На первой странице обложки – запуск первого в мире ИСЗ. На последней странице обложки – подготовка к запуску первого американского ИСЗ.

ББК 39.62
Г 63

Гольдовский Д. Ю., Назаров Г. А.

25 лет космической эры: из истории создания первых ИСЗ. – М.: Знание, 1982. – 64 с, ил. – (Новое в жизни, науке, технике. Сер. «Космонавтика, астрономия»; № 10).

11 к.

4 октября 1982 г. исполняется 25 лет со дня запуска в СССР первого в мире искусственного спутника Земли (ИСЗ) Это выдающееся событие в истории человечества было приурочено к проводившемуся тогда Международному геофизическому году (МГГ). О разработке и создании первых ИСЗ, запущенных в период МГГ, и рассказывается в данной брошюре.

Брошюра рассчитана на широкий круг читателей.

3607000000ББК 39.62
6Т6

© Издательство «Знание», 1982 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Создание ракеты-носителя и первых ИСЗ в СССР

Создание первых РН и ИСЗ в США

Заключение

ВВЕДЕНИЕ

На середину и вторую половину 40-х годов приходится начало нового этапа в развитии ракетостроения. И в СССР и в США стали уделять существенно большее внимание практическим работам в этой области.

Вскоре после окончания войны, в связи с началом «холодной войны», начатой против СССР блоком империалистических государств, перед нашей страной возникла настоятельная необходимость дать достойный ответ политическому шантажу, развязанному США, стратегические возможности которых включали атомную бомбу и военную авиацию дальнего действия как средство ее доставки. Эта сложнейшая задача имела два технических аспекта – создание атомной (а затем водородной) бомбы и ракеты, способной доставить ее к цели. Необходимость обеспечения работ по развитию новых отраслей техники и производства отмечалась на первой сессии Верховного Совета СССР второго созыва в марте 1946 г. К таким работам относились исследования по развитию ракетной техники, применению новых типов двигателей, использованию внутриатомной энергии в промышленных целях.

Для обеспечения дальнейшего технического прогресса необходимо было расширять и создавать новые экспериментальные предприятия, КБ и НИИ, всемерно поощрять научно-исследовательскую работу ученых, инженеров. Вскоре после сессии Верховного Совета СССР и начали создаваться такого рода предприятия. Решение о создании в СССР баллистических ракет было принято в мае 1946 г.

Разработку первых образцов ракет нового типа приходилось вести одновременно с решением многих задач организационного роста новых КБ и НИИ. К таким задачам относились создание экспериментальной базы и производственных площадей, подготовка и переподготовка кадров и многое другое. 9 августа 1946 г. приказом министра вооружения СССР Д. Ф. Устинова главным конструктором по созданию баллистических ракет назначается С. П. Королев.

Перед С. П. Королевым и его коллективом были поставлены задачи не только создания ракеты, по своим характеристикам не уступающей немецкой ракете Фау-2, но и поиска рациональной конструкции с более высокими летно-техническими и эксплуатационными характеристиками. В 1947 г. на территории СССР проводились испытания ракет Фау-2, собранных из узлов, изготовленных в Германии. Всего было проведено 11 пусков. Изучение испытанной техники показало, что конструктивные решения, принятые в ракете Фау-2, во многом устарели: подвесные топливные баки, неотделяющаяся головная часть, недостаточно точная система управления, неоправданно усложненные многие системы, агрегаты и узлы.

С. П. Королев предложил создать более совершенную ракету, рассчитанную на достижение большей дальности. Вместе с тем было решено, продолжая работы по созданию перспективных ракет, параллельно в кратчайший срок создать ракету, аналогичную Фау-2, для того чтобы в процессе ее освоения промышленность накопила определенный опыт производства, испытаний и эксплуатации крупных ракет, подготовившись тем самым к освоению перспективных ракет более совершенной конструкции и обеспечив выигрыш во времени, хотя бы частично восполняющий урон, нанесенный войной.

Ракета Р-1 была управляемой одноступенчатой баллистической ракетой с жидкостным ракетным двигателем (ЖРД). Первый ее старт осуществлен 10 октября 1948 г. Полет ракеты прошел нормально, и она достигла цели. Испытания первой серии ракет Р-1 подтвердили правильность решения всех основных проблем, связанных с созданием ракет дальностью несколько сот километров. Разработка ракеты потребовала широкой кооперации усилий НИИ, КБ и заводов промышленности. Достаточно сказать, что в этой работе были заняты 13 НИИ и КБ, коллективы 35 заводов.

Ракета Р-1, также как и Фау-2, обладала сравнительно невысокими техническими характеристиками и имела ряд недостатков. Самыми существенными из них были большая относительная масса конструкции корпуса, неотделяемая головная часть, относительно низкая удельная тяга двигателя. Эти недостатки были устранены в более совершенных образцах одноступенчатых ракет, созданных в последующие годы, дальность полёта которых составляла сотни, а в последующем и несколько тысяч километров.

В декабре 1949 г. был разработан эскизный проект ракеты Р-3 с дальностью полета уже 3000 км и стартовой массой 72 т. Этот проект характеризовался принципиальной новизной, масштабом поставленных задач и возникших при их решении вопросов. Проект ракеты Р-3 не был претворен в жизнь, так как в процессе его разработки и испытаний экспериментальных ракет, на которых отрабатывались заложенные в нем принципы, была доказана возможность и целесообразность непосредственного перехода к созданию ракет, рассчитанных на достижение межконтинентальной дальности.

С 1951 г. проводились комплексные исследования одноступенчатых и двухступенчатых баллистических ракет. В качестве одноступенчатой ракеты рассматривалась ракета с отделяющейся головной частью, с несущими топливными баками, практически без стабилизаторов, с одними воздушными рулями.

Двухступенчатые ракеты рассматривались четырех основных типов: 1) двухступенчатая ракета с поперечным делением ступеней (тандем); 2) двухступенчатая ракета с продольным делением (пакет) несущей схемы, с одновременным включением всех двигателей; 3) двухступенчатая ракета с запаздывающим включением двигателя средней ракеты (несущий пакет с запаздыванием); 4) двухступенчатая ракета с продольным делением «питающей» схемы.

Кроме того, обсуждались еще более совершенные схемы баллистических ракет, в которых применялись блоки баков и многокамерные двигательные установки. Исследования перспектив по получению больших дальностей полета ракет велись по линии анализа энергетических характеристик ЖРД и весовых характеристик ракет дальнего действия в целом, в том числе двигательной установки.

В феврале 1953 г. было принято решение по созданию межконтинентальной баллистической ракеты (МБР). Научные и проектно-конструкторские исследования, имеющие целью создать ракету с межконтинентальной дальностью полета, велись по следующим направлениям. Рассматривались проекты создания баллистических ракет с дальностью полета 5000 – 12 000 км. Кроме того, чтобы выявить наиболее перспективные схемы, комплексно изучалась проблема достижения межконтинентальных дальностей полета для различных типов управляемых ракет с разными двигательными установками. Исследовались различные схемы двигательных установок, различные методы управления и стабилизации с заданной точностью. Проводились теоретические и экспериментальные исследования аэродинамических характеристик, создавалась теория полета.

В результате проведенных исследований было установлено, что задача достижения межконтинентальной дальности полета может быть успешно решена при использовании ракет двух типов: двухступенчатой баллистической ракеты дальнего действия с ЖРД и такой же ракеты, но с крылатой второй ступенью. Решение проблемы создания МБР как по первой, так и по второй схеме имело специфические особенности, зависевшие от различных форм кооперации исполнителей и особенностей экспериментально-производственной базы.

Возможности Советского Союза, накопленный опыт при создании одноступенчатых ракет и уже сложившаяся к тому времени межотраслевая кооперация, естественно, предопределили дальнейшее сосредоточение усилий страны на создании двухступенчатой ракеты, представлявшейся в те годы наиболее рациональным средством достижения межконтинентальной дальности.

В мае 1953 г. было подписано постановление о создании конкретной МБР. Встал вопрос о необходимости создания принципиально нового оружия. Как построить тонкостенную конструкцию ракеты, которая будет состоять почти целиком из топлива? Как управлять такой ракетой в полете на межконтинентальные расстояния? Как решить проблему нагрева при возвращении боеголовки в атмосферу, т. е. как предотвратить нагрев, в результате которого боевой заряд может быть разрушен? Многим эти проблемы казались почти неразрешимыми.

Одновременно продолжались пуски геофизических ракет, которые были приняты в эксплуатацию. При этом изучались сопротивление и нагрев тел в полете, вход в атмосферу, отработка системы спасения головных частей с больших высот, медико-биологические проблемы. Все эти вопросы нашли в дальнейшем применение при создании космических аппаратов различного назначения.

Начальными исследованиями по возможности практического осуществления запуска искусственного спутника Земли (ИСЗ) с помощью ракет, разрабатываемых под руководством С. П. Королева, занимался М. К. Тихонравов. С 1950 г. группой, возглавляемой М. К. Тихонравовым, была выполнена большая предварительная работа под названием «Исследования по искусственному спутнику Земли», в которой изучались наивыгоднейшие условия (с точки зрения энергетических затрат) выхода спутника на орбиту, анализировались возмущения при выходе ИСЗ на орбиту, рассматривались необходимость и возможность создания средств наблюдения за движением ИСЗ, решались некоторые вопросы конструктивного осуществления проекта ИСЗ и проблемы теплового режима. Эта работа поискового характера сыграла в будущем определенную роль.

Рассмотрим теперь, как обстояли дела с разработками МБР в США. Еще до окончания войны там постепенно перенесли центр тяжести военных исследований в область разработки ракетного оружия, в том числе МБР. Скептическое отношение к ракетному оружию, бытовавшее среди представителей американского военного ведомства, радикально изменилось сразу же после появления сообщений разведки о проводившихся в фашистской Германии работах по созданию ракеты Фау-2 (А-4). Уже тогда США стали прилагать немало усилий, чтобы, с одной стороны, получить в свое распоряжение конкретные данные о немецких ракетах, а с другой – скрыть их от СССР.

Этому способствовали сложившиеся обстоятельства. 18 августа 1943 г. после массированного рейда союзной англо-американской авиации на Пенемюнде для испытаний Фау-2 был построен новый полигон на территории оккупированной нацистами Польши (полигон в Пенемюнде был полностью восстановлен в октябре 1943 г.). Это способствовало тому, что участники польского движения Сопротивления добыли и переправили в середине 1944 г. некоторые важные части Фау-2 в Лондон. В это же время в Лондон были доставлены части ракеты Фау-2, упавшей на территорию Швеции после пуска в Пенемюнде.

Об интересе, проявленном в США к новому оружию, говорит и тот факт, что перед высадкой союзников в Нормандии американское военное командование тщательно разработало план секретной операции «Пейперклип», имевший своей целью захват нацистских ученых-ракетчиков. Однако главный конструктор ракеты Фау-2 В. фон Браун и его группа значительно облегчили эту задачу, сдавшись в плен передовым американским частям в апреле 1945 г.

Американское военное командование позаботилось вывести из Германии найденные там узлы и детали ракет Фау-2, а также готовые образцы. С помощью фон Брауна американцы отобрали для отправки в США первую партию из 102 наиболее квалифицированных немецких специалистов. Программа создания баллистических ракет для ВВС США начала осуществляться сразу после окончания второй мировой войны; Однако реализация программы протекала медленно.

В военных кругах по-прежнему господствовало мнение, что обычные самолеты или самолеты-снаряды с воздушно-реактивными двигателями являются наилучшим средством доставки атомного оружия на территорию противника. Баллистическая ракета дальнего действия с военной точки зрения не считалась в этом отношении достаточно эффективным средством.

Работа над проектом первой экспериментальной ракеты МХ-774 началась в 1946 г. фирмой «Конвэр» и была в основном закончена в середине 1947 г. Внешне МХ-774 напоминала ракету Фау-2, однако по своей конструкции она значительно отличалась от немецкой ракеты (уменьшенная стартовая масса в результате перехода на тонкостенные топливные баки с наддувом, отделяемая головная часть, карданный подвес камер сгорания двигателя и т. д.). В июле 1947 г. контракт на исследовательские работы по ракете МХ-774 был аннулирован, однако в течение июля – декабря 1948 г. удалось провести три испытательных пуска, которые все были неудачными.

После этого работы в области создания баллистических ракет проводились в незначительном объеме, и лишь после того как в сентябре 1949 г. выяснилось, что США не являются монополистами в области атомного оружия, на разработку баллистических ракет было снова обращено внимание. В январе 1951 г. фирме «Конвэр» был выдан контракт на исследовательские и опытные работы над проектом МХ-1593, от которого требовалось сравнение потенциальных возможностей баллистической и планирующей ракет. Работы проводились на основе опыта разработки ракеты МХ-774. Трудности включения двигателя на высоте, встретившиеся в ракете МХ-774, были решены путем применения общих топливных баков для двигателей обеих ступеней, запуска всех двигателей на Земле и последующего отделения стартовых двигателей. В конструкцию МБР были введены небольшие верньерные двигатели для точной регулировки вектора скорости по направлению и величине.

В сентябре 1951 г. проект МХ-1593 получил название «Атлас», однако разработка проекта велась медленными темпами. В 1953 г. специальный комитет, созданный ВВС США из видных ученых, пересмотрел планы разработки МБР и вынес ряд. рекомендаций и заключений, утверждавших, что МБР может быть разработана для принятия на вооружение в 1960 – 1962 гг. После рекомендаций указанного комитета проект МБР «Атлас» был основательно пересмотрен. В январе 1955 г. фирма «Конвэр» получила контракт на разработку измененного проекта МБР, обозначенного SM-65. Работам был придан высший приоритет, и в сентябре 1955 г. этот проект начали разрабатывать по ускоренной программе.

Первый экспериментальный пуск МБР «Атлас» состоялся 11 июля 1957 г. и окончился неудачей. Только на 15-м пуске была достигнута расчетная дальность полета 10 200 км. МБР «Атлас» является одноступенчатой ракетой с двумя сбрасываемыми стартовыми двигателями. Ракеты такой конструкции стали называть полутораступенчатыми. Топливные баки и один маршевый двигатель оставались на ракете. Преимущество такой конструкции по сравнению с двухступенчатой ракетой заключалось в том, что была устранена необходимость запуска мощного ЖРД второй ступени на больших высотах. Этот новый метод повышал надежность ракеты. Однако он не позволял использовать все те преимущества, которые дает многоступенчатое построение ракеты. Время, потерянное при разработке МБР, привело к тому, что в период, предшествующий МГГ, МБР находилась в такой стадии, которая не позволяла на ее основе создать, ракету-носитель (РН). Поэтому базой для создания РН стали баллистические ракеты меньшей дальности, а также крупные исследовательские ракеты. О размахе проводившихся работ можно судить из данных, приведенных в табл. 1.

Успехи в области создания высотных исследовательских ракет естественным образом привели к тому, что в США начали задумываться над вопросом использования полученного опыта для конструирования РН, способной вывести на орбиту ИСЗ.

Первые предложения о создании РН были сделаны еще в октябре 1945 г. Работы были начаты в ВМС, где был создан специальный комитет, а в ноябре были выделены средства в сумме 8 млн. долл. Весной 1946 г. ВВС, Армия и ВМС обсуждали возможность совместной работы над проектом. В том же 1946 г. предварительный проект РН и ИСЗ представила группа, созданная ВВС при фирме «Дуглас». Группа в своем докладе военному ведомству особенно подчеркивала огромное военное, политическое и психологическое воздействие, которое может оказать на Советский Союз запуск первого ИСЗ в США.

Группа предложила создать первую РН к 1950 – 1951 гг. Второй доклад группы был представлен в начале 1947 г. Однако проект не был принят военным ведомством, и до конца 1948 г. незначительные работы в области создания РН велись практически лишь в исследовательских организациях ВМС США.

В декабре 1948 г., выступая в конгрессе, министр обороны США объявил, что уже в течение двух лет ведутся научно-исследовательские работы по созданию РН, способной вывести ИСЗ на низкую орбиту. Соответствующая программа получила название «Ракета для спутника Земли». Работы по ней велись независимо друг от друга специалистами Армии, ВВС (которые к тому времени выделились из Армии) и ВМС под общим руководством и наблюдением Комитета по управляемым снарядам с привлечением ряда ведущих американских самолетостроительных и двигателестроительных фирм.

Предложения о создании РН и ИСЗ продолжали поступать. Известно, в частности, о предложении Национального научного фонда, которое рассматривалось президентом Д. Эйзенхауэром. Но до 1955 г. правительство США не поощряло создания РН для вывода спутников на орбиту. Кроме того, проводившиеся работы в США по созданию ракет и разработке проектов ИСЗ были столь засекреченными, что это порой приводило к курьезным ситуациям.

В конце 1953 г., выступая в конгрессе США, В. Буш, возглавлявший в 1947 – 1948 гг. Национальное военное управление исследований и разработок и являвшийся для конгрессменов непререкаемым авторитетом и «голосом науки», заявил, что баллистическая ракета с дальностью полета 5000 км может быть создана не ранее чем через 20 лет (и примерно на такое же время им отодвигалось создание ИСЗ). Конгрессмены не позволили себе усомниться в прогнозах Буша, а ведь эти слова были им сказаны всего за 5 лет до первого пуска американской МБР «Атлас» на межконтинентальную дальность и примерно за 4 года до вывода на орбиту первого американского ИСЗ «Эксплорер-1».

В 1950 г. было принято решение о создании Международной астронавтической федерации (МАФ), и уже в следующем году, на II конгрессе МАФ, проходившем в Лондоне (сентябрь 1951 г.), большинство докладов посвящалось ИСЗ. Однако во всех этих докладах, за исключением одного, рассматривались главным образом вопросы, связанные с пилотируемыми космическими аппаратами. Исключение составлял доклад членов Британского межпланетного общества (К. Гэтленда, А. Кунеша и А. Диксона), озаглавленный «Минимальные размеры ракет для искусственных спутников», в котором анализировались некоторые варианты трехступенчатых РН.

В двух из них (по схемам В и С) третья ступень должна была нести полезный груз массой 100 кг (в ракете по схеме А полезный груз не предусматривался). Стартовые массы РН были следующие: 16,8 т (схема А), 62,4 т (схема В), 90,9 т (схема С). В четвертом варианте РН (по схеме D), представленном как «весьма далекий от практического осуществления», стартовая масса РН была такой же, как в ракете по схеме С, но полезный груз имел массу 220 кг.

На IV конгрессе МАФ, проходившем в 1953 г. в Цюрихе, профессор Ф. Зингер (США) сообщил о своем проекте минимального ИСЗ (проект МАУС), который представлял собой автономную, имеющую форму шара, приборно-измерительную систему, которая по достижении заданной высоты отделялась от третьей ступени. Этот шар-спутник имел массу около 45 кг и стабилизировался вращением.

С 1 июля 1957 г. по 31 декабря 1958 г. намечалось проведение обширной программы научных исследований с участием многих стран в рамках Международного геофизического года (МГГ). Это было уже третье подобного рода международное научное мероприятие, ставшее продолжением проведенных ранее двух Международных полярных годов. В программу МГГ, приуроченного к периоду максимума солнечной активности, вошли аэрологические и метеорологические наблюдения (в том числе за солнечной радиацией, атмосферным озоном и серебристыми облаками), а также океанографические, гляциологические, магнитные, гравиметрические и сейсмические исследования, изучение верхней атмосферы Земли (полярных сияний, ионосферы, метеоров, космических лучей).

Одним из важнейших разделов программы МГГ явились исследования атмосферы Земли с использованием новых средств – исследовательских ракет и ИСЗ. В послевоенное время все более пристальный интерес у ученых вызывало состояние атмосферы на больших высотах (до 1000 км), однако потолок использовавшихся тогда радиозондов ограничивался 30 – 40 км. Выше могли подниматься только ракеты, и научная аппаратура стала устанавливаться сначала на экспериментальных ракетах, с 1949 г. – на специальных геофизических, а с 1951 г. – на метеорологических ракетах.

Первые опыты исследований верхней атмосферы с помощью ракет, проведенные в СССР и США, дали ценнейшие научные данные и позволили уже к началу МГГ овладеть не только надежной техникой исследований верхней атмосферы, но и получить первые данные о стратосфере и мезосфере. Это, в свою очередь, помогло разработать наиболее эффективную программу на период проведения МГГ.

Во время МГГ проводились пуски советских ракет: в Арктике (на острове Хейса), на средних широтах (с территории СССР и с борта дизель-электрохода «Обь» во время его плавания в Антарктиду), а также американских ракет: из Черчилля (Канада, провинция Манитобы), с наземных и морских стартовых площадок в других местах. В общей сложности в период 1957 – 1958. гг. было запущено 112 метеорологических и 13 геофизических советских ракет, причем 4 геофизические ракеты достигли высот 450 – 470 км. За это же время были запущены 194 американские ракеты, одна из которых достигла высоты 420 км. Помимо этих стран, в 1958 г. запускались ракеты в Австралии (1 ракета), Великобритании (3) и Японии (9).

4 октября 1954 г. в Риме на сессии специального комитета, занимающегося разработкой программы МГГ, была принята резолюция, призывающая «рассмотреть вопрос о запусках небольших искусственных спутников Земли, о их научных приборах и новых проблемах, связанных с проведением экспериментов на ИСЗ, таких, как электропитание, телеметрия и ориентация».

СОЗДАНИЕ РАКЕТЫ-НОСИТЕЛЯ И ПЕРВЫХ ИСЗ В СССР

Создание первых советских ИСЗ связано в первую очередь с разработкой советской МБР. На ее базе была создана РН, с помощью которой эти ИСЗ выводились на орбиту. Программа создания ракеты представляла собой одну из крупнейших по своим масштабам программ технических разработок, когда-либо осуществлявшихся в СССР. Ее выполнение было связано с развитием многих отраслей науки и техники, в том числе с развитием нового направления – ракетостроения.

Чтобы обеспечить полет ракеты на межконтинентальную дальность, нужно было создать не просто ракету, а многоступенчатую (так называемую составную) ракету, у которой в полете по мере израсходования топлива происходит последовательный сброс использованных и ненужных для дальнейшего полета элементов конструкции (ракетных ступеней). Идея создания составной ракеты нашла наиболее полное отражение в работах К. Э. Циолковского «Космические ракетные поезда» (1929 г.) и «Наибольшая скорость ракеты» (1935 г.), где впервые были разработаны научные основы расчета и принципы построения составных ракет. Более глубокая математическая проработка проблемы составных ракет продолжалась в 50-е годы, когда вопросы расчета и конструирования составных ракет стали насущными практическими задачами космонавтики.

Конструктивно составные ракеты имеют последовательное или параллельное расположение ступеней. При последовательном соединении лишь после полного израсходования топлива одной из ступеней и отделения последней включается двигатель следующей ступени. При параллельном соединении (так называемые пакетные схемы) отдельные ступени могут работать одновременно. Существует много других комбинаций, например параллельное соединение первой и второй ступеней и последовательное второй и третьей. Одноступенчатая ракета практически не способна развить скорость, необходимую для вывода на околоземную орбиту ИСЗ.

Еще в работе «Принципы и методы проектирования ракет большой дальности», написанной С. П. Королевым в 1949 г., проводился анализ различных схем составных ракет. В том же году под его руководством началась разработка ракеты Р-3 с дальностью полета 3000 км. С. П. Королев как главный конструктор ракет уже тогда уделял много внимания выбору наиболее рациональной схемы конструкции составной ракеты.

Он писал¹: «Составная ракета является сложной и громоздкой конструкцией. Отрицательным моментом в составной ракете является особенно то обстоятельство, что каждая составляющая ракета есть самостоятельная ракета, которую нужно сконструировать, построить и отработать. Этими недостатками не обладает другая схема составных ракет, называемая «пакетом»... Схема пакета ракет была разработана К. Э. Циолковским. Он предполагал этим методом достичь очень больших скоростей и дальностей полета. Схема, предложенная Циолковским, очень приблизительна, и потребуются сложные и тяжелые устройства для перекачки топлива, причем несомненно, что мгновенная перекачка топлива невозможна...»

¹ В данной работе под термином «составная ракета» следует понимать ракету с поперечным делением ступеней.

Рассуждая далее о доставке полезного груза на дальние расстояния и возможности использования для этой цели пакетной схемы, С. П. Королев отмечает: «...изменение полезного груза в сторону его увеличения сильно сказывается на скорости составных ракет и меньше на скорости пакетов, т. е., другими словами, пакеты являются конструкциями, более приспособленными для перенесения грузов, чем составные ракеты. Из сказанного можно сделать следующий вывод: проблему дальней стрельбы ракетами можно успешно решить с помощью одной рационально выбранной ракеты. Система ракетных пакетов позволяет ограничиваться одной ракетой, при посредстве которой могут быть достигнуты любые дальности стрельбы».

Постройка ракеты по пакетной схеме ведет к громоздкости конструкции, создает неудобства в эксплуатации, усложняет наземное оборудование, затрудняет установку, наведение и пуск. К недостаткам такой схемы также относят большую продолжительность работы двигателей (за исключением двигателей первой ступени), неоптимальность степени расширения сопел двигателей последних ступеней в начале и в конце их работы, а также большое аэродинамическое сопротивление.

С. П. Королев отчетливо знал все эти недостатки и представлял сложность изготовления ракеты по пакетной схеме. Однако ему были хорошо известны и преимущества параллельного соединения ступеней: уменьшенная масса двигательной установки благодаря отсутствию неработающих двигателей (все двигатели работают одновременно); возможность использования только одного стандартного типа двигателей; включение всех двигателей на Земле (включение двигателей в полете снижает общую надежность); меньшая длина при большем диаметре (конструкция лучше противостоит изгибу).

Кроме того, разработку МБР требовалось осуществить в кратчайшие сроки.

Выбор оптимальной схемы разделения ступеней составной ракеты представляет собой сложную задачу, требующую для своего окончательного решения подробной детализации проекта в каждом конкретном случае. К идее использования ракеты по пакетной схеме пришли, лишь поняв, что разработанный к тому времени вариант одноступенчатой ракеты Р-3 не может обеспечить требуемой межконтинентальной дальности и доставки полезного груза на это расстояние.

В 1953 г. развитие ракетного двигателестроения в СССР достигло такого уровня, что подъем больших масс без использования аэродинамических сил по принципу баллистических ракет стал вполне реальным. Эскизный проект ракеты был утвержден в начале 1954 г. К этому же времени был создан Совет главных конструкторов, который возглавил С. П. Королев. Перед Советом главных конструкторов была поставлена важнейшая задача, связанная с разработкой нового оружия для обороны страны.

Создание баллистической ракеты больших размеров и значительной массы потребовало не только разработки новых двигателей, систем управления, комплекса наземного оборудования и т. п., но и качественно нового подхода к проектированию собственно ракеты. Советские конструкторы, проведя обширный цикл исследований и экспериментов, разработали в конечном итоге конструкцию ракеты, полностью отвечающую поставленным перед ними требованиям. Созданная в период 1954 – 1957 гг. МБР была для своего времени крупнейшей ракетой в мире.

Еще в ходе разработки МБР стала очевидной возможность достижения первой космической скорости и выведения ИСЗ. Придавая большое значение перспективам космических полетов и обеспечению приоритета Советского Союза в создании первого в мире ИСЗ, С. П. Королев понимал, что запуск первого ИСЗ станет только началом огромной работы по комплексному исследованию ряда проблем. 26 мая 1954 г. С. П. Королев обращается с письмом в Совет Министров СССР. Там он, в частности, пишет:

«Проводящаяся в настоящее время разработка нового изделия с конечной скоростью около 7000 м/с позволяет говорить о возможности создания в ближайшие годы искусственного спутника Земли. Путем некоторого уменьшения веса полезного груза можно будет достичь необходимой для спутника конечной скорости 8000 м/с... Мне кажется, что в настоящее время была бы своевременной и целесообразной организация научно-исследовательского отдела для проведения первых поисковых работ по спутнику и более детальной разработки комплекса вопросов, связанных с этой проблемой. Прошу Вашего решения».

Вместе с письмом в правительство С. П. Королев направляет докладную записку М. К. Тихонравова «Об искусственном спутнике Земли». Работы, ведущиеся в этом направлении М. К. Тихонравовым и его группой², были хорошо известны С. П. Королеву. Группа М. К. Тихонравова в инициативном порядке продолжала работать над теоретическими исследованиями по ИСЗ, но практическим конструированием агрегатов и систем спутника не занималась. Следует признать, что работы этой группы некоторое время не получали необходимой поддержки, и только благодаря личной заинтересованности и прозорливости С. П. Королева они получили должную оценку. В отчете о своей научной деятельности за 1954 г., направленном в Академию наук СССР (С. П. Королев в 1953 г. был избран ее членом-корреспондентом) и датированном 25 июня 1955 г., он писал: «...принципиально возможно при посредстве ракетных летательных аппаратов осуществить полеты на неограниченные дальности, практически со сколь угодно большими скоростями движения на беспредельно большие высоты. В настоящее время все более близким и реальным кажется создание искусственного спутника Земли...

² Об этих исследованиях см.: Нестеренко А. И. Из истории создания первых искусственных спутников Земли, – В сб.: 20 лет космической эры. М., Знание, 1977.

Необходимо было бы развернуть работы, связанные со всем комплексом вопросов по созданию искусственного спутника Земли (ИСЗ), поначалу в самом простом варианте. Мы полагали бы возможным провести эскизную разработку проекта самого ИСЗ с учетом ведущихся работ (особенно заслуживают внимание работы М. К. Тихонравова) со сроком представления эскизных материалов в конце 1956 г. Нельзя не отметить огромного интереса к этой проблеме в ряде стран за рубежом и особенно в США...»

В конце 1955 г. начались исследовательские работы и были подготовлены «Общие соображения в связи с созданием искусственного спутника Земли». Об этом С. П. Королев пишет в очередном отчете о своей научной деятельности за 1955 г., направленном в Академию наук СССР 7 января 1956 г. А уже 30 января 1956 г. по письму С. П. Королева в Совет Министров СССР было принято решение о создании ИСЗ в 1957 – 1958 гг. Срок пробного запуска назначался на 1957 г.

В 1956 г. М. К. Тихонравов с частью своих сотрудников переходит работать в ОКБ, руководимое С. П. Королевым. В июле 1956 г. был утвержден эскизный проект первого ИСЗ. Его подписали С. П. Королев (как главный конструктор), М. К. Тихонравов (как научный консультант) и К. Д. Бушуев, С. О. Охапкин, Л. А. Воскресенский (как заместители главного конструктора), Проведенные предварительные расчеты и весовая раскладка показали, что масса ИСЗ укладывается примерно в 1400 кг.

30 августа 1956 г. в кабинете главного ученого секретаря Президиума АН СССР академика А. В. Топчиева собрались ведущие специалисты по ракетной технике, а также другие ученые. С. П. Королев кратко изложил перед собравшимися ход работ по испытанию новой мощной ракеты, способной вывести на орбиту вокруг Земли искусственное тело значительной массы. После обсуждения и дискуссии участники собрания решили выделить группу ученых во главе с М. В. Келдышем (ставшим впоследствии известным как Главный теоретик космонавтики), которым предстояло выработать программу научных экспериментов для первых ИСЗ. Была создана специальная комиссия при АН СССР с самыми широкими полномочиями под председательством М. В. Келдыша, в которую в качестве заместителей председателя вошли С. П. Королев и М. К. Тихонравов.

Большое внимание работам над ракетой-носителем и ИСЗ уделяли ЦК КПСС и Советское правительство, В ряде институтов Академии наук СССР были организованы специальные группы, занимавшиеся изучением проблем механики космического полета, автономной навигации, ориентации и стабилизации космических аппаратов; изучением тепловых режимов ИСЗ и разработкой систем теплообмена в условиях космической среды; изучением поведения различных элементов и систем в условиях невесомости и в вакууме, проблемами передачи и обработки телеметрической информации и т. п.

Эти группы положили начало многим новым направлениям современной космической науки и техники и развились в дальнейшем в крупные самостоятельные коллективы. В тезисах доклада о разработке эскизного проекта ИСЗ, представленного 25 сентября 1956 г. в Академию наук СССР, С. П. Королев писал: «...создание этого эскизного проекта не является случайностью, а подготовлено всей предшествующей работой организаций, занимавшихся разработкой ракет дальнего действия...

В итоге тщательной проработки плана исследовательских работ, проводимых на спутнике, в Комиссии Академии наук под председательством М. В. Келдыша было установлено, что нельзя ограничиться одним вариантом спутника, и приняты три варианта, отличающиеся составом аппаратуры... Орбита спутника будет проходить над большей частью территории Земли...»

Да, все было не так просто, как иногда кажется, – «построили» ракету и установили на нее спутник. Работы по первому ИСЗ – исследовательские и конструкторские – были начаты заранее, задолго до готовности самой РН. К делу были подключены многие коллективы промышленности и Академии наук СССР. Масса ИСЗ вместе с научной аппаратурой и источниками электропитания, радиотелеметрической системой, радиоаппаратурой контроля орбиты и другими системами составляла – 1250 кг, в том числе масса только одной оболочки была ~250 кг.

Каковы проблемы, которые пришлось решать при создании ИСЗ?

Во-первых, требовалось обеспечить необходимый температурный режим на спутнике, сконструировать малогабаритные источники питания, создать радиотелеметрическую систему с запоминающим устройством, систему управления работой бортовых систем и, конечно, систему всенаправленных антенн. Уложиться в массу меньше чем 1250 кг не удалось. Основная из причин заключалась в громоздкой системе электропитания ИСЗ (масса до 450 кг) и значительной массе антенной системы.

Разрабатываемая ракета на первых порах не могла сообщить первую космическую скорость этому ИСЗ. Поэтому уже в упомянутом докладе о разработке эскизного проекта ИСЗ были изложены основные результаты разработки эскизного проекта ракеты как носителя спутника. Предлагалось тягу двигателя центрального блока снизить до ~600 кН (у Земли), ввести дросселирование двигателей боковых блоков за ~17 с до разделения, снять аппаратуру радиоуправления (экономия массы ~300 кг), радиоотсек заменить переходным отсеком, обеспечивающим сопряжение ракеты со спутником, сократить до минимума массу системы измерений на ракете и т. д.

При этих условиях (т. е. при тщательном подсчете всех весовых характеристик систем ракеты), как считали специалисты, погрешность в скорости выведения ИСЗ заданной массы составит не более ±20 м/с. Несмотря на трудности вывода на орбиту первого ИСЗ и на принятое решение начать на базе разрабатываемой МБР делать ее космический вариант – РН, проблема уменьшения массы ИСЗ оставалась.

В конце 1956 г. М. К. Тихонравов предложил сделать спутник полегче и попроще – не более 80 кг. Снова стали все пересчитывать, прикидывать, примерять. Расчеты показали, что масса нового варианта ИСЗ укладывается... в 300 кг (при массе антенн 80 кг). Группа энтузиастов-конструкторов продолжала уменьшать массу спутника, и в результате в конце концов родился проект простого по конструкции и надежного ИСЗ (так называемого «Простейшего спутника» – ПС). Именно этому ИСЗ предстояло быть первым.

Возник вопрос о выборе места для пуска РН. Была образована Государственная комиссия, которой предстояло выбрать подходящее место для испытаний ракеты. После изучения ряда возможных вариантов комиссия остановилась на районе, расположенном в Кзыл-Ординской области Казахской ССР.

Целесообразность выбора именно этого района объяснялась сравнительно изолированным его расположением, близостью центров снабжения, почти неограниченными возможностями расширения космодрома и главным образом тем, что трассы полета будущих РН должны были пролегать в восточном и северо-восточном направлениях над незаселенной местностью. Одновременно наметились места для создания станций слежения за полетом ракет. Решение о строительстве космодрома Байконур было принято 12 февраля 1955 г. В этом же году началось строительство основных объектов космодрома – технического и стартового комплексов.

В начале 1957 г. С. П. Королев направляет в Совет Министров СССР «Предложения о первых запусках искусственных спутников Земли до начала Международного геофизического года»: «Просим разрешить подготовку и проведение первых пусков двух ракет, приспособленных в варианте искусственных спутников Земли, в период апрель – июнь 1957 г, до официального начала Международного геофизического года, проводящегося с июля 1957 г. по декабрь 1958 г.

В настоящее время производится стендовая отработка ракет, а к марту 1957 г. будет подготовлена первая ракета для пусков согласно программе испытаний Подготовительные работы к первым пускам ракеты идут со значительными трудностями и отставанием от установленных сроков, однако полученные к настоящему моменту результаты лабораторных и стендовых испытаний позволяют уверенно надеяться, что в марте 1957 г при напряженной работе, начнутся пуски ракет. Ракету путем некоторых переделок можно приспособить для пуска в варианте искусственного спутника Земли, имеющего небольшой полезный груз в виде приборов весом около 25 кг.

Таким образом, на орбиту искусственного спутника вокруг Земли на высоте 225 – 500 км от поверхности Земли можно запустить центральный блок ракеты весом 7700 кг и отделяющийся шаровидный контейнер собственно спутника диаметром около 450 мм и весом 40 – 50 кг.

В числе приборов на спутник может быть установлена специальная коротковолновая передаточная станция с источниками питания из расчета на 7–10 суток действия.

Две ракеты, приспособленные в этом варианте, могут быть подготовлены в апреле – июне 1957 г. и запущены сразу же после первых удачных пусков межконтинентальной ракеты. Пуск этих ракет одновременно позволит проверить в полете ряд вопросов, намеченных для летных испытаний ракет (старт, работу двигательных установок боковых и центральных частей, работу системы управления, процесс разделений и т. д.).

Согласно решению от 30 января 1956 г. на базе межконтинентальной ракеты разрабатывается ракета-носитель искусственного спутника Земли с весом контейнера спутника около 1200 кг, куда входят большое количество разнообразной аппаратуры для научных исследований, подопытные животные и т. д.

Первый запуск этого спутника установлен в 1957 г, и, учитывая большую сложность в создании и отработке аппаратуры для научных исследований, может быть произведен в конце 1957 г. ...

По отдельным сведениям, имеющимся в печати, США готовятся в ближайшие месяцы к новым попыткам запуска искусственного спутника Земли, желая, очевидно, любой ценой добиться приоритета. ...Докладывая о современном состоянии вопроса о возможности запуска в ближайшее время искусственного спутника Земли в СССР и в США, просим одобрить следующие предложения:

1. Промышленным министерствам по сложившейся кооперации с участием Академии наук СССР подготовить две ракеты в варианте искусственного спутника Земли к запуску в апреле – июне 1957 г.

2. Организовать авторитетную Координационную междуведомственную комиссию для руководства всеми работами по первым двум запускам искусственного спутника Земли в СССР.

3. Провести необходимые мероприятия для использования всех имеющихся в распоряжении Академии наук СССР и промышленных министерств технических средств и создать на территории СССР в 3-месячный срок систему наблюдений всех видов (радиотехнических, оптических и др.) за полетом искусственного спутника Земли.

4. Опубликовать по шаровому контейнеру искусственного спутника Земли информацию в печати».

После докладной записки, направленной С. П. Королевым в правительство, было принято решение о разработке и запуске двух вариантов простейшего спутника, на которые была перенесена часть исследований, планировавшихся для первого ИСЗ (он был запущен позднее, 15 мая 1958 г., и стал третьим советским ИСЗ), В начале 1957 г. удалось существенно облегчить массу каждой из антенн до 8,4 кг и массу конструкции корпуса до 13,9 кг. Необходимо было проверить эффективность работы антенн; для этого были запланированы испытания спутника, подвешенного на тросе длиной 200 м под вертолетом. Необходимость этих испытаний поддержал К. Д. Бушуев.

Испытания радиоаппаратуры спутника прошли успешно и закончились 5 мая 1957 г. После этого началась разработка конструкции спутника, и 24 июня К. Д. Бушуев подписал чертежи окончательной компоновки простейшего ИСЗ. С. П. Королев в это время был на космодроме.

Работу по созданию стартового комплекса для запусков РН с ИСЗ поручили коллективу, который возглавлял В. П. Бармин. Этот коллектив был известен созданием в годы Великой Отечественной войны серийных образцов нашего прославленного оружия – реактивных минометов «Катюша».

Предстояло решить необычайно сложную в техническом отношении задачу. Помимо агрегатов самого стартового комплекса, требовалось освоить производство дистанционно управляемых систем, компрессорного, подъемно-транспортного и заправочного оборудования, различных радиоустройств, приборного и электрооборудования и даже новых сплавов и пластмасс. Заводы, КБ и НИИ, привлеченные к созданию первого в мире ракетного, а затем и космического комплекса, требовали огромной организаторской работы, постоянного внимания и оперативного преодоления непрерывно возникающих препятствий.

Длительными и трудными были поиски оптимальной конструкции пусковой установки – одного из основных элементов стартового комплекса. Противник всяких усложнений, всегда стремившийся к простоте, В. П. Бармин пришел к идее «подвесить» ракету в пусковом устройстве. Ракета – тонкостенная конструкция: сжимающие нагрузки для нее опасны, а растягивающие вполне допустимы. Это и натолкнуло на мысль подвесить многотонную ракету вертикально и в таком положении запускать. Этот вариант пусковой установки был принят за основу.

Однако путь от идеи к ее реализации, осуществленной «в металле», был еще долгим и сложным. Пришлось решать много головоломных задач: как поворачивать огромную многотонную установку вместе с подвешенной ракетой, как отвести мощную раскаленную газовую струю, создаваемую двигателями ракеты. Но как показало будущее, главная схема конструкции пусковой установки была задумана правильно. Она уникальна и по своему техническому решению, и по жизнеспособности, и недаром эта конструкция вот уже двадцать пять лет работает исправно.

Работа над ИСЗ подходила к своему завершению, 1 июля 1957 г. в газете «Правда» была опубликована статья президента Академии наук СССР А. Н. Несмеянова «Проблема создания искусственного спутника Земли». В ней, в частности, говорилось: «...в результате многолетней работы советских ученых и инженеров к настоящему времени созданы ракеты, а также все необходимое оборудование и аппаратура, с помощью которых может быть решена проблема искусственного спутника Земли для научно-исследовательских целей.

Создание и запуск советского искусственного спутника Земли с научными целями в Международном геофизическом году сыграют исключительную роль в объединении усилий ученых различных стран, в борьбе за покорение сил природы...»

Советский Союз не скрывал своей подготовки к запуску ИСЗ, однако почти никто не подозревал, что этот запуск будет осуществлен уже в этом году – году 40-летия Советской власти.

21 августа 1957 г. межконтинентальная ракета доставила полезный груз (имитирующий боевую часть) на большое расстояние. Об этом запуске в газетах было опубликовано 27 августа сообщение ТАСС: «...Испытания ракеты прошли успешно, они полностью подтвердили правильность расчетов и выбранной конструкции. Полет ракеты проходил на очень большой, еще до сих пор не достигнутой высоте. Пройдя в короткое время огромное расстояние, ракета попала в заданный район».

31 августа прошли испытания простейшего ИСЗ в составе РН, в сентябре – тепловые и вибрационные испытания. По результатам пусков МБР в августе и сентябре форма головной части была несколько изменена (затуплена) с целью уменьшения теплового нагрева. Это важно было для МБР, а при выводе ИСЗ на орбиту форма головной части (обтекателя, защищающего спутник от внешних воздействий) осталась в виде острого конуса.

Что же представляет собой РН, предназначенная для вывода первого в мире ИСЗ?

Она была двухступенчатой с параллельным соединением ступеней. Первая ступень состояла из четырех боковых ракетных блоков, вторая – из одного центрального ракетного блока. Четыре боковых блока имели по ЖРД РД-107, центральный – ЖРД РД-108. Все двигатели включались в работу одновременно, создавая общую (стартовую) тягу около 4000 кН. Необходимость включения всех двигателей на старте потребовалась в связи с тем, что не было еще ясности и уверенности в надежном запуске двигательной установки второй ступени в условиях, соответствующих моменту окончания работы двигательной установки первой ступени.

Боковые и центральный блоки не были друг с другом связаны гидравлически или пневматически. Каждый блок имел собственные топливные баки и двигатель. Но запас топлива в центральном блоке был гораздо больше, чем в боковых. Спустя 120 с после отрыва ракеты от пусковой установки боковые блоки отбрасывались (при этом высота полета составляла около 50 км, а скорость 2,3 км/с): центральный блок продолжал работать еще 180 с, разгоняя полезный груз до скорости 6,4 км/с (т. е. меньше первой космической скорости, равной 7,8 км/с). На высоте до 200 км двигатель центрального блока выключался, полезный груз отделялся и продолжал полет к цели по баллистической траектории (на расстоянии до 8000 км).

Много принципиально нового было и в многокамерных, ЖРД цервой и второй ступеней, работавших на жидком кислороде и керосине. Их разработка началась в 1954 г., сразу же после утверждения эскизного проекта. К этому времени в организации, возглавляемой. В. П. Глушко, уже был накоплен опыт разработки мощных ЖРД.

Двигатели РД-107 и РД-108 были близки по своим характеристикам, поскольку их стремились максимально унифицировать. Основные агрегаты ЖРД отличаются только рабочими параметрами. РД-107 (в окончательном варианте) развивает у Земли тягу 812 кН, а в вакууме – 1000 кН; тяга РД-108 несколько ниже: соответственно 745 и 940 кН. В течение 1 с в каждую камеру РД-107 поступает 52 кг кислорода и 21 кг керосина.

В 1955 г. были начаты огневые стендовые испытания, связанные с отработкой двигателей. Испытывались последовательно одно-, двух- и четырехкамерные экспериментальные образцы. При отработке пришлось встретиться с рядом проблем, наиболее серьезная из которых состояла в устранении высокочастотных колебаний, возникающих в камерах при выходе двигателей на режим главной ступени и приводивших к его разрушению. По результатам стендовых испытаний в конструкцию ЖРД и технологию их изготовления были внесены многочисленные изменения.

Летным испытаниям РН предшествовала беспрецедентная по масштабам стендовая отработка этих ЖРД. В дополнение к автономным испытаниям двигатели прошли также стендовые испытания в составе ракеты и ее блоков. Применение на одной ракете одновременно работающих пяти ЖРД, которые в общей сложности содержали пять турбонасосных агрегатов и 32 камеры (20 основных и 12 рулевых), потребовало высокой точности и синхронности осуществления всех операций по включению ЖРД, их регулированию в полете и выключению. Эта задача была решена тщательной отработкой взаимодействия многочисленных элементов двигателей на всех режимах работы. Кроме того, в схеме управления работой ЖРД предусматривались всевозможные блокировки операций.

17 сентября 1957 г. С. П. Королев выступил с докладом на торжественном собрании, посвященном 100-летию со дня рождения К. Э. Циолковского, которое проходило в Колонном зале Дома Союзов: «.. в период проходящего сейчас Международного геофизического года будут пущены многие десятки ракет с целью проведения научных исследований по разнообразным программам для разных высот подъема и в различных районах Советского Союза, включая районы Дальнего Севера и советские экспедиции в Антарктиде. Советские ракеты совершают полеты на очень больших, еще никем не достигнутых высотах над поверхностью земного шара.

В Советском Союзе произведено успешное испытание сверхдальней межконтинентальной многоступенчатой баллистической ракеты. Полученные результаты показывают, что имеется возможность пуска ракет в любой район земного шара.

В ближайшее время с научными целями в СССР и США будут произведены первые пробные пуски искусственных спутников Земли...»

Н. А. Пилюгин, С. П. Королев, В. П. Глушко, В. П. Бармин (4 октября 1957 г)

После торжеств в Москве, связанных с празднованием юбилея К. Э. Циолковского, С. П. Королев уехал на космодром готовить ракету-носитель к пуску. В головной части этой ракеты располагался ИСЗ. Для наблюдения за полетом ИСЗ были организованы наземные измерительные пункты.

Ракета-носитель (стартовая масса в момент отрыва от пусковой установки составляла 267 т) с первым ИСЗ стартовала 4 октября 1957 г. в 22 ч 28 мин по московскому времени. Это был первый в истории человечества искусственный спутник Земли. «Сегодня свершилось то, – сказал в этот день С. П. Королев, – о чем мечтали лучшие сыны человечества, и среди них наш замечательный ученый Константин Эдуардович Циолковский. Он гениально предсказал, что человечество не останется вечно на Земле. Спутник – первое подтверждение его пророчества. Штурм космоса начался Мы можем гордиться, что его начала наша Родина»,

О роли, которую сыграл первый ИСЗ в мировой технике, емко и образно сказал один из соратников С. П. Королева член-корреспондент АН СССР Б. В. Раушенбах. Выступая в Доме ученых по случаю 70-летия выдающегося конструктора, которое отмечала научная общественность, он отметил:

«Если обратиться к первому спутнику, то в глаза бросается его предельная конструктивная простота, простота установленного на нем радиопередатчика, явное желание С. П. Королева обойтись самым минимумом необходимых и достаточно очевидных мероприятий, способных дать возможность радиопередатчику проработать в течение некоторого, сравнительно короткого времени. И это простейшее изделие совершенно закономерно стало символом новой эры, связанной с огромными научными и техническими достижениями человечества в одной из сложнейших областей человеческой практики. Первый спутник представляет ценность не сам по себе, а как узловой пункт развития техники: с одной стороны, он символизирует завершение сложного пути развития ракет, ставших космическими, а с другой стороны, является тем зародышем, из которого выросла космическая техника».

Рассмотрим теперь несколько подробнее конструкцию и состав первого в мире ИСЗ³. Он имел форму шара диаметром 580 мм. Масса равнялась 83,6 кг. На его внешней поверхности были установлены антенны радиопередатчиков в виде четырех стержней. Длина двух из них составляла 2,4 м, а остальных – 2,9 м. Стержни соединялись с антенными изоляторами, закрепленными на корпусе ИСЗ с помощью шарнирных узлов, обеспечивавших поворот их на некоторый угол после отделения ИСЗ от РН.

³ Более полное описание первого советского ИСЗ дано в статье М. К. Тихонравова «О первом искусственном спутнике Земли» с сборнике «20 лет космической эры» (М., Знание, 1977).

Вся аппаратура вместе с источниками энергопитания размещалась в герметическом корпусе, изготовленном из алюминиевых сплавов. Корпус состоял из двух тонкостенных полусферических оболочек, соединяемых при сборке ИСЗ. Конструкция стыка этих оболочек обеспечивала полную его герметичность. Поверхность корпуса ИСЗ полировалась и подвергалась затем специальной обработке для обеспечения необходимых значений коэффициентов поглощения и отражения солнечной радиации.

Перед пуском ИСЗ был заполнен газообразным азотом. Для поддержания достаточно стабильного внутреннего температурного режима на ИСЗ имелась специальная система терморегулирования, изменявшая принудительную циркуляцию газообразного азота в корпусе ИСЗ в зависимости от температуры. Соответственно этому изменялись тепловое сопротивление между аппаратурой и оболочкой спутника, а также отвод тепла от аппаратуры к оболочке.

На ИСЗ были установлены два радиопередатчика, работавшие на частотах 20,005 и 40,002 МГц (соответственно длины волн 15 и 7,5 м). Сигналы, излучаемые радиопередатчиками па каждой из частот, имели вид телеграфных. Посылка сигнала одной частоты производилась во время паузы сигнала другой частоты. В среднем длительность сигналов на каждой из частот составляла 0,2 – 0,3 с. Радиопередатчики ИСЗ обеспечивали возможность систематических наблюдений за его работой.

Для регистрации физических процессов, протекавших на ИСЗ, на нем были установлены чувствительные элементы, менявшие частоты телеграфных посылок и соотношения между длительностью этих посылок и паузами между ними при изменении некоторых параметров внутри ИСЗ (температуры, давления). При приеме радиосигналов наземными станциями производилась их регистрация для последующих расшифровки и анализа.

Наличие на ИСЗ радиопередатчиков, работавших па двух разных частотах, создавало возможность проведения исследований по распространению радиоволн в ионосфере. При этом выбор длины волны (7,5 или 15 м) позволял производить радионаблюдения за ИСЗ не только специальными станциями, но и самым широким кругом радиолюбителей всего земного шара., Мощность радиопередатчиков оказалась вполне достаточной для уверенного приема радиосигналов обычными любительскими приемниками на весьма больших расстояниях (на длине волны 15 м радиосигналы ИСЗ принимались на расстояниях до 10 – 12 тыс. км).

Источники энергопитания, размещенные на ИСЗ, обеспечивали работу всей его аппаратуры в течение трех недель.

Спутник размещался в передней части РН. Для защиты от тепловых и аэродинамических воздействий на участке выведения, при полете ракеты в плотных слоях атмосферы, он предохранялся защитным конусом. После выведения на орбиту вокруг Земли ИСЗ был отделен от последней ступени РН с помощью пружинного толкателя Одновременно с отделением ИСЗ был сброшен защитный конус, после чего спутник начал двигаться по орбите самостоятельно.

Общая схема первого советского ИСЗ: 1 – сдвоенное термореле, 2 – радиопередатчик, 3 – контрольные термореле и барореле, 4 – гермовод, 5 – антенна, 6 – блок питания, 7 – штепсельный разъем, 8 – пяточный контакт, 9 – вентилятор, 10 – диффузор, 11 – дистанционный переключатель, 12 – экран

Начальные параметры орбиты высота апогея 947 км, высота перигея 228 км, период обращения 96,17 мин, наклонение 65,1° ИСЗ прекратил свое существование 4 января 1958 г, совершив примерно 1400 оборотов вокруг Земли.

3 ноября 1957 г., через месяц после запуска первого ИСЗ, в СССР был осуществлен запуск второго ИСЗ с фантастической для того времени массой 508,3 кг. На его борту находилась собака Лайка – первое живое существо, совершившее орбитальный полет 15 мая 1958 г состоялся запуск третьего советского ИСЗ массой 1327 кг.

10 декабря 1957 г. С. П. Королев выступил в «Правде» со статьей «Исследование космического пространства» Подводя итоги запусков первых двух ИСЗ, он писал: «...советскими учеными, инженерами и рабочими была создана межконтинентальная баллистическая ракета, явившаяся выдающимся достижением отечественного ракетостроения и всей советской промышленности. Успешное разрешение этой задачи было обеспечено высоким уровнем развития науки и техники в СССР, четкой и организованной работой научно-исследовательских институтов, конструкторских бюро и промышленных предприятий.

Располагая столь мощным средством, как межконтинентальная баллистическая ракета, Советский Союз, неуклонно следующий политике мира, использовал это замечательное достижение для целей науки, произведя в соответствии с программой Международного геофизического года запуск искусственных спутников Земли. Советские люди под руководством Коммунистической партии своим вдохновенным трудом превратили казавшуюся далекой мечту в реальное достижение наших дней...»

Второй советский ИСЗ в отличие от первого представлял собой последнюю ступень РН, на которой в ряде контейнеров размещалась вся научная и измерительная аппаратура, а также подопытное животное. Размещение аппаратуры непосредственно на корпусе последней ступени РН упростило задачу определения орбиты ИСЗ при помощи оптических средств наблюдений. Как показал запуск первого ИСЗ, наблюдения за РН оказались значительно более простыми, чем наблюдения за самим спутником, поскольку яркость РН превосходила яркость ИСЗ на несколько звездных величин.

Схема размещения второго советского ИСЗ внутри РН: 1 – механизм сброса, 2 – сбрасываемый конус, 3 – приборная рама, 4 – переходник, 5 – дуговая антенна, 6 – дренажно-предохранительный клапан, 7 – клапан, 8 – стабилизирующее сопло, 9 – пиропневмозамок, 10 – кабина, 11 – контейнер с передатчиком, 12 – спектрограф

В передней части последней ступени ракеты на специальной силовой раме были установлены спектрограф для исследования излучения Солнца в ультрафиолетовой и рентгеновской областях спектра, сферический контейнер с радиопередатчиками и герметическая кабина с подопытным животным. Два прибора для изучения космических лучей располагались в корпусе ракеты.

Установленные на раме приборы, контейнер и кабина с животным были закрыты защитным конусом, предохранявшим их от тепловых и аэродинамических воздействий при полете ракеты в плотных слоях атмосферы. Сбрасывание защитного конуса после выведения последней ступени ракеты на орбиту осуществлялось путем отделения.

Радиопередатчики, находящиеся в сферическом контейнере, работали на тех же частотах, что и радиопередатчики первого ИСЗ 20,005 и 40,002 МГц. Помимо радиопередатчиков, в сферическом контейнере размещались источники энергопитания, аппаратура терморегулирования и чувствительные элементы, регистрирующие изменение температуры и других параметров в контейнере. По своей конструкции сферический контейнер был подобен первому ИСЗ.

Один из радиопередатчиков, работавший на частоте 20,005 МГц (длина волны 15 м), излучал сигналы, имевшие вид телеграфных посылок. Длительность посылок, как и длительность пауз между ними, составляла в среднем около 0,3 с. Изменение некоторых параметров внутри контейнера (температуры, давления) регистрировалось чувствительными элементами, менявшими в определенных пределах длительность этих посылок и пауз между ними. Второй радиопередатчик работал в режиме непрерывного излучения.

Герметическая кабина, в которой помещалась собака Лайка, имела вид цилиндра с выпуклыми днищами. Для установки оборудования и размещения животного одно из днищ было сделано съемным На съемном днище имелся иллюминатор из органического стекла для освещения кабины в полете и наблюдения за животным после герметизации кабины. В кабине были созданы условия, необходимые для нормального существования животного: имелось приспособление для кормления, а также система кондиционирования воздуха, состоящая из регенерационной установки и системы терморегулирования.

Регенерация воздуха в кабине обеспечивалась применением специальных высокоактивных химических соединений, выделявших необходимый для дыхания животного кислород и в то же время поглощавших углекислоту и избыток водяных паров. Регенерирующие вещества в виде пластин размещались в кожухах коробчатого сечения с обеих сторон от подопытного животного. Интенсивность процессов регенерации регулировалась автоматически. Поскольку в условиях невесомости конвекция отсутствовала, имелась система принудительной вентиляции.

Для изучения процессов жизнедеятельности в условиях космического полета в кабине размещались аппаратура для регистрации пульса, дыхания, кровяного давления и биопотенциалов сердца животного, а также чувствительные элементы для измерения температуры и давления в кабине. Кабина, как и сферический контейнер, была изготовлена из алюминиевых сплавов. Поверхность их была подвергнута специальной обработке. Системы терморегулирования, расположенные в кабине животного и сферическом контейнере, по принципу действия были аналогичны системе терморегулирования, установленной на первом советском ИСЗ.

Кроме указанной аппаратуры, в корпусе последней ступени ракеты были установлены радиотелеметрическая аппаратура, аппаратура для измерения температуры, программное устройство и источники энергопитания. Контроль температуры на внешней поверхности и внутри кабины животного, а также на отдельных приборах и элементах конструкции второго ИСЗ производился с помощью температурных датчиков. Передача данных всех измерений, проводимых на ИСЗ, осуществлялась радиотелеметрической аппаратурой, которая включалась часовым программным устройством периодически, по специальной программе. Прием и регистрация радиотелеметрических передач на Земле велись рядом наземных телеметрических станций.

Программа научных исследований, связанных с проведением измерений на втором ИСЗ, была рассчитана на семь суток. После прекращения работы радиопередатчиков и радиотелеметрической аппаратуры наблюдение за вторым ИСЗ с целью изучения верхних слоев атмосферы по изменению орбиты ИСЗ и прогнозированию его движения продолжалось с помощью оптических и радиолокационных средств.

Начальные параметры орбиты второго ИСЗ: высота апогея 1671 км, высота перигея 225 км, период обращения 103,75 мин, наклонение 65,3°. ИСЗ, совершив около 2370 оборотов вокруг Земли, вошел в плотные слои атмосферы 14 апреля 1958 г.

Третий советский ИСЗ с полным правом можно назвать первой автоматической научной станцией в космосе. Его устройство и конструкция значительно более совершенны, чем конструкция первых двух ИСЗ. Он имел конусообразную форму длиной 3,57 м при наибольшем диаметре 1,73 м (без учета выступающих антенн). Общая масса ИСЗ равна 1327 кг, а масса установленной на нем научной и измерительной аппаратуры (вместе с источниками питания) – 968 кг.

При его конструировании был учтен ряд специфических требований, связанных с проведением на ИСЗ различных научных экспериментов в условиях космического полета и размещением разнообразной научной и измерительной аппаратуры. Возможность взаимного влияния отдельных научных приборов потребовала тщательной проработки компоновки ИСЗ и размещения чувствительных элементов научной аппаратуры.

Герметический корпус ИСЗ изготовлен из алюминиевых сплавов. Поверхность его, как и поверхность первых двух советских ИСЗ, была полирована и подвергнута специальной обработке для придания ей определенных значений коэффициентов собственного излучения и поглощения солнечной радиации. Заднее днище корпуса съемное. Оно крепилось к стыковочному шпангоуту, приваренному к оболочке, большим количеством болтов. Герметичность стыка обеспечивалась специальным уплотнением. Перед запуском ИСЗ заполнялся газообразным азотом.

Передняя часть ИСЗ была закрыта специальным защитным конусом, сбрасываемым после выведения ИСЗ на орбиту, при отделении его от РН. Защитный конус предохранял переднюю часть корпуса ИСЗ с установленными на ней датчиками научной аппаратуры от тепловых и аэродинамических воздействий в период полета РН в плотных слоях атмосферы. Конус состоял из носка и двух полуоболочек, которые разделялись при сбрасывании. Помимо защитного конуса, значительная часть внешней поверхности корпуса ИСЗ была закрыта на участке выведения четырьмя специальными щитками, соединенными шарнирно с корпусом РН. При отделении ИСЗ эти щитки остались на ракете. На внешней поверхности ИСЗ установлен ряд антенных систем в виде штырей и трубчатых конструкций сложной формы.

Внутри ИСЗ, на задней приборной раме, выполненной из магниевого сплава, располагались радиотелеметрическая аппаратура, радиоаппаратура для измерения координат ИСЗ, программно-временное устройство, аппаратура системы терморегулирования и измерения температур, приборы, обеспечивающие включение и выключение аппаратуры, электрохимические источники энергопитания. Из научной аппаратуры на задней раме были установлены приборы для измерения интенсивности первичного космического излучения и регистрации ядер тяжелых элементов в космических лучах, а также аппаратура для регистрации ударов микрометеоритов. Приборная рама крепилась к силовым узлам, имеющимся на оболочке корпуса.

Основная часть приборов для научных исследований вместе с источниками питания установлена на другой приборной раме, также находящейся внутри спутника в передней его части. На этой раме размещались электронные блоки аппаратуры, служащей для измерения давления, ионного состава атмосферы, концентрации положительных ионов, величины электрического заряда, а также напряженности электростатического и магнитного полей и интенсивности корпускулярного излучения Солнца. Здесь же был установлен один из радиопередатчиков.

Размещение датчиков (чувствительных элементов) научной аппаратуры определялось назначением и особенностями каждого из них. Магнитометр помещался внутри ИСЗ в передней его части, что обеспечивало максимальное удаление магнитометра от остальной аппаратуры. Счетчики космических лучей также устанавливались внутри ИСЗ. Прочие датчики научной аппаратуры были размещены вне герметичного корпуса и имели непосредственный контакт с окружающим пространством. Фотоумножители, служащие для регистрации корпускулярного излучения Солнца, монтировались на переднем днище корпуса.

В цилиндрических стаканах, вваренных в оболочку передней части корпуса, были установлены один магнитный и два ионизационных манометра, измерявших давление в верхних слоях атмосферы. Вблизи них располагались два электростатических флюксметра, служащих для измерения напряженности электростатического поля, а также трубка радиочастотного масс-спектрометра, определяющего состав ионов на больших высотах.

На двух трубчатых стержнях, шарнирно прикрепленных к оболочке корпуса, размещались сферические сетчатые ионные ловушки, позволявшие измерять концентрацию положительных ионов. В период выведения ИСЗ на орбиту стержни с ловушками прижимались к поверхности корпуса и были закрыты снаружи защитным конусом. После сброса защитного конуса стержни поворачивались на своих шарнирах и устанавливались перпендикулярно к боковой поверхности ИСЗ.

На заднем днище корпуса находились четыре датчика для регистрации ударов микрометеоритов. Многоканальная радиотелеметрическая система ИСЗ была способна одновременно передавать на Землю данные о всех проводимых на нем научных измерениях. Она отличалась высокой разрешающей способностью – передача каждого из измеряемых параметров осуществлялась много раз в секунду. Радиотелеметрическая система была снабжена рядом запоминающих устройств, которые непрерывно фиксировали данные научных измерений при движении ИСЗ по орбите. При очередном пролете ИСЗ над земными измерительными станциями собранная информация передавалась на Землю.

Имеющаяся на ИСЗ система измерения температур непрерывно регистрировала температуру в различных точках поверхности спутника и внутри его.

Для автоматического управления работой всей научной и измерительной аппаратуры, периодических ее включений и выключений на ИСЗ было установлена электронное программно-временное устройство, выполненное целиком на полупроводниковых элементах. Это устройство также периодически выдавало с большой точностью отметки времени, что было необходимо для последующей привязки результатов научных измерений к астрономическому времени и географическим координатам.

Энергопитание ИСЗ осуществлялось от электрохимических источников тока и полупроводниковой солнечной батареи. Солнечная батарея размещалась в виде отдельных секций на внешней поверхности корпуса спутника. Четыре малые секции установлены на переднем днище, четыре секции – на боковой поверхности и одна секция – на заднем днище. Все секции включались параллельно друг другу через диоды. Такая схема солнечной батареи обеспечивала ее нормальную работу независимо от ориентации ИСЗ относительно Солнца.

Для обеспечения стабильного температурного режима на ИСЗ имелась система терморегулирования, которая была значительно усовершенствована по сравнению с системами терморегулирования первых двух советских ИСЗ. Регулирование теплового режима осуществлялось изменениями в принудительной циркуляции газообразного азота в ИСЗ, а также изменением коэффициента собственного излучения его поверхности. С этой целью на боковой поверхности ИСЗ были установлены жалюзи, состоящие из 16 отдельных секций, которые открывались и закрывались автоматически от системы терморегулирования.

Установленное на ИСЗ радиопередающее устройство «Маяк» непрерывно излучало сигналы в виде телеграфных посылок на частоте 20,005 МГц. Сигналы его могли приниматься как специальными станциями, так и с помощью обычных коротковолновых радиоприемников. Мощность излучения, равная 0,25 Вт, обеспечивала прием на расстояниях, составляющих многие тысячи километров.

Радиопередающее устройство «Маяк» состояло из двух передатчиков – основного и резервного. Высокочастотная часть каждого из передатчиков имела задающий генератор с кварцевой стабилизацией и два каскада усиления. В случае появления какой-либо неисправности в основном передатчике включение резервного передатчика должно было осуществляться специальным коммутационным устройством. Однако переход на резервный передатчик в полете не производился, поскольку основной передатчик работал надежно.

Питание радиопередатчика осуществлялось в основном от солнечных батарей, а в периоды нахождения ИСЗ в земной тени – от электрохимических источников тока. Переход от одного вида питания к другому происходил автоматически. Напряжение солнечной батареи при освещении одной из ее секций Солнцем превышало напряжение электрохимических источников тока. Поэтому их энергия в эти периоды не расходовалась. При попадании ИСЗ в тень Земли напряжение на солнечной батарее падало, и ток для питания передатчика поступал от электрохимических источников.

По радиоканалу передатчика «Маяк» передавались информация о работе солнечных батарей и данные о космическом излучении.

Начальные параметры орбиты третьего ИСЗ: высота апогея 1881 км, высота перигея 226 км, период обращения 105,95 мин, наклонение 65,2°. ИСЗ находился в полете 691 сут и пролетел за это время 448 млн. км. Последние радиосигналы третьего советского ИСЗ принимались наблюдательными станциями, размещенными на территории Советского Союза, утром 6 апреля 1960 г. на 10 035-м витке и регистрировались до момента ухода его из зоны видимости наблюдательной сети СССР. На основании расчетов и в соответствии с данными о последних наблюдениях, произведенных в Западном полушарии, ИСЗ прекратил свое существование на 10 037-м витке вокруг Земли.

С помощью первых советских ИСЗ была успешно осуществлена намеченная программа научных исследований верхних слоев атмосферы и ближайшей к Земле области космического пространства. Первый ИСЗ, несмотря на сравнительную простоту своего устройства, позволил собрать интересные и важные научные данные. Определив его торможение в атмосфере, ученые рассчитали плотность воздуха. Радиосигналы, передаваемые первым ИСЗ, позволили исследовать структуру ионизированных областей атмосферы. Специальные приборы на ИСЗ показали температуру, устанавливающуюся внутри его корпуса, и состояние герметичности.

Полет первого ИСЗ был началом широкого развития исследований верхних слоев атмосферы в рамках программы МГГ.

Запуск второго и третьего советских ИСЗ – больших автоматических обсерваторий, оснащенных разнообразными измерительными приборами, подъемы многочисленных геофизических ракет в СССР и в других странах дали возможность собрать сведения, которые позволили впервые правильно представить основные физические свойства верхних слоев атмосферы.

Запуск советских ИСЗ позволил применить новый метод исследования ионосферы – «просвечиванием» ее сверху радиоволнами, излучаемыми передатчиками спутников. Прием радиосигналов ИСЗ на наземных станциях, расположенных в различных пунктах земного шара, дал возможность оценить структуру внешней области ионосферы. Эти данные совпали с теми, которые были получены при подъеме исследовательских ракет.

Столь же интересные и новые сведения были получены о космических лучах, о потоке микрометеоритов и о многих других явлениях верхних слоев атмосферы, Особое значение имели проведенные советскими биологами эксперименты по изучению воздействия своеобразных условий космического полета, и прежде всего состояния невесомости на живой организм. Результаты этих экспериментов убедительно показали, что полет человека на космическом корабле возможен, хотя для его обеспечения необходимо было еще решить много сложных задач.

СОЗДАНИЕ ПЕРВЫХ РН и ИСЗ В США

В 1954 г. Американское ракетное общество опубликовало меморандум, призывающий Национальную академию наук США поддержать идею создания РН и ИСЗ. Академия эту идею поддержала, однако, будучи общественной организацией, объединяющей американских ученых, работающих в различных областях науки, Академия никаких собственных средств не имеет. Реальные средства для создания РН в то время были только у военных ведомств США: ВВС, ВМС и Армии. Современное Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА), располагающее такими средствами, было создано только в октябре 1958 г., т. е. к концу МГГ.

Какова же была к этому времени позиция военных ведомств?

Проводившиеся ими во второй половине 1940-х годов научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы в области ИСЗ практического выхода не имели. В 1952 – 1953 гг. Научно-исследовательское управление ВМС выступило с проектом «Орбитер», предусматривающим запуск летательного аппарата на орбиту вокруг Земли. Инициаторами его были А. Сейтин и Дж. Гувер. Импульсом для разработки проекта был упоминавшийся ранее доклад «Минимальные размеры ракет для искусственных спутников». Научно-исследовательское управление ВМС решило проконсультироваться с Управлением баллистических ракет Армии о том, можно ли создать на основе армейской оперативно-тактической ракеты «Редстоун» РН для спутника.

25 июня 1954 г. в Научно-исследовательском управлении ВМС в Вашингтоне состоялось совещание, на котором присутствовали представители ВМС, в том числе Дж. Гувер, и представители Армии, среди них В. фон Браун, а также профессор Ф. Зингер. В. фон Браун возглавлял подчиненный Управлению баллистических ракет Армии Редстоунский арсенал, где была создана ракета «Редстоун», получившая название по имени этого арсенала⁴. Зингер, автор проекта МАУС, был в это время весьма популярной личностью. За полтора месяца до указанного совещания (4 мая 1954 г.) он выступил на III конференции по космическим полетам в США, где снова утверждал, что его проект может быть осуществлен в настоящее время. Это его заявление произвело большое впечатление на представителей прессы и промышленных фирм, присутствовавших на конференции.

⁴ Сам же арсенал получил название по характеру местности, где он расположен («Редстоун» в переводе с английского означает «красный камень»).

Совещание в Вашингтоне пришло к выводу, что жидкостная ракета «Редстоун», снабженная верхними ступенями, использующими несколько связок твердотопливных ракет «Локи»⁵ (всего 31 ракета), может вывести ИСЗ массой 2,3 кг на орбиту высотой 320 км. В результате двумя военными ведомствами была утверждена программа «Орбитер»: Армия должна была обеспечить РН, ВМС – ИСЗ. По этой программе уже успели заключить некоторые контракты с фирмами.

⁵ Ракета «Локи» представляла собой доработку незаконченной немецкой ракеты «Тайфун», но не на жидком, а на твердом топливе. Позже вместо ракет «Локи» решили использовать уменьшенный вариант твердотопливной тактической ракеты «Сарджент», получивший название «Бэби Сарджент», Таких ракет уже было достаточно 15, а не 31, как ракет «Локи».

Однако программа в дальнейшем ассоциировалась в основном с Армией, поскольку она поставляла ракету (хотя исторически инициатором программы были ВМС). Такое положение, видимо, не устраивало ВМС, которые выдвинули новый проект «Авангард», отодвинувший проект «Орбитер» на второй план. Проект, предложенный Научно-исследовательской лабораторией ВМС, предусматривал использование РН «Авангард» (на базе высотной ракеты «Викинг») и вывод на орбиту высотой 500 км ИСЗ массой 9,5 кг. Таким образом, ВМС фактически выступили против проекта «Орбитер», родившегося в недрах тех же ВМС.

Специалисты Научно-исследовательской лаборатории ВМС подвергли конкурирующий проект «Орбитер» суровой критике. Были упомянуты следующие его недостатки: очень малая масса ИСЗ (что не позволяло провести в достаточном объеме научных исследований), низкая надежность верхних ступеней РН, неэффективность ее системы наведения, примитивность средств слежения и слишком низкая орбита. Среди военных ведомств возникло соперничество за право создавать РН и ИСЗ.

29 июля 1955 г. пресс-секретарь Белого дома Дж. Хэггерти официально объявил о предстоящем запуске в США искусственного спутника Земли. Он сообщил, что президент Д. Эйзенхауэр поручил министру обороны Ч. Вильсону, используя опыт вооруженных сил в области военного ракетостроения, создать РН, которая могла бы вывести на орбиту ИСЗ.

Следуя указанию президента, министр обратился к ВВС, ВМС и Армии. Все три вида вооруженных сил готовы были взять на себя выполнение этой почетной и престижной задачи. Выбор одного из проектов трех конкурирующих военных ведомств был возложен на Консультативную группу по специальным проблемам, называвшуюся также группой Стюарта, по фамилии ее председателя. Помимо проекта «Орбитер», за которым теперь стояла только Армия, и проекта «Авангард», предложенного ВМС, был представлен также проект ВВС, предусматривающий в качестве РН использовать МБР «Атлас», которая в 1955 г. находилась на стадии разработки. Хотя реализация проекта ВВС позволила бы вывести на орбиту спутник наибольшей массы, группа Стюарта проект отклонила, потому что не было уверенности в том, что удастся его реализовать до окончания периода МГГ.

ВВС, естественно, продолжали работы над МБР «Атлас» и 18 декабря 1958 г., т. е. «под самый занавес» (МГГ завершился 31 декабря 1958 г.), сумели вывести на орбиту этой ракетой спутник «Атлас-СКОРЭ» массой 68 кг, который, правда, не имел никакого отношения к программе МГГ (об этом ИСЗ будет сказано несколько дальше). Характерно, что запуск спутника МБР «Атлас» был предпринят всего лишь через месяц после первого успешного запуска этой ракеты по баллистической траектории на межконтинентальную дальность – примерно 10 000 км (29 ноября 1958 г.).

Из двух оставшихся проектов группа Стюарта 3 августа 1955 г. выбрала «Авангард». Армия обжаловала это решение. Она указывала, что проект «Орбитер», предусматривавший в отличие от проекта «Авангард» использование уже отработанных ступеней РН, связан с меньшим техническим риском⁶ и может быть реализован в более короткий срок.

⁶ Согласно проекту «Авангард» должна была использоваться трехступенчатая РН, верхние ступени которой практически разрабатывались заново, а первая ступень, хотя и базировалась на эксплуатируемой ракете «Викинг», требовала весьма существенной доработки.

В основе предложения Армии лежала следующая идея, хотя и завуалированная: «Никаких приборов, никаких экспериментов, просто объект на орбите ради международного престижа и ради того, чтобы опередить СССР, который также объявил о своем намерении вывести на орбиту в период МГГ свой искусственный спутник Земли». Браун обещал вывести первый американский ИСЗ к январю 1957 г., чтобы, как он считал, гарантированно «опередить русских». Эти аргументы Армии не повлияли на группу Стюарта. Видимо, вопрос о сроках их не волновал, поскольку американцы, полные сознания своего технического превосходства, даже не помышляли о том, что СССР может первым запустить ИСЗ.

Вопрос был рассмотрен группой Стюарта вторично (9 сентября 1955 г.), и предпочтение вновь было отдано проекту «Авангард». Реализацию программы «Авангард» поручили ВМС. При принятии решения группа Стюарта руководствовалась двумя соображениями, и, как сообщалось, они были не чужды и президенту Д. Эйзенхауэру. Во-первых, разработка РН не должна была мешать разработке стратегических баллистических ракет, таких, как «Юпитер»⁷ и «Атлас». Во-вторых, научную программу запуска ИСЗ в рамках МГГ из политических соображений стремились насколько возможно отделить от программ создания военных ракет.

⁷ Стратегическая баллистическая ракета средней дальности «Юпитер» разрабатывалась в Редстоунском арсенале под руководством В. фон Брауна.

С принятием решения о создании РН «Авангард» была определена и дата запуска первого американского ИСЗ: июль 1957 г., т. е. на начало МГГ. До конца J958 г., т. е. до завершения работ по программе МГГ, предполагалось запустить несколько ИСЗ ракетами «Авангард», каждый массой около 9 кг.

Было определено и место запуска – ракетный полигон ВВС на мысе Канаверал в штате Флорида. Этот полигон впоследствии стал столь же знаменитым, как советский Байконур, поскольку с него запускались все американские пилотируемые космические корабли: «Меркурий», «Джемини», «Аполлон» и «Колумбия». Мыс Канаверал был выбран, в частности, потому, что при запуске в юго-восточном направлении (предусматривались запуски именно в этом направлении, чтобы ИСЗ выходили на орбиты с наклонением 30 – 50°) все отделяющиеся ступени ракеты падали бы в море.

Высотные ракеты «Викинг», на основе которых создавалась РН «Авангард», запускались с полигона Уайт-Сандс в штате Нью-Мексико, но этот внутриконтинентальный полигон не годился для запусков РН с ИСЗ. Перенесение запусков с полигона Уайт-Сандс на полигон на мысе Канаверал обусловливало необходимость строительства нового стартового комплекса.

Итак, ВМС начали работы по программе «Авангард», а ВВС и Армии не только не разрешили развернуть работы по РН для ИСЗ, но приказом министра обороны Ч. Вильсона было запрещено продолжать работы в этой области даже в тех небольших масштабах, в каких они велись до 1955 г.

По мнению американских обозревателей, в невзгодах американской программы создания РН для первого ИСЗ во многом виновата недальновидная политика Ч. Вильсона. Добившись прекращения работ ВВС и Армии, он сделал все от него зависящее и для того, чтобы сократить ассигнования на программу «Авангард», которая и без того столкнулась с техническими и организационными трудностями. Один из специалистов называл Ч. Вильсона «грубым и болтливым миллионером», а научный советник президента Д. Эйзенхауэра сказал о нем, что никогда раньше не встречал столь неинформированного человека, который был бы в такой степени полон решимости остаться таковым.

Что касается специалистов ВВС и Армии, то Ч. Вильсон мог запретить им делать РН, но не мог запретить думать о них. Специалисты ВВС изучали возможность приспособить свою стратегическую баллистическую ракету средней дальности «Тор» для использования ее в качестве первой ступени РН для запуска автоматических лунных станций. Впоследствии этот проект был реализован, хотя запуски станций для исследования Луны окончились неудачей. Три таких запуска были осуществлены в период МГГ, но с программой МГГ связаны не были.

При первом запуске, 17 августа 1958 г., ракета взорвалась через 77 с после старта, при двух других не набрала необходимой скорости и возвратилась в атмосферу Земли. Максимальное удаление от Земли (при втором запуске) составило 114 000 км. Однако в дальнейшем РН на основе «Тора» стала «рабочей лошадкой» американской космонавтики. В различных модификациях она запускалась уже свыше 150 раз, больше чем какая-либо другая американская РН, и в 1980-х годах запуски таких ракет не прекратятся, несмотря на ожидаемый в конце 1982 г. ввод в эксплуатацию многоразового транспортного космического корабля.

Армия создала ракету, предусматривавшуюся проектом «Орбитер», но пока не рассматривала ее, по крайней мере официально, как РН для ИСЗ. Она была названа «Юпитер-С»⁸ и использовалась для испытаний новых теплозащитных материалов для головных частей стратегических ракет «Юпитер». Ракеты «Юпитер-С» запускались по баллистическим траекториям, но руководство Армии не оставляло мысли использовать их в качестве РН для вывода на орбиту ИСЗ.

⁸ Полное название – «Составная ракета для испытаний на вход в атмосферу».

Так, после успешного запуска 20 сентября 1956 г, ракеты «Юпитер-С», в которой в качестве первой ступени использовалась ракета «Редстоун» № 27, начальник Управления баллистических ракет Армии бригадный генерал Дж. Медарис распорядился ракету «Редстоун» № 29, резервную для программы испытаний новых теплозащитных материалов, не использовать в рамках этой программы, а заложить на хранение, «поскольку ее, возможно, ждет более высокое предназначение». Генерал проявил незаурядную дальновидность: именно эта ракета была в составе РН «Юпитер-С», которая вывела на орбиту первый американский ИСЗ «Эксплорер-1».

Запуск 20 сентября 1956 г. заслуживает особого внимания. Три ступени четырехступенчатой ракеты «Юпитер-С» были натурными, а четвертая ступень вместо топливного заряда несла песок. Ракета совершила полет по баллистической траектории на дальность 5310 км (соответствует расчетной дальности полета стратегической ракеты «Юпитер») и достигла рекордной для американских ракет высоты 1094 км.

В то время об этом рекорде почти никто не знал, поскольку запуск осуществлялся по секретной военной программе. Когда сведения о нем проникли в печать, начались домыслы о том, что бы было, если бы четвертая ступень ракеты при этом запуске была нормально снаряжена топливом, а не заполнена песком. Включение двигателя четвертой ступени могло бы разогнать ее до орбитальной скорости, и ступень стала бы первым в мире ИСЗ. В этом случае космическая эра могла бы начаться на год раньше, чем она фактически началась.

15 мая и 8 августа 1957 г. состоялись еще два успешных запуска «Юпитера-С». В. фон Браун как бы дразнил Ч. Вильсона.

С уходом в отставку последнего на пост министра обороны был назначен Н. Макэлрой. Работы по программе «Авангард» сразу оживились. Однако эту программу преследовали неудачи. Автор одной из американских монографий по истории американской космонавтики склонен даже почти всерьез обвинять в этом претенциозное название программы. Она не сыграла авангардной роли, пропустив вперед себя два советских и один американский ИСЗ. Программа страдала и от недостаточного финансирования, и от необходимости уложиться в очень сжатые сроки.

Последнее объяснялось тем, что до 1955 г., когда развернулись работы по программе «Авангард», американское правительство особо не поощряло работ по созданию РН и ИСЗ, явно недооценивая их политического и научно-технического значения. А когда решение о создании РН и ИСЗ было принято, до установленного срока запуска оставалось всего два года. «Задел» же по программе «Авангард» был сравнительно невелик, так что во многом приходилось решать принципиально новые и технически весьма сложные задачи.

Сейчас некоторым американским обозревателям задним числом представляется, что «задел» у Армии с ее РН «Орбитер» («Юпитер-С») был значительно большим, и США «поставили не на ту лошадь». Но ретроспективная оценка может быть искаженной. Тот факт, что «Юпитер-С» в конечном счете «пришел к финишу раньше «Авангарда», может дать неверное освещение предшествовавших этому факту событий. Ведь победителям, причем не только в рысистых испытаниях и ракетной гонке, как правило, задним числом приписываются достоинства, которыми они могли и не обладать.

Помимо финансовых и организационных трудностей, программа «Авангард» столкнулась еще с одной – безудержной рекламой. Сведения об отдельных деталях программы, об ее успехах и трудностях чрезвычайно широко публиковались множеством официальных и неофициальных источников. Программа оказалась в центре внимания. Ослепительный свет рекламы способствовал тому, что каждая неудача, от которой не застрахована ни одна техническая разработка, тем более такая новаторская и сложная, как разработка первой РН, воспринималась общественным мнением как катастрофический провал. Руководители программы немедленно оказывались под огнем критики, что, как известно, не способствует спокойному анализу и устранению причин неудачи.

Наступил июль 1957 г., начало МГГ и расчетный срок запуска первого ИСЗ по программе «Авангард», Но работы были еще весьма далеки от завершения.

4 октября 1957 г, был выведен на орбиту первый советский ИСЗ. Когда сообщение об этом пришло в США, новый министр обороны Н. Макэлрой, министр Армии Брюкер и бригадный генерал Дж. Медарис, как раз находились с визитом у В. фон Брауна в Редстоунском арсенале. В. фон Браун просил Н. Макэлроя дать разрешение на запуск ИСЗ с помощью РН «Юпитер-С», обещая осуществить это через 60 сут. Дж. Медарис присоединился к этой просьбе, но говорил уже о 90 сут. Н. Макэлрой заинтересовался предложением, но не пожелал принимать поспешных решений в столь важном деле и никаких распоряжений на этот счет не отдал.

Тем не менее Дж. Медарис приказал В. фон Брауну извлечь ракету «Редстоун» № 29 из хранилища и начать ее подготовку. Распоряжение министра обороны появилось только 8 ноября 1957 г. (после запуска второго советского ИСЗ 3 ноября), однако оно не могло полностью удовлетворить Армию, так как предписывало готовить запуск модифицированной РН «Юпитер-С» с ИСЗ лишь как резервный вариант на случай неудачи при запуске ИСЗ по программе «Авангард».

Дж. Медарис продолжал настаивать на том, чтобы министерство обороны дало разрешение на два запуска ракеты «Юпитер-С». Такое разрешение было дано лишь после неудачной попытки запуска ИСЗ ракетой «Авангард» 6 декабря 1957 г. Сразу после отрыва РН от стартового стола самопроизвольно выключился двигатель первой ступени, который нормально функционировал при испытательном запуске по баллистической траектории⁹ 23 октября 1957 г. Ракета упала в пределах стартовой площадки и сгорела.

⁹ При этом запуске ракета «Авангард» состояла из натурной первой ступени и макетных верхних ступеней.

Произошла авария, казалось бы, отработанного двигателя. Такие события в ракетной технике, особенно в период ее становления, были не редкостью. Мало что в те годы удавалось с первой попытки. Предстояло спокойно разобраться в причинах неудачи, устранить их и предпринять новую попытку. Но время поджимало. Уже были запущены два советских спутника. И если первый был «простейшим», то второй имел уже значительную массу, с животным (знаменитой собакой Лайкой) на борту. Престиж американской техники катастрофически падал.

Здесь уместно привести две цитаты. В одном из документов, принятых палатой представителей конгресса США в этот критический для страны период, говорилось: «Программа «Авангард» была задумана в «доспутниковом» 1955 г. в обстановке неоправданного национального самодовольства в отношении технического превосходства США. Она считалась сравнительно небольшой программой, осуществление которой не должно было мешать разработке баллистических ракет».

Вторая цитата принадлежит Л. Беркнеру, председателю Комитета по космическим исследованиям Национальной академии наук США: «Те, кто определяет нашу политику, как будто бы никак не ожидали международной реакции, которую вызовет этот научный подвиг» (имеется в виду запуск первого советского ИСЗ).

Не было никакой уверенности в том, что до конца МГГ удастся устранить все возможные неполадки РН «Авангард» и запустить с ее помощью ИСЗ. Успехи Советского Союза заставили обратиться к опыту Армии США, которая достигла значительных успехов в разработке РН «Юпитер-С». Престижные соображения привели к отказу от камуфляжа «открытой научной программы» и к откровенному использованию РН на базе боевой ракеты «Редстоун», как позже на базе ракет «Тор», «Юпитер» и «Атлас».

Разработавшую ракету «Юпитер-С» группу специалистов в Редстоунском арсенале во главе с В. фон Брауном, создателем немецких ракет Фау-2 времен второй мировой войны, считали самым опытным коллективом ракетостроителей в США. И это, очевидно, было так, поскольку именно группа В. фон Брауна обеспечила в конечном счете вывод на орбиту первого американского ИСЗ, чем несколько укрепила престиж США, весьма пошатнувшийся после запуска первого в мире советского ИСЗ.

После получения разрешения на запуск спутника 20 декабря 1957 г. ракета «Редстоун» №29 военно-транспортным самолетом С-124 «Глоубмастер» была доставлена на мыс Канаверал. 17 января 1958 г. ракета была установлена на стартовом столе комплекса № 26А. Спустя неделю на ней смонтировали верхние ступени (без воспламенительных устройств) и ИСЗ «Эксплорер-1», который на орбите не должен был отделяться от последней ступени.

Несколько слов об этом ИСЗ. Когда министр обороны 8 ноября 1957 г. отдал распоряжение о подготовке РН «Юпитер-С» с ИСЗ, самого спутника еще в природе не существовало. Он был спешно изготовлен Лабораторией реактивного движения Калифорнийского технологического института примерно за месяц на основе проекта, разработанного еще в 1954 г. Дж. Боумом. Единственным отступлением от проекта было изготовление корпуса из металла, а не из стекловолокна, как предлагал Боум. Лаборатория реактивного движения поставила и ракеты «Бэби Сарджент» для верхних ступеней. Основной научный прибор (счетчик Гейгера–Мюллера) для ИСЗ сконструировал Дж. Ван-Аллен из университета штата Айова.

Воспламенительные устройства на верхних ступенях устанавливались непосредственно перед отводом башни обслуживания. Эту операцию считали весьма опасной. Ее осуществлял один человек, и на время операции все передатчики в зоне, окружающей стартовый комплекс, были выключены, чтобы случайный сигнал не привел к срабатыванию устройств. При этом первом запуске американского ИСЗ техника была еще весьма примитивной.

Вот еще один характерный пример. Согласно программе, после отделения ракеты «Редстоун» блок верхних ступеней с ИСЗ, закрученный с целью стабилизации, должен был продолжать полет по баллистической траектории и разворачиваться параллельно земному горизонту. Двигатели второй ступени включались в верхней точке баллистической траектории. Момент включения (примерно через 400 с после запуска) рассчитывался «вручную» по получении информации о фактических параметрах полета ракеты в конце активного участка траектории, причем на вычисления отводилось всего 4 мин. Эту весьма ответственную задачу поручили известному ракетчику (коллеге В. фон Брауна по работе над Фау-2) Э. Штулингеру. При более поздних полетах расчеты производила небольшая ЭВМ по информации, поступающей от наземных средств слежения и бортовых акселерометров.

Запуск РН «Юпитер-С» с ИСЗ «Эксплорер-1» первоначально намечался на 29 января 1958 г., но сильные ветры на мысе Канаверал заставили отложить запуск сначала на 30, а затем на 31 января. Если бы и 31 января запуск не осуществился, то его пришлось бы отсрочить на 5 марта, поскольку наземные средства, общие для ракет «Юпитер-С» и «Авангард», с 1 февраля должны были по графику перейти на обслуживание «Авангарда».

Запуск состоялся в 22 ч 40 мин по местному времени на мысе Канаверал 31 января (в 3 ч 40 мин по гринвичскому времени 1 февраля) 1958 г. Отделение ИСЗ от ракеты «Редстоун» произошло примерно через 155 с после запуска на высоте около 100 км. Э. Штулингер начал расчеты. В соответствии с результатами вычислений он нажал кнопку, подающую сигнал на включение двигателей второй ступени, через 404 с после старта.

Никаких сведений о судьбе спутника нельзя было получить до тех пор, пока ИСЗ (если он вышел на орбиту) не оказался в конце первого витка в зоне видимости станций слежения, расположенных на территории США. Станций слежения на трассе полигона для регистрации выхода ИСЗ на орбиту тогда еще не было. Генерал Дж. Медарис беседовал с журналистами, когда помощник передал ему записку: «Голдстон имеет птичку». Это означало, что станция слежения в Голдстоне (на западном побережье США в штате Калифорния) приняла сигналы ИСЗ.

Выведенный на орбиту объект – четвертая ступень с ИСЗ – имел массу 13,97 кг, в том числе ИСЗ – 8,21 кг. Этот спутник действительно был близок к «минимальному», но он и не был чисто престижным по принципу «никаких приборов, никаких экспериментов», а нес научные приборы, с помощью которых были проведены интересные эксперименты и получены ценные результаты.

Сведения об этом спутнике и о других ИСЗ, запущенных в США в период МГГ, приведены в табл. 2. Из нее видно, что 17 марта 1958 г. наконец удалось вывести на орбиту первый ИСЗ «Авангард». Успешному запуску предшествовали два неудачных: 6 декабря 1957 г., о котором говорилось выше, и 5 февраля 1958 г., когда возникла неисправность в системе управления полетом первой ступени. До 31 декабря 1958 г. были предприняты еще четыре попытки запусков спутников РН «Авангард», все они окончились неудачно. Помимо ИСЗ «Эксплорер-1», ракетами «Юпитер-С» были успешно выведены на орбиты ИСЗ «Эксплорер-3» и «Эксплорер-4». Запуск РН «Юпитер-С» ИСЗ «Эксплорер-2» (5 марта 1958 г.), «Эксплорер-5» (24 августа 1958 г.) и «Бикон» (23 октября 1958 г.) были неудачными: возникали неполадки на различных ступенях РН.

* КА «Пионер-0, -1, -2 и -3» предназначены для запуска в сторону Луны с целью исследования окололунного пространства («Пионер-0, -1, -2» с помощью РН «Тор – Эйбл», «Пионер-3» – РН «Юнона-2»). Надувной ИСЗ «Бикон» предназначался для определения плотности верхних слоев атмосферы (РН «Юпитер-С»), а ИСЗ «Атлас-СКОРЭ» – для проведения эксперимента по ретрансляции радиосигналов через ИСЗ (РН «Атлас»). Запуски всех остальных ИСЗ осуществлялись в рамках программы МГГ.

** Запуск был неудачным.

Таким образом, в США в период до 31 декабря 1958 г. всего было предпринято семь попыток запуска спутников РН «Авангард» (из них только один завершился успешно) и шесть попыток запуска ИСЗ «Эксплорер» и «Бикон» РН «Юпитер-С» (из них три успешные). В целом РН «Юпитер-С» оказалась значительно надежнее РН «Авангард», хотя эта надежность и составила всего 50%. Напомним, что до 31 декабря 1958 г, были осуществлены три попытки запуска автоматических лунных станций «Пионер» с помощью РН на основе ракеты «Тор». Все попытки были неудачными, так же как и попытка запустить станцию «Пионер» с помощью РН «Юнона-2», которая представляла собой стратегическую баллистическую ракету «Юпитер» с такими же верхними ступенями, как у ракеты «Юпитер-С». Проведенная в период МГГ, хотя: и не связанная с его программой, попытка вывода на орбиту полезного груза с помощью МБР «Атлас» была успешной.

В табл. 3 приведены основные характеристики первых американских РН, использовавшихся для запусков космических аппаратов в период проведения МГГ. Далее мы рассмотрим несколько подробнее РН «Авангард» и «Юпитер-С», которые разрабатывались в расчете на запуск первого американского ИСЗ.

РН «Авангард» выполнена по трехступенчатой схеме. В качестве первой ступени использовался усовершенствованный вариант высотной ракеты «Викинг», в качестве второй – новая жидкостная ракета, позже получившая название «Эйбл» («Способная»), в качестве третьей ступени – ракета, оснащенная твердотопливным двигателем (РДТТ), позже получившая название «Альтаир».

Ракета «Викинг» создана в США на базе Фау-2. Первый запуск ракеты «Викинг» был осуществлен 3 мая 1949 г. Благодаря многочисленным усовершенствованиям энергетические характеристики ракеты постоянно улучшались, и к 1954 г. она могла уже поднять полезный груз на высоту до 254 км. Основные отличия ракеты «Викинг» от Фау-2 состоят в следующем. Корпус ракеты выполнен не из стали, а из алюминиевого сплава, т. е. из материала со значительно большей удельной прочностью. Управление вектором тяги осуществлялось не путем ввода в поток четырех газовых рулей, а путем отклонения (на ±5°) ЖРД, установленного в карданном подвесе. Это обеспечило выигрыш в массе порядка 125 кг и позволило избежать потерь в тяге. Для управления по крену служили два сопла, через которые выпускались выхлопные газы турбины.

Таблица 3

Основные характеристики первых американских РН

* При выводе с мыса Канаверал на круговую орбиту высотой 500 км и наклонением 28°

** При выводе на траекторию полета к Луне.

При модификации ракеты «Викинг» с целью использования ее в РН в качестве горючего вместо спирта стал применяться керосин (точнее смесь, состоящая на 95% из керосина, на 4% из этилового спирта и на 1% из кремнийорганического масла, обеспечивавшего смазку насосов и клапанов). Баки с компонентами топлива наддувались сжатым гелием. Турбина турбонасосного агрегата работала на продуктах разложения перекиси водорода. Тяга двигателя была увеличена на 39% (до 124 кН).

При использовании ракеты «Викинг» в качестве первой ступени РН «Авангард» баковый отсек удлинялся, но диаметр его оставался прежним (1,37 м). Увеличенный запас топлива в новом баковом отсеке обеспечивал работу двигателя в течение 142 с (на ракете «Викинг» двигатель мог работать только 104 с).

В качестве второй ступени РН «Авангард» первоначально предполагали использовать высотную ракету «Аэроби-Хай», но позже решили на ее базе разработать новую ракету, впоследствии получившую название «Эйбл». Корпус ее изготовлен из стали в расчете на высокое давление вытеснительной системы подачи топлива, в которой используется гелий. Ориентация второй ступени по тангажу и рысканию обеспечивалась отклонением ЖРД в карданном подвесе, ориентация по крену – микродвигателями. После прекращения работы ЖРД ориентацию по трем осям обеспечивали микродвигатели, через которые истекали остатки гелия, использовавшегося в вытеснительной системе подачи топлива. На второй ступени установлена инерциальная система наведения, значительно более совершенная, чем система наведения РН «Юпитер-С».

Третья ступень РН «Авангард» оснащалась твердотопливным двигателем «Альтаир» тягой 10,3 кН. Перед отделением второй ступени и включением двигателя третьей ступени последняя (вместе с ИСЗ) закручивалась со скоростью до 100 – 300 об/мин для стабилизации.

Головной по разработке РН «Авангард» была фирма «Мартин». ЖРД для первой и второй ступеней изготовлялись фирмой «Аэроджет Дженерэл», причем ЖРД для первой ступени разрабатывался в рамках программы «Гермес» по контракту Армии США. РДТТ третьей ступени изготовлен Аллеганской баллистической лабораторией.

РН «Юпитер-С» выполнена по четырехступенчатой схеме. В качестве первой ступени использовалась модифицированная жидкостная оперативно-тактическая ракета «Редстоун»¹⁰. Вторая и третья ступени представляли собой связки РДТТ «Бэби Сарджент». Четвертая ступень использовала один РДТТ «Бэби Сарджент». РН разрабатывалась в Редстоунском арсенале группой В. фон Брауна с использованием опыта создания ракеты Фау-2. Так что обе первые американские РН уходят корнями в работы немецких специалистов времен второй мировой войны.

¹⁰ Ракета «Редстоун» (дальность полета 320 км) состояла на вооружении в Западной Европе с 1958 по 1960 г. В ней использовалась в качестве горючего смесь этилового спирта (75%) и воды (25%). Благодаря использованию «Хайдина» (см. табл. 3) тяга ЖРД была повышена с 330 до 368 кН. Увеличение (на 2,4 м) длины бакового отсека по сравнению с боевой ракетой «Редстоун» позволило увеличить продолжительность работы ЖРД со 121 до 155 с.

Каждый из РДТТ «Бэби Сарджент», используемых на верхних ступенях РН «Юпитер-С», имел массу 90 кг, длину 1,22 м, диаметр 15,2 см. Это своего рода «карандаши». Вторая и третья ступени заключались в аэродинамический кожух цилиндрической формы длиной 1,37 м и диаметром 0,76 м. Одиннадцать РДТТ второй ступени располагались вокруг трех РДТТ третьей ступени. После выгорания топлива РДТТ второй ступени они отделялись и начинал работать РДТТ третьей ступени.

При старте РН «Юпитер-С» три верхние ступени, скомпонованные из этих «карандашей», закручивались до 550 об/мин. В период работы ЖРД ракеты «Редстоун» скорость вращения верхних ступеней доводилась до 750 об/мин. Система наведения обеспечивала переход ракеты на определенной высоте в горизонтальный полет. После этого последовательно включались РДТТ второй, третьей и, наконец, четвертой ступеней. Последняя ступень приобретала орбитальную скорость и становилась спутником. Полезный груз, смонтированный на четвертой ступени, от нее не отделялся.

Чтобы ракета «Юпитер-С» не ассоциировалась с боевой ракетой, ее переименовали в «Юнону-1», но это новое название привилось плохо (напомним, что Юпитер – верховное божество в древнеримской мифологии, а Юнона – супруга Юпитера). Позже та же группа В. фон Брауна создала ракету «Юнона-2», которая отличалась от «Юноны-1» («Юпитер-С») тем, что в качестве первой ступени использовалась не оперативно-тактическая ракета «Редстоун» с дальностью полета 320 км, а значительно более мощная стратегическая баллистическая ракета средней дальности «Юпитер», способная совершать полет на 2800 км.

Лучшие энергетические характеристики «Юноны-2» позволили использовать ее для запусков не только ИСЗ, но и КА для полета к Луне. В дальнейшем группа В. фон Брауна создала серию РН «Сатурн». В первых из них заимствованы элементы ракеты «Юпитер». Так что налицо определенная преемственность с РН «Юнона-2». Самые мощные РН «Сатурн-5» (созданные уже не на базе «Юпитера») служили для запуска космических кораблей на Луну. Таким образом, можно проследить связь между РН «Юпитер-С», которая вывела на орбиту первый американский ИСЗ, и РН «Сатурн-5», доставившей первых людей на Луну.

Что касается РН «Авангард», то первая ее ступень в дальнейшем в составе каких-либо РН не использовалась, а вторая и третья ступени после целого ряда модификаций входили в состав РН на основе баллистических ракет «Тор» и «Атлас». Модифицированная третья ступень служит до сих пор последней ступенью РН «Скаут». РН на основе «Тора» и «Атласа», первые запуски которых производились в период МГГ, продолжают использоваться и по сей день. Правда, и «Тор» и «Атлас» многократно модифицировались для улучшения их энергетических характеристик.

Рассмотрим теперь первые американские ИСЗ, а также научные результаты их полета. ИСЗ «Эксплорер-1» не должен был отделяться от вышедшей на орбиту последней ступени РН и обращался по орбите вместе с нею. Практически ИСЗ представлял собой один из отсеков ракетной ступени, в котором был установлен полезный груз: счетчик Гейгера–Мюллера для регистрации космических лучей, комплект детекторов (пластин) и микрофон для регистрации метеорных частиц, датчики, измеряющие температуру внутри ИСЗ и его внешней оболочки, радиопередатчики, работающие на частотах 108,03 МГц (мощность 0,06 Вт) и 108 МГц (0,01 Вт), а также электрохимические аккумуляторные батареи.

Общая длина вышедшей на орбиту четвертой ступени РН «Юпитер-С» составляла 2,05 м, диаметр 0,15 м. Общая масса 13,97 кг (в том числе масса отсека с полезным грузом 8,21 кг), из них 5 кг приходилось на приборы. Спутник проработал 8 недель, прежде чем был выработан ресурс аккумуляторных батарей.

Основное достижение ИСЗ «Эксплорер-1» – обнаружение эффекта пояса радиации, окружающего Землю. В перигее орбиты ИСЗ счетчик Гейгера–Мюллера регистрировал частицы нормально. По мере удаления спутника от Земли число регистрируемых частиц увеличивалось и достигало довольно высокого уровня. А после достижения ИСЗ высоты около 1000 км поступление информации от счетчика прекращалось. Примерно через час, когда ИСЗ, пройдя апогей своей орбиты, снова начинал приближаться к Земле, поступление информации возобновлялось, начиная с высоты примерно 1000 км, Такое же явление позже наблюдалось при полете ИСЗ «Эксплорер-3».

Дж. Ван-Аллен, руководитель эксперимента с использованием счетчика, пришел к выводу, что на высоте более 1000 км уровень радиации настолько высок, что счетчик «захлебывался». Облучение аналогичного счетчика на Земле рентгеновскими лучами с постепенным, увеличением интенсивности показало тот же эффект. Ученый интерпретировал это явление как наличие вокруг Земли на высоте более 1000 км пояса радиации, состоящего из частиц, захваченных магнитным полей Земли.

Расшифровка сигналов, полученных с Датчиков температуры, показала, что температура внешней оболочки ИСЗ при освещении ее Солнцем достигала +300° С, а в тени Земли падала до –100° С. Температура внутри корпуса ИСЗ колебалась в пределах 6 – 30° С.

Вторым американским ИСЗ, вышедшим на орбиту, стал «Авангард-1», получивший за свои небольшие массу и размеры шуточное название «апельсин». Корпус его представлял собой шар диаметром 16,3 см из алюминиевого сплава. Масса ИСЗ всего 1,5 кг. Он не нес никаких научных приборов. Таким образом, ИСЗ «Авангард-1» практически оказался тем «минимальным» спутником («никаких приборов, никаких экспериментов, просто объект на орбите»), который в свое время предлагался Армией. Как это далеко от честолюбивого проекта ИСЗ «Авангард» массой 9,5 кг и диаметром 58 см с корпусом из магниевого сплава, на котором предполагали установить детектор излучения в линии Лайман-альфа, эрозионный детектор микрометеоритных частиц и датчики температуры

Общий вид ИСЗ «Авангард-1»: 1 – антенна, 2 – солнечные батарея, 3 – преобразователь солнечной энергии, 4 – аккумуляторные батареи, 5 – переключатель питания

На ИСЗ «Авангард-1» были установлены два передатчика. Первый (108 МГц, 10 мВт) получал питание от аккумуляторных ртутных батарей, рассчитанных на две недели работы. Этот передатчик прекратил работу через 19 сут. Второй передатчик (108,03 МГц, 5 мВт) получал питание от солнечных батарей. Он проработал до мая 1964 г. Это был первый случай применения солнечных батарей на ИСЗ, что по тем временам являлось крупным техническим достижением. Использовалось шесть солнечных батарей, включавших в себя каждая 18 кремниевых солнечных элементов размером 20 × 5 × 0,064 мм. Эти батареи были установлены на поверхности корпуса ИСЗ симметрично с таким расчетом, чтобы в каждый данный момент по крайней мере одна из батарей была обращена к Солнцу.

Несмотря на отсутствие приборов, спутник позволил получить некоторую научную информацию, в частности траекторные измерения ИСЗ показали, что Земля имеет «грушевидную» форму.

Третий вышедший на орбиту американский ИСЗ «Эксплорер-3» («Эксплорер-2» на орбиту не вышел) был почти точной копией «Эксплорера-1» и запущен для дальнейших исследований пояса повышенной радиации, обнаруженного «Эксплорером-1». Основное различие заключалось в том, что на «Эксплорере-3» был установлен магнитофон (масса 226 г), который записывал и хранил показания приборов, а затем посылал собранные данные на Землю. Чтобы установить это устройство, пришлось отказаться от микрофона для регистрации микрометеоритных частиц (каждый грамм полезного груза был на учете).

Магнитофон был рассчитан на 2 ч непрерывной записи. Для считывания всей информации требовалось 6 с. Важность наличия на борту такого устройства трудно переоценить. Станций слежения в те годы было очень мало. Поэтому, например, большая часть переданной «Эксплорером-1» информации была утеряна, так как он очень незначительную часть времени полета находился в зоне приема наземных станций.

ИСЗ «Эксплорер-3» вышел на орбиту значительно ниже расчетной и прекратил существование примерно через три месяца. Передатчик работал около двух месяцев.

Американский ИСЗ «Эксплорер-4» по научным результатам превзошел все предыдущие спутники. Полезный груз имел массу 8 кг (вместе с последней ступенью РН – 17,5 кг). В его состав вошли два счетчика Гейгера–Мюллера и два сцинтилляционных счетчика. Счетчики Гейгера–Мюллера были сделаны намеренно менее чувствительными (площадь окна была уменьшена в несколько раз), чем на ИСЗ «Эксплорер-1» и «Эксплорер-3». Тем не менее в поясе радиации счетчики регистрировали примерно 5000 частиц в 1 с. ИСЗ был также снабжен двумя радиопередатчиками, работавшими на частотах 108 и 108,03 МГц и передававшими на Землю в течение почти двух месяцев показания приборов.

Следующим и последним американским ИСЗ, который удалось вывести на орбиту до завершения МГГ, стал «Атлас-СКОРЭ»¹¹. Он, однако, никакого отношения к программе научных исследований в рамках МГГ не имел. «Атлас-СКОРЭ» стал первым выведенным на орбиту связным ИСЗ (с активной ретрансляцией). Цель его запуска – доказать саму возможность передачи радиосигналов через ИСЗ. «Атлас-СКОРЭ» был оснащен двумя приемниками (107,97 и 107,94 МГц) и двумя передатчиками (132,45 и 139,905 МГц), а также записывающим устройством и ртутными батареями. Принятые на борту сигналы записывались, а затем при проходе ИСЗ в зоне радиовидимости одной из станций слежения передавались на Землю. Продолжительность воспроизведения записи 4 мин. В пропагандистских целях в запоминающем устройстве еще на Земле было записано рождественское послание президента Д. Эйзенхауэра, которое было передано с орбиты.

¹¹ «Атлас» – название использовавшейся ракеты, «СКОРЭ» – аббревиатура английского «Эксперимент по ретрансляции сигналов с помощью спутника».

Полезный груз ИСЗ был смонтирован на центральном блоке ракеты «Атлас». Общая масса обращавшегося по орбите объекта (центральный блок ракеты с полезным грузом) составляла 3900 кг, из которых только небольшая часть, 68 кг, приходилась на научную аппаратуру. Электропитание ИСЗ обеспечивали ртутные батареи. Недостаточно эффективная стабилизация существенно мешала проведению экспериментов. ИСЗ прекратил существование на 34-е сутки, совершив около 500 витков вокруг Земли.

Любопытно, что решение вывести ракету «Атлас» на орбиту вокруг Земли для экспериментов по ретрансляции сигналов почему-то держалось в глубочайшем секрете. Даже члены стартовой команды, за небольшим исключением, не знали об этом намерении и считали, что осуществляется очередной испытательный запуск МБР «Атлас» по баллистической траектории. Один из операторов, ответственный за работу прибора, предвычисляюшего точку падения ракеты, решил, что этот прибор испорчен, поскольку он вообще не указывал на падение.

Таким образом, уже пятый ИСЗ, выведенный на орбиту в США, имел некоторые отличительные черты секретных военных спутников, которые США в последующие годы запускали в таком большом количестве. Возможно, ИСЗ «Атлас-СКОРЭ» берет свое начало в секретной программе «Ракета для спутника Земли».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Период МГГ был эпохой рождения искусственных спутников Земли. Они появились как инструмент научных исследований, но значение их было неизмеримо шире. Как это бывало уже не раз в истории развития техники, как только у человечества начинала ощущаться настоятельная потребность в тех или иных новых технических средствах, эти средства довольно быстро создавались. Так почти одновременно в наиболее развитых странах – СССР и США – появились баллистические ракеты, РН на их основе и ИСЗ.

Тот факт, что первым на орбиту был выведен советский ИСЗ, является предметом законной национальной гордости нашей страны.

Ведь достижения какой-либо страны в области космонавтики служат критерием ее общего научно-технического развития. Запуск первого ИСЗ в СССР еще раз подчеркивает величие научно-технического скачка, который сделала наша страна при Советской власти, несмотря на то что ей пришлось выдержать незадолго до описываемых событий самую тяжелую войну в своей истории.

США уже в начале XX в. стали самой промышленно развитой страной в мире, намного обогнавшей по всем основным показателям отсталую Россию. Война не затронула США и если и отразилась на промышленном потенциале страны, то только укрепив его. И вот всего через 40 лет после Октябрьской революции наша страна практически одновременно с США, даже с некоторым опережением, выходит в космос. Недаром это явилось шоком для многих технических специалистов и политических деятелей в США и в других зарубежных странах. Выход в космос продемонстрировал не локальный успех СССР в какой-то ограниченной области, а общее высокое развитие советской науки и техники, поскольку без такого фундамента здание космонавтики построить нельзя.

Человечество созрело для выхода в космос, и этот выход состоялся. Первые космические аппараты, с нашей сегодняшней точки зрения, могут показаться довольно простыми. Это закономерно. Почти никакая другая отрасль техники не развивается такими стремительными темпами, как космонавтика, и за 25 лет, прошедших со времени запуска первого ИСЗ, сделан огромный шаг вперед. Но это нисколько не умаляет значения первых космических аппаратов и РН, которые для своего времени были огромным достижением. И даже не только для своего времени. В период МГГ советские ИСЗ запускались РН на базе МБР, а некоторые американские ИСЗ и космические аппараты – РН на базе баллистических ракет «Тор» и «Атлас». Прошло 25 лет, а первые РН по-прежнему верно служат, хотя, разумеется, они подверглись за эти годы многочисленным усовершенствованиям. Таким образом, некоторые средства самого начального периода космонавтики оказались настолько удачными, что не потеряли своего значения и поныне.

Дмитрий Юрьевич Гольдовский,

Герман Алексеевич Назаров

25 ЛЕТ КОСМИЧЕСКОЙ ЭРЫ:

ИЗ ИСТОРИИ СОЗДАНИЯ ПЕРВЫХ ИСЗ

Гл. отраслевой редактор Л. А. Ерлыкин. Редактор Е. Ю. Ермаков. Мл. редактор Г. И. Родкина. Обложка художника А. А. Астрецова. Худож. редактор М. А. Гусева. Техн. редактор Н. В. Лбова. Корректор В. В. Каночкина.

ИБ № 5285

Сдано в набор 15.07 82. Подписано к печати 06 10.82. Т 14712. Формат бумаги 84 × 108¹/₃₂. Бумага тип. № 2. Гарнитура литературная. Печать высокая. Усл. печ л. 3,36. Усл. кр.-отт. 3,57 Уч.-изд. л. 3.54. Тираж 26 620 экз. Заказ 1360. Цена 11 коп. Издательство «Знание». 101835, ГСП, Москва, Центр, проезд Серова, д. 4. Индекс заказа 824210.

Типография Всесоюзного общества «Знание». Москва, Центр, Новая пл., д. 3/4.

4-я стр. обложки