска с орбиты и торможения в атмосфере протяженностью примерно 11 тыс. км, корабль приземлился в 10 км от расчетного места.
Успешный исход экспериментов с запуском второго советского корабля-спутника приблизил время непосредственного завоевания человеком околосолнечного пространства. Однако до осуществления первого пилотируемого полета в космос предстояло выполнить еще большой объем работы. Третий корабль-спутник был запущен 1 декабря 1960 г. На космическом корабле находились подопытные животные - собаки Пчелка и Мушка. После выполнения программы полета, при спуске, в связи с отклонением траектории от расчетной он прекратил свое существование при входе в плотные слои атмосферы.
Четвертый корабль-спутник был запущен 9 марта 1961 г. На корабле находились собака Чернушка, биологические объекты и манекен космонавта. Программа полета была выполнена полностью.
Пятый корабль-спутник был выведен на орбиту 25 марта 1961 г. В его кабине находились собака Звездочка, биологические объекты, манекен космонавта. Программа полета также была выполнена полностью.
Орбиты третьего, четвертого и пятого космических кораблей-спутников были существенно ниже использованных ранее. Это требовалось для ограничения времени существования пилотируемого космического корабля в случае отказа тормозной двигательной установки десятью сутками. Именно такие запасы жизнеобеспечения на одного человека имел космический корабль. Вместе с тем случайные отклонения параметров орбиты и атмосферы не должны были снизить время существования до величины менее суток, что в свою очередь ограничивало дальнейшее снижение высоты орбиты. Непосредственные измерения интенсивности аэродинамического торможения при орбитальных полетах третьего, четвертого и пятого космических кораблей-спутников подтвердили выполнимость указанных условий в ходе естественного торможения. Успешное выполнение программы отработки советских космических кораблей (последние два пуска были безупречными) позволило перейти к заключительному этапу подготовки пилотируемого космического полета - подготовке к запуску первого пилотируемого корабля «Восток».
Совершенно новыми вопросами при подготовке первого пилотируемого космического полета явились отбор и тренировка космонавтов. С. П. Королев, имея профессиональные навыки летчика, придавал этим вопросам первостепенное значение. Сергей Павлович привлекал к решению новых вопросов освоения космического пространства наиболее компетентных летчиков, врачей, методистов, психологов.
Изучались особенности космического полета, разрабатывались методики подготовки космонавтов к полету. Была организована специальная служба по подготовке космонавтов. По инициативе С. П. Королева и М. В. Келдыша был создан Институт медико-биологических проблем.
Первый космический полет должен был совершить человек, который, понимая всю меру ответственности за успешный исход, сознательно и добровольно согласился отдать все силы и знания, а может быть, и жизнь для выполнения задания Родины. Не было недостатка в добровольцах, выразивших желание совершить полет в космическое пространство, и перед учеными, конструкторами встали вопросы научно обоснованного отбора первых космонавтов.
При выполнении космического полета космонавт встретится с совместным воздействием необычных факторов (перегрузки, невесомость, шум, вибрации, нервные напряжения), которые потребуют от него мобилизации всех моральных и физических сил. При этом космонавт должен сохранить высокую работоспособность, умение ориентироваться в сложной обстановке полета и при необходимости вмешаться в управление космическим кораблем. Эти высокие требования к состоянию здоровья космонавта, его нервно-эмоциональной устойчивости, степени общей и технической подготовки предопределили выбор первого космонавта из числа наиболее подготовленных летчиков реактивной авиации.
Отобранные кандидаты прошли тщательное клиническое обследование с использованием биохимических, физиологических, электрофизиологических, психологических методов и специальных функциональных проб, позволивших оценить резервные возможности индивидуального организма. В частности, были проведены исследования в барокамере при значительных степенях разрежения воздуха, при перепадах барометрического давления и повышении давления, при использовании атмосферы с повышенной концентрацией кислорода, в условиях больших перегрузок на центрифуге и многие другие. Важным испытанием было психологическое исследование с целью отбора кандидатов, обладающих лучшей памятью, сообразительностью, активным и быстропереключающимся вниманием, способностью быстро осваивать новые движения при сложной координации.
Программа специального обучения сформированной группы космонавтов предусматривала освоение необходимых сведений по основным вопросам теории, связанной с задачами предстоящего полета, приобретение практических навыков управления космическим кораблем, решение вопросов борьбы за его живучесть. В программу были включены разделы по основам ракетно-космической техники, конструкции космического корабля, астронавигации, геофизики, космической медицины.
Вопросам подготовки космонавтов по основам ракетно-космической техники С. П. Королев придавал исключительное значение. Чтение цикла лекций для зачисленных в группу космонавтов было поручено ведущим специалистам его конструкторского бюро, были предусмотрены экзамены по пройденным курсам, по работе с аппаратурой и работе на тренажере. Последнее представлялось особенно важным, поскольку навыки, полученные при пилотировании самолетов, имели совершенно иной характер по сравнению с навыками, необходимыми для пилотирования космических кораблей.
Большое значение придавалось также разработке бортовой документации, инструкции по методике пилотирования и т. п. Все эти документы самым тщательным образом лично просматривались и уточнялись С. П. Королевым при подготовке первого полета человека в космос. Сергей Павлович прекрасно понимал не только их исключительное значение для предстоящего полета, но и то обстоятельство, что они неизбежно станут образцами документов при подготовке последующих космических стартов.
Комплекс тренировок и испытаний включал полеты на специально оборудованных самолетах в условиях кратковременной невесомости, тренировки в макете кабины космического корабля, длительное пребывание в специально оборудованной звукоизолированной камере, тренировки на центрифуге, парашютные прыжки с самолета, изучение полетного задания, карт района приземления, ведения радиосвязи, действий в нештатных (аварийных) ситуациях, изучение средств аварийного спасения и использования аварийных запасов после приземления, изучение системы пеленгации, приобретение навыков работы в скафандре при максимальных перегрузках, приземлении на сушу, воду, в болото и, наконец, длительные испытания в макете космического корабля с использованием всех систем жизнеобеспечения. Таким образом, комплекс специальных тренировок и предполетных испытаний учитывал специфику условий космического полета. В корабле космонавт размещался в герметической кабине на катапультируемом кресле, являвшемся его рабочим местом в полете. Кресло устанавливалось таким образом, чтобы перегрузки на участке выведения и на участке спуска в плотных слоях атмосферы действовали в направлении спина - грудь. В течение всего полета космонавт был одет в защитный скафандр, обеспечивающий сохранение жизни и работоспособности в случае разгерметизации кабины. В непосредственной близости от рабочего места космонавта в кабине размещалась аппаратура контроля и управления полетом. На приборной доске пилота монтировался вращающийся глобус, показывающий текущее местоположение корабля, а также точку приземления, соответствующую моменту выключения тормозного двигателя. Ориентация корабля контролировалась космонавтом по оптическому прибору, установленному на одном из иллюминаторов кабины. При правильной ориентации космического корабля относительно вертикали космонавт должен был видеть в кольцевом поле зрения симметричное изображение горизонта, а курсовой угол космического корабля он мог определять по наблюдаемому направлению «бега» Земли в центральной части поля зрения прибора.
При необходимости космонавт может управлять ориентацией космического корабля при помощи ручки управления ориентацией.
Особое внимание при подготовке первого пилотируемого космического полета С. П. Королев уделял безопасности космонавта. Была разработана обширная программа обеспечения безопасности на всех этапах полета. В наиболее вероятных районах аварийной посадки космического корабля как на территории Советского Союза, так и в акваториях океанов были созданы поисково-спасательные службы. С космонавтами были детально отработаны действия в условиях разгерметизации, пожара, неотложной вынужденной посадки.
Учитывая многие неопределенности в оценках воздействия факторов космического полета на человека, было принято решение осуществить первый космический полет с человеком, ограничившись одним витком. Все элементы одновиткового космического полета к тому времени были практически проверены в ходе запусков советских космических кораблей с подопытными животными.
Для осуществления первого космического полета из группы космонавтов был выбран летчик Юрий Алексеевич Гагарин. Дублером первого космонавта был назван Герман Степанович Титов.
12 апреля 1961 г. впервые в истории космический корабль с летчиком-космонавтом СССР Ю. А. Гагариным был выведен на орбиту спутника Земли. Вес космического корабля равнялся 4725 кг. Высота перигея орбиты 181, апогея 327 км. Успешный полет космического корабля «Восток» ознаменовал свершение космической революции в истории человечества.
На протяжении всего участка выведения Ю. А. Гагарин поддерживал непрерывную радиотелефонную связь с наземным пунктом руководства полетом, где находился С. П. Королев. Космонавт четко подтверждал изменение перегрузок, разделение ступеней носителя и после сброса головного обтекателя сообщал первые результаты наблюдения Земли из космоса. Уплотненную программу действий космонавта по наблюдению за приборами и оборудованием корабля, поддержанию непрерывной радиотелефонной связи, наблюдению за Землей и звездами, приему пищи и воды Ю. А. Гагарин выполнил полностью. Результаты своей работы он докладывал на Землю, фиксировал в бортжурнале и записывал на магнитофон. В 9 час 51 мин была включена автоматическая система ориентации, после выхода из тени Земли она осуществила поиск и ориентацию корабля на Солнце. В 9 час 52 мин Ю. А. Гагарин, пролетая над районом мыса Горн, доложил о хорошем самочувствии и нормальной работе систем корабля. В 10 час 15 мин автоматика корабля выдала команду на подготовку к спуску. Ю. А. Гагарин доложил о нормальной работе всех систем. В 10 час 25 мин был включен тормозной ракетный двигатель и корабль перешел с орбиты спутника Земли на траекторию снижения. В 10 час 35 мин появились перегрузки вследствие аэродинамического торможения. В 10 час 55 мин Ю. А. Гагарин и спускаемый аппарат космического корабля благополучно приземлились в окрестностях деревни Смеловки Терновского района Саратовской области.
Этим полетом завершался огромный этап работ по советской космической программе и открывались качественно новые возможности освоения космического пространства с непосредственным участием человека. Мировая общественность восприняла полет Ю. А. Гагарина как триумф всего человечества. С этого дня началась новая эпоха, когда человек стал жить и работать в космосе.
Менее чем через четыре месяца после полета Ю. А. Гагарина, 6 августа 1961 г., был выведен на орбиту космический корабль «Восток-2», пилотируемый летчиком-космонавтом СССР Г. С. Титовым. Полет продолжался 25 час 11 мин. Такое существенное увеличение длительности полета основывалось на обстоятельном докладе Ю. А. Гагарина о поведении человеческого организма в условиях космического полета.
11 и 12 августа 1962 г. впервые в мире был осуществлен групповой полет космических кораблей «Восток-3» и «Восток-4», пилотируемых летчиками-космонавтами СССР А. Г. Николаевым и П. Р. Поповичем. А. Г. Николаев находился в космосе 94 час 10 мин, а П. Р. Попович 70 час 44 мин. Второй групповой полет осуществился запусками космических кораблей «Восток-5» и «Восток-6» 14 и 16 июня 1963 г. Корабль «Восток-5» пилотировал летчик-космонавт СССР В. Ф. Быковский, который находился в космосе 119 час. Корабль «Восток-6» пилотировала первая в мире женщина-космонавт B. В. Терешкова. «Восток-6» совершил 48 оборотов по орбите при общей продолжительности полета 70 час 42 мин.
Дальнейшая модификация ракеты-носителя «Восток», в частности разработка новой, третьей ступени носителя - блока И, позволила увеличить допустимый вес космических кораблей с 4900 до 5300 - 7000 кг. Новая модификация трехступенчатого носителя была названа ракетой-носителем «Союз».
C.П. Королев ставит новые задачи освоения космического пространства с участием человека: создание многоместных кораблей, средств жизнеобеспечения человека в открытом космосе и осуществление первого выхода космонавта из корабля, создание средств стыковки космических кораблей, орбитальных станций и ракетных блоков и средств заправки и других видов снабжения в космосе.
В связи с этим была разработана новая серия космических кораблей «Восход», на которых впервые были реализованы дублирование тормозной двигательной установки резервным двигателем на твердом топливе и система мягкой посадки. Система мягкой посадки объединила парашютную систему спускаемого аппарата, твердотопливные двигатели мягкой посадки, включаемые на небольшой высоте, и специально разработанную амортизацию и конструкцию кресел космонавтов. 12 октября 1964 г. был выведен на орбиту трехместный космический корабль «Восход». Экипаж в составе командира корабля летчика-космонавта В. М. Комарова, научного сотрудника - космонавта К. П. Феоктистова и врача-космонавта Б. Б. Егорова полностью выполнил обширную программу экспериментов и благополучно приземлился в районе Кустаная.
16 марта 1965 г. был запущен двухместный космический корабль «Восход-2», пилотируемый командиром корабля летчиком-космонавтом П. И. Беляевым и вторым пилотом летчиком-космонавтом А. А. Леоновым. Корабль «Восход-2» был оборудован наружным шлюзом оригинальной конструкции для выхода космонавта в открытый космос. Впервые в истории космонавт А. А. Леонов в скафандре вышел в космическое пространство и находился вне корабля 12 мин.
Это была последняя работа С. П. Королева по подготовке и осуществлению пилотируемых космических полетов. Осталось много незавершенных замыслов и новых конструктивных разработок. В цехах заводов и на стендах лабораторий шло изготовление и испытание качественно новой серии космических кораблей «Союз». Одновременно велись перспективные работы по созданию орбитальных станций и разрабатывались их проекты.
Значение творческого наследия С. П. Королева для дальнейшего освоения космического пространства
Творческое наследие академика С. П. Королева, кроме создания боевых ракетных комплексов, ракетно-космических систем, включает в себя комплексную разработку научно-технических основ советской космонавтики, получивших развитие на последующих этапах освоения космического пространства. Приведем далеко не полный перечень основных научно-технических разработок, выполненных по инициативе, при непосредственном участии и под руководством С. П. Королева.
1. Разработаны теоретические основы ракетно-космической техники в области баллистики, аэрогазодинамики больших скоростей, динамики легких конструкций с жидким заполнением, термодинамики и тепломассообмену в экстремальных условиях, динамической прочности ракет и особо легких конструкций.
2. Найдены проектно-конструкторские, материаловедческие и технологические решения, связанные с созданием теплозащищенных конструкций спускаемых аппаратов, входящих в атмосферу Земли с первой и второй космическими скоростями.
3. Доказана рациональность широкого использования нетоксичных криогенных компонентов в ракетно-космической технике, найдены практические решения по обеспечению длительного хранения криогенных компонентов в переохлажденном состоянии без потерь.
4. Разработаны основы построения системы управления пилотируемыми космическими кораблями с максимальным использованием возможностей космонавтов для управления и контроля за работой бортовых систем кораблей.
5. Разработана и проверена на практике методика экспериментальной наземной и летной отработки сложных ракетно-космических систем и пилотируемых космических кораблей.
6. Создан командно-измерительный комплекс с разветвленной сетью командно-измерительных пунктов с возможностями управления на межпланетных расстояниях.
7. Разработаны основы построения системы обеспечения безопасности пилотируемых космических полетов с четкими функциональными распределениями для средств аварийного спасения, поисково-спасательной службы и научным обоснованием требований к подготовке космического экипажа. Таким образом, С. П. Королев является основоположником современной космонавтики как комплексной области человеческой деятельности, охватывающей науку, технику и промышленность и обеспечивающей успешное освоение космического пространства следующим поколениям.
В заключение рассмотрим некоторые основные направления развития отечественной космонавтики, обусловленные блестящим завершением ее начального этапа, осуществлявшегося под непосредственным руководством С. П. Королева.
Создание пилотируемых космических кораблей серии «Союз», разработка которых была начата в 1964 г., еще при жизни С. П. Королева, знаменовало собой новый этап в развитии пилотируемых космических полетов. Космический корабль «Союз», его компоновка, конструктивные особенности, надежные бортовые системы и двигательные установки различного назначения, обеспечивающие проведение маневров, необходимых для пусков, сближения и стыковки двух различных кораблей на орбите, разнообразное научное оборудование существенно расширили возможности космонавтов по управлению кораблем, проведению научных экспериментов, исследований и наблюдений. Корабль «Союз» дополнительно оснащен корректирующе-тормозной двигательной установкой, аппаратурой дальней радиосвязи, системой ориентации и управления движением со счетно-решающим устройством, орбитальным отсеком и спускаемым аппаратом, из которого производится управление полетом корабля и в котором космонавты, осуществляя управляемый спуск, возвращаются на Землю. Введение управления на спускаемых аппаратах кораблей «Союз» обеспечило, помимо повышения точности его посадки в заданном районе, существенное снижение максимальных перегрузок при спуске и веса тепловой защиты. Космический корабль «Союз» имеет в своем составе все устройства, системы, агрегаты, которые необходимы транспортным кораблям для связи с орбитальными станциями, сближения с ними, маневрирования и причаливания к ним и последующего возвращения космонавтов на Землю.
Все это дало возможность после успешного завершения первого этапа программы пилотируемых полетов кораблей «Союз» создать транспортную модификацию пилотируемого корабля «Союз» для долговременных орбитальных станций «Салют».
Приведем некоторые важнейшие результаты, полученные при реализации программы полетов кораблей «Союз» (по июнь 1970 г.).
В процессе полета 30 октября - 2 ноября 1967 г. ИСЗ «Космос-186» и «Космос-188» (представлявших собой беспилотные корабли-спутники «Союз») впервые осуществлены автоматические поиск, сближение и стыковка на орбите, совместный полет, расстыковка и возвращение спускаемых аппаратов на Землю в заданный район. Такая же задача была решена спутниками «Космос-212» и «Космос-213» в апреле 1968 г.
В ходе совместного полета в январе 1969 г. корабля «Союз-4» с космонавтом В. А. Шаталовым и корабля «Союз-5» с космонавтами Б. В. Волыновым, А. С. Елисеевым и Е. В. Хруновым были осуществлены автоматические поиск и сближение, ручное причаливание и стыковка кораблей, в результате чего впервые в мире на орбите была создана экспериментальная космическая станция. В космическом пространстве впервые находился комплекс общим весом 12,9 т, объединивший четыре жилых помещения станции.
В этом полете были совершены выход космонавтов А. С. Елисеева и Е. В. Хрунова в открытый космос и первый в истории переход из одного корабля в другой.
Совместный полет космических кораблей «Союз-4» и «Союз-5», явившийся важным этапом на пути к созданию долговременных орбитальных станций, периодически посещаемых транспортными кораблями для смены космонавтов и снабжения, завершал первый раздел программы пилотируемых полетов кораблей серии «Союз».
В октябре 1969 г. был проведен групповой полет трех кораблей: «Союз-6» с космонавтами Г. С. Шониным, В. Н. Кубасовым, «Союз-7» с космонавтами А. В. Филипченко, В. Н. Волковым и В. В. Горбатко и «Союз-8» с космонавтами В. А. Шаталовым и А. С. Елисеевым. В этом полете проводилось широкое взаимное маневрирование с применением автоматических и бортовых средств, с использованием целеуказаний с Земли и визуальных наблюдений на борту. Выполнена широкая программа научных исследований и экспериментов. Впервые была проведена сварка металлов в условиях невесомости и космического вакуума на установке «Вулкан».
В июне 1970 г. космонавтами А. Г. Николаевым и В. И. Севастьяновым на корабле «Союз-9» был осуществлен восемнадцатисуточный орбитальный полет. Его целью являлось изучение работоспособности человека в условиях длительного воздействия невесомости и других факторов космического полета, а также изучение протекания реадаптационного периода. Необходимость такого полета диктовалась развертыванием фронта работ по созданию долговременных орбитальных станций.
Не только космические корабли «Союз», но и некоторые другие КА, совершавшие полеты уже после безвременной кончины С. П. Королева, были начаты разработкой при его жизни и под его руководством. Здесь прежде всего следует назвать АМС «Зонд», «Луна» и «Венера».
При полете автоматических станции «Зонд-5» и «Зонд-6», которые облетели Луну, были проверены два варианта возвращения спускаемых аппаратов после облета Луны на Землю со второй космической скоростью. Спускаемый аппарат станции «Зонд-5» тормозился в атмосфере Земли по баллистической траектории и достиг акватории Индийского океана в заданном районе, доставив результаты научных исследований и фотографии Земли и Луны, сделанные из космоса. Спускаемый аппарат станции «Зонд-6» впервые осуществил управляемый спуск на Землю после облета Луны и, используя аэродинамическое качество, пролетел более 9 тыс. км в атмосфере Земли. Осуществив два погружения в плотные слои атмосферы, он приземлился в расчетном районе на территории Советского Союза. Такой эксперимент в истории ракетно-космической техники был выполнен впервые. Управляемый спуск с использованием аэродинамического качества уменьшает перегрузки и нагрев аппарата при движении в атмосфере, что особенно важно для пилотируемых кораблей.
Ранее упоминалось, что «Луна-9» впервые в мире 3 февраля 1966 г. совершила мягкую посадку на Луну. Она передала на Землю изображение лунного ландшафта и произвела первые научные измерения на Луне. Работу по созданию автоматических лунных и межпланетных станций продолжил коллектив, руководимый Г. Н. Бабакиным.
Быстро развивались начатые еще при жизни С. П. Королева работы по использованию ракетно-космической техники для нужд народного хозяйства. Например, в 1968 г. были выведены на орбиту три спутника «Молния-1», расширилась сеть наземных приемных станций «Орбита». Программы Центрального телевидения стали доступны телезрителям отдаленных областей Сибири, Крайнего Севера, Дальнего Востока и Средней Азии, улучшилась телефонная и телеграфная связь с этими районами. Коллектив, принявший у ОКБ С. П. Королева эту тематику, успешно создает все новые спутники связи. Широкое распространение получили метеорологические спутники типа «Метеор», разрабатываемые еще одним коллективом и выводимые на орбиты ракетой-носителем «Восток».
Творческим наследием С. П. Королева являются также его стиль работы и принципы организации работ при создании таких сложных систем, какими являются современные ракетно-космические комплексы.
По масштабам творческой деятельности и достигнутым результатам С. П. Королева следует отнести к плеяде ученых советской формации, для которых наряду с глубокой инженерной эрудицией характерны незаурядные организаторские способности, настойчивость в реализации решений. Среди главных конструкторов С. П. Королев в силу его авторитета широко эрудированного специалиста и талантливого организатора занимал особое место. При формировании авторитета С. П. Королева большую роль играли его настойчивость в достижении цели, стремление доказать свою правоту и убедительность тех результатов, которых он при этом добивался. Именно эти качества, а не высокое служебное положение поднимали его над окружающими людьми и делали его мнение непререкаемым. Его выступления на заседаниях всегда отличались наступательным духом, он ставил вопросы как рачительный хозяин большого дела, которого все интересует и все заботит. Он никогда не ограничивался констатацией фактов, а использовал их, чтобы ставить новые задачи. Напористость С. П. Королева, умение мыслить масштабно, способность нацелить на главные компоненты вопроса вызывали большое уважение и никого не оставляли равнодушным - ни тех, кто работал под его руководством, ни тех, кто принимал решения в государственных масштабах. Эти качества рождали личный авторитет, потому что прямым их следствием были успехи в работе.
Способность заинтересовать, увлечь и, наконец, заставить - была одним из замечательных качеств Королева-организатора. Он придавал большое значение личной осведомленности во всех вопросах, возникавших в ходе разработки, изготовления и испытания ракетно-космических систем. Это было необходимо не только для того, чтобы своевременно принимать необходимые меры. Каждый сотрудник начинал по-настоящему ощущать важность выполняемой работы, если ее результатами интересовался Главный конструктор. Это делало работу каждого значительнее, осмысленнее и возвышало его в собственных глазах - условие, крайне необходимое в любом деле. С. П. Королев использовал каждый повод, чтобы подчеркнуть необходимость интересоваться всем, что может повлиять на конечный результат в каждом, даже частном вопросе. Он великолепно чувствовал взаимосвязь между отдельными вопросами, и нельзя было в разговоре с ним пытаться делить вопросы на «свои» и «чужие». С. П. Королев требовал комплексного подхода к решению задач, не считаясь с формальными организационными и ведомственными границами. Требуя от работников конструкторского бюро смелости в решении технических вопросов, он очень внимательно следил, чтобы окончательные технические решения не выходили за определенные рамки, которые он устанавливал своими распоряжениями. Чтобы сделать распоряжения действенными и почувствовать внутреннюю убежденность в их правильности, С. П. Королеву нужны были обстановка доверия к его мнению и духовный контакт с подчиненными ему людьми. Поэтому он окружал себя сотрудниками, готовыми не только поддержать его точку зрения, но и высказать свое мнение, даже если оно расходилось с общим мнением или мнением Главного конструктора. Многообразие проблем, связанных с разработкой ракетно-космических систем, необходимость комплексного решения вопросов и отсюда - широкая кооперация многих институтов и конструкторских бюро не позволяли С. П. Королеву ограничиваться организационными функциями и техническим руководством только в масштабах подчиненного ему предприятия.
По его инициативе был образован коллегиальный научно-технический орган - Совет главных конструкторов. Заслугой С. П. Королева является создание творческой обстановки для плодотворной работы этого Совета на основе коллегиальности в выработке решений. Созданию такой рабочей обстановки способствовали четкие организационные принципы работы Совета главных конструкторов в принятии решения при наличии разногласий, при рассмотрении конфликтных ситуаций между отдельными главными конструкторами или ведомствами, полное доверие и взаимная помощь. Заседания Совета проводились в организации, ответственной за решение вопроса, который требовал срочного рассмотрения. Право председательствовать на этих заседаниях, как правило, предоставлялось главному конструктору данной организации. Этим подчеркивалось доверие и к организации, и к ее главному конструктору. С. П. Королев, будучи ответственным за всю разработку в целом, всегда отмечал большую роль в достигнутых успехах каждого из участников разработки.
С. П. Королев считал единство действий главных конструкторов одним из самых важных условий для успешной работы над проектами, и его особая заслуга заключалась в умении находить технические решения, обеспечивающие это единство. Благодаря твердости характера и принципиальности, С. П. Королев умел добиваться выполнения коллективных решений и был нетерпимым к малейшим отступлениям от них. Кроме решения научно-технических проблем, Совет главных конструкторов осуществлял эффективную координацию работы министерств и ведомств, участвующих в разработке ракетных и космических систем.
С. П. Королев проявлял удивительную интуицию при подборе и сплочении творческого коллектива. Вся его жизнь - пример настойчивого и терпеливого подбора, воспитания и учебы коллективов высшей квалификации, технически смелых и самоотверженно преданных делу специалистов. При всей загруженности Сергей Павлович всегда находил время для личного общения со специалистами по служебным и неслужебным вопросам. Он в равной степени был внимателен ко всем, кто обращался к нему за помощью. В составе Особого конструкторского бюро, руководимого С. П. Королевым, зарождались новые коллективы, которые при его деятельной помощи получали новую тематику и являлись основой для создания многих организаций, ставших затем ведущими в соответствующих областях техники.
В качестве примера организации, творческое ядро которой зарождалось непосредственно в ОКБ С. П. Королева и на тематике, им развиваемой, можно назвать коллектив, впоследствии прославившийся выдающимися достижениями под руководством академика М. К. Янгеля, сформировавшего свое направление в развитии ракетно-космической техники.
К работе по космической тематике С. П. Королев привлекал и уже сложившиеся коллективы, занимавшиеся ранее смежными проблемами. Но в этих случаях он не ограничивался формальной передачей тематики, включая передачу всей технической документации. Сергей Павлович длительное время продолжал непосредственно работать с новым коллективом. При этом он направлял туда на временную или постоянную работу опытных специалистов из своего ОКБ и приглашал к себе на стажировку специалистов нового коллектива. Особое внимание С. П. Королев уделял передаче новым коллективам научного задела для работ будущего. Такой была работа С. П. Королева с коллективом Г. Н. Бабакина.
Создание советской школы ракетостроения - только часть вклада С. П. Королева в исследование и освоение космического пространства. Характеристика его творчества в этой области была бы неполной без анализа его разработок космической программы Советского Союза, формулирования с его участием проблематики фундаментальных исследований космоса и планомерного развития под его руководством ракетно-космических средств для осуществления беспрецедентной по масштабам и новизне в истории человечества научно-технической программы.
Революционные преобразования в нашей стране по строительству первого в мире бесклассового общества под руководством Коммунистической партии Советского Союза, пробуждение творческой активности широких народных масс явились фундаментом для формирования выдающихся ученых нового типа, к числу которых принадлежит С. П. Королев.
Личный авторитет С. П. Королева в коллективе был очень весом. В его основе были такие человеческие качества, как широкая техническая и общеполитическая эрудиция, умение слушать, отделять главное от второстепенного, требовательность, настойчивость в достижении цели, готовность прийти на помощь в любое время каждому независимо от служебного положения человека в коллективе.
Все эти качества ученого нового типа предопределили выдающееся место С. П. Королева в истории развития отечественной науки и техники. Многие главные конструкторы новой техники, ученые новых специализаций, рожденных в ходе освоения космического пространства, справедливо считают себя учениками академика С. П. Королева.
Родина высоко оценила деятельность С. П. Королева. Он был дважды удостоен звания Героя Социалистического Труда, ему была присуждена Ленинская премия. Академия наук СССР избрала С. П. Королева своим действительным членом, а затем членом Президиума Академии и присудила ему первую золотую медаль имени К. Э. Циолковского.
Урна с прахом С. П. Королева покоится в Кремлевской стене, и тысячи советских людей ежегодно воздают должное светлой памяти ученого, коммуниста и патриота.
Академик В. П. МИШИН
Член-корреспондент АН СССР Б. В. РАУШЕНБАХ