| Спускаемый аппарат советского "лунного" корабля. Вверху — в момент нахождения на Луне, в середине — в момент перехода с более высокой окололунной орбиты на более низкую, внизу — во время летных испытаний. Все схемы выполнены Ч. П. Виком. |
«Аэрокосмическая техника» 1991 №4
1) Aerospace America, 1990, No. 11, pp. 22-25. Перевод A. H. Гуляева.
© American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc., 1990. Все права сохраняются.
2) Директор Института космических исследований.
3) Научный обозреватель.
|
Планировался ли в СССР пилотируемый полет на Луну? Несомненно. Советская концепция пилотируемого полета на Луну, подобно американской, предусматривала использование лишь одной ракеты-носителя N-1 для доставки на окололунную орбиту основного блока космического корабля (на борту которого находится экипаж) и спускаемого аппарата (лунного модуля). Аналогичное решение использовалось ив американской программе полета на Луну: космический корабль "Аполло" и лунный модуль, выводимые на орбиту одной и той же ракетой-носителем "Сатурн V", состыковывались непосредственно в космосе. Однако советская программа в отличие от американской предусматривала экипаж из двух, а не из трех человек. Предполагалось, что на поверхность Луны высадится лишь командир корабля, в то время как бортинженер будет ждать его возвращения в основном блоке космического корабля, находящемся на окололунной орбите.
Успех советского пилотируемого полета на Луну зависел от надежности каждой из трех ступеней ракеты-носителя, предназначенной для вывода космического корабля на низкую околоземную орбиту. Космический корабль состоял из шести модулей, что предопределяло сложную последовательность операций в ходе полета, продиктованную необходимостью согласования располагаемой тяги двигателей с массой аппарата и расходуемых компонентов топлива.
Основной блок космического корабля "Лунный союз" представлял собой модифицированный аппарат "Союз". В нем космонавты должны были провести большую часть времени полета. Над орбитальным отсеком космического корабля, где у обычного "Союза" находится система аварийного спасения (САС), располагался модуль двигателей маневрирования и стабилизации, по форме напоминающий клопа. САС размещалась над этим модулем.
Как и все корабли серии "Союз", лунный вариант имел сферический орбитальный отсек и каплевидный спускаемый аппарат. Приборно-агрегатный отсек "Лунного союза" имел увеличенную (по сравнению с обычным "Союзом") длину. В нем кроме двигательной системы и приборов хранилось ракетное топливо: несимметричный диметилгидразин и четырехокись азота, воспламеняющиеся при соприкосновении. Это топливо предполагалось использовать после отделения лунного модуля для маневрирования на окололунной орбите и для возвращения на Землю.
Непосредственно под приборно-агрегатным отсеком располагался полутораступенчатый лунный модуль. На борту советского лунного модуля, как и на борту двухступенчатого американского лунного модуля, также имелось ракетное топливо. Под лунным модулем располагались еще две ступени, двигатели которых работали на жидком кислороде и керосине. После перевода космического корабля с околоземной орбиты на траекторию полета к Луне модуль двигателей маневрирования и стабилизации должен был отделиться от космического корабля.
Перед полетом на Луну космический корабль предполагалось испытать на околоземной орбите (в американской программе аналогом такого испытания был полет "Аполло 9"). Вывод космического корабля на околоземную орбиту планировалось осуществить с помощью ракеты N-1, первое и единственное испытание которой, состоявшееся 21 февраля 1969 года, закончилось неудачей: на высоте 12 км ракета взорвалась. В следующем испытательном полете "Лунный союз" предполагалось запустить без космонавтов. Программа испытаний предусматривала запуск второго космического корабля — обычного "Союза" с тремя космонавтами на борту, двое из которых должны были перейти через открытый космос в "Лунный союз" (этот способ перехода космонавтов применялся во время полета космических кораблей "Союз 4" и "Союз 5", состоявшегося в январе 1969 года), а третий — возвратиться на Землю в спускаемом аппарате "Союза". Орбитальный отсек "Союз" предполагалось пристыковать к модулю двигателей маневрирования и ориентации.
Испытательный полет предполагалось осуществить 3 июля 1969 года. Согласно данным разведки, в этот день планировалось запустить оба космических корабля (выполнение комплекса предпусковых операций на "Союзе" было начато чуть позже выполнения комплекса предпусковых операций на N-1), но этим планам не было суждено осуществиться. В момент старта ракеты-носителя N-1 турбонасосный агрегат (ТНА), нагнетающий кислород в один из маршевых двигателей, разрушился. Большое количество кислорода и стальные обломки попали в пламя ракетных двигателей. Серия взрывов сотрясла ракету-носитель, которая начала крениться из-за несимметричного включения 30 двигателей первой ступени.
Обнаружив неисправность, бортовой компьютер отключил оставшиеся двигатели первой ступени, после чего накренившаяся ракета упала на стартовый стол и изрыгнула огненный шар, который можно было наблюдать из космоса. Последующие взрывы причинили серьезный ущерб аналогичной стартовой площадке, расположенной в полукилометре от места аварии, и окончательно разрушили стартовый комплекс, включающий 58-этажную поворотную башню обслуживания. Земная поверхность вокруг стартовой площадки пострадала настолько сильно, что оставшиеся на ней следы до сих пор отчетливо прослеживаются на фотографиях, получаемых с помощью спутников.
Взрыв ракеты-носителя N-1 прозвучал погребальным звоном для всей советской программы пилотируемого полета на Луну, несмотря на то, что русские предприняли еще две попытки запуска этой ракеты (в июне 1971 года и в ноябре 1972 года). Обе попытки кончились катастрофами. В июне 1971 года через несколько секунд после отрыва ракеты от стартового стола, получившего значительные повреждения во время предыдущей попытки запуска N-1 в 1969 году, угол крена превысил предельно допустимое значение. Бортовой компьютер отключил двигатели, и ракета упала на место старта, полностью разрушив стартовый стол и башню обслуживания.
Во время последней попытки, предпринятой в 1972 году, дело едва не дошло до отделения первой ступени. Готовясь к ее отделению, бортовой компьютер выдал команду на выключение шести внутренних двигателей первой ступени. В этот момент в топливной системе ракеты возникли продольные колебания, приведшие к разрушению топливных магистралей (такие продольные колебания, называемые "пого", неоднократно возникали как на американских, так и на советских ракетах). За разгоревшимся вследствие разрушения топливных магистралей пожаром последовал взрыв, и на 107-й секунде полета бортовой компьютер отключил 24 внешних двигателя первой ступени, все еще продолжавшие работать. К тому моменту, когда с Земли была отдана команда на уничтожение ракеты-носителя, она успела подняться на высоту 40 км.
Первая ступень советской ракеты-носителя N-1 имела 30 двигателей, в то время как первая ступень американской ракеты-носителя "Сатурн V" имела лишь 5 двигателей.
Чрезмерная усложненность и слишком большие размеры N-1 обрекли на неудачу советскую программу пилотируемого полета на Луну. Высота ракеты-носителя составляла 100, а диаметр основания — 17 м. И хотя американская ракета-носитель "Сатурн V" была на 11 м выше, диаметр ее первой ступени составлял 10,1 м. Для достижения тяги 4,4·107 кН потребовалось 30 двигателей, тогда как у ракеты-носителя "Сатурн V" тяга 3,3·107 кН достигалась пятью двигателями "F-1". Указанное различие объясняется тем, что в качестве горючего в верхних ступенях "Сатурна V" использовался жидкий водород, обладающий более высокой удельной теплотой сгорания. Русские же впервые применили жидкий водород в качестве горючего на ракете-носителе "Энергия" почти 20 лет спустя.
Ахиллесовой пятой N-1 были двигатели первой ступени. Недостатки системы управления этими двигателями и особенности их взаимодействия с силовой конструкцией оказывали отрицательное влияние на надежность и динамические характеристики ракеты. Аварийная система отключения неисправных двигателей также оставляла желать лучшего: система срабатывала недостаточно быстро и не позволяла отслеживать динамику развития неисправностей. Эти недостатки приводили к взрывам двигателей первой ступени, испытывавшихся отдельно на стендах.
Невероятно, но факт: русские ни разу не проводили совместных наземных испытаний всех 30 двигателей первой ступени. По-видимому, эта оплошность объясняется жесткостью намеченных сроков запуска и недостатком средств, отпущенных на испытания. Четыре попытки запуска крупнейшей в мире ракеты-носителя, первая ступень которой не разу не испытывалась в собранном виде, оказались безуспешными. Тем не менее идеи, заложенные в конструкцию ракеты N-1, не пропали даром. Они воплотились в новом носителе "Энергия".
Советские специалисты, принимавшие участие в создании космической техники для лунной экспедиции, должны были отдавать себе отчет, какому большому риску подвергалась жизнь космонавтов. У человека, знакомого с особенностями ракеты-носителя и космического корабля, не могло возникнуть даже тени сомнения в отваге и уровне квалификации будущих участников полета.
После выхода космического корабля на околоземную орбиту предполагалось включить работающие на керосине двигатели нижнего из двух модулей, расположенных непосредственно под лунным модулем, чтобы перевести корабль на траекторию полета к Луне. Затем нижний модуль отделялся и в работу включался верхний модуль (блок D), предназначенный для корректировки траектории полета к Луне и его торможения для вывода на круговую окололунную орбиту радиусом 100 км ("Аполло" был выведен приблизительно на такую же начальную орбиту). За счет дальнейшего торможения, выполненного с помощью двигателей блока D, основной блок космического корабля с пристыкованным к нему лунным модулем планировалось перевести на орбиту высотой 16 км, после чего отделившийся лунный модуль должен был снизиться на орбиту высотой 2,4 км.
Поскольку советская программа пилотируемого полета на Луну не предусматривала использования специального спускаемого аппарата, лунный модуль представлял собой модифицированный орбитальный отсек космического корабля "Союз". Переход командира экипажа в лунный модуль, пристыкованный к "Лунному союзу", предполагалось совершить через открытый космос. Сообщение состыкованных аппаратов через шлюз не предусматривалось. Сравнительно небольшая высота полета космического корабля над поверхностью планеты, запланированная русскими, неизбежно порождает вопрос о надежности используемых средств навигации и управления. Насколько высока сложность решения этой задачи, иллюстрирует прогресс в области миниатюризации элементной базы американских компьютеров, достигнутный в результате создания управляющего и навигационного компьютеров космического корабля "Аполло". Что же касается различия уровней советских и американских компьютеров, то в 1969 году он был ничуть не меньше, чем сегодня.
После отделения от основного блока космического корабля лунный модуль, по-прежнему соединенный с блоком D, предполагалось перевести на орбиту, удаленную от поверхности Луны на 2,4 км. Отработанный блок D (использованный для перехода на низкую орбиту) должен был отделиться от лунного модуля и упасть на поверхность планеты. После отделения блока D предполагалось включить двигатели лунного модуля и начать снижение. До высоты 610 м снижение планировалось осуществлять в автоматическом режиме, после чего управление переходило командиру экипажа и автопилоту. Для контроля автоматического управления аппаратом командир мог пользоваться телевизионным экраном и небольшим обращенным вперед иллюминатором. Остается неясным, в какой степени космонавт смог бы вмешаться в действия автопилота; однако считалось, что в случае возникновения угрозы посадки лунного модуля в глубокий кратер или на неровную каменную глыбу он должен был взять управление на себя.
Лунный модуль имел три двигателя, которые предполагалось использовать как при посадке, так и при взлете. Схема расположения двигателей допускала управление направлением вектора тяги. Двигатель, расположенный в центральной части лунного модуля, являлся основным. Как во время взлета, так и во время посадки предполагалась одновременная работа всех трех двигателей, хотя для успешного выполнения каждой из этих операций вполне хватило бы мощности лишь одного из них. Лунный модуль был рассчитан на автономную работу в течение 72 ч, 48 из которых он должен был провести на лунной поверхности. Принимая во внимание традиции советской космонавтики, согласно которым время пребывания космонавта вне лунного модуля не должно превышать 9 ч, можно с уверенностью утверждать, что расчетное время прогулки командира по поверхности Луны ограничивалось тремя часами. Диаметр заднего люка лунного модуля, предназначенного для входа и выхода космонавта, был настолько мал, что в него нельзя было протиснуться с ранцем системы жизнеобеспечения на спине Ранец предполагалось протаскивать через люк отдельно от космонавта и надевать на спину уже после выхода из люка. Надев ранец системы жизнеобеспечения, космонавт должен был спуститься по трапу на поверхность Луны. После этого предполагалось осуществить подъем государственного флага, установить научную аппаратуру, собрать образцы грунта и минералов, произвести фотографирование района посадки и направить приветствия в адрес главы правительства и генерального секретаря. Тем временем бортинженер должен был находиться в космическом корабле на окололунной орбите.
Старт лунного модуля с поверхности планеты мог стать поистине незабываемым зрелищем. Нижняя часть лунного модуля, включающая "ноги" спускаемого аппарата и отработанные топливные баки, оснащена твердотопливными ракетными двигателями, сопла которых сориентированы вверх. Эти двигатели, создающие "отрицательную" тягу, призваны обеспечить быстрое и эффективное отделение верхней части лунного модуля от нижней в момент старта с Луны. После стыковки верхней части лунного модуля с космическим кораблем командир должен был перейти в основной блок космического корабля через открытый космос. Перед выходом космического корабля на траекторию полета к Земле использованный лунный модуль предполагалось отстыковать и оставить на окололунной орбите. В конце полета, непосредственно перед входом в земную атмосферу, орбитальный и приборно-агрегатный отсеки "Лунного союза" должны были отделиться от конусообразного спускаемого аппарата. После торможения в атмосфере спускаемый аппарат предполагалось посадить в Казахстане.
Советская программа пилотируемого полета на Луну так и не была реализована. Полагая, что американцы не смогут осуществить пилотируемый полет на Луну в заранее намеченные сроки, русские запланировали свой полет на 1970 год, надеясь высадиться на Луне первыми. После того как американский лунный модуль "Игл" совершил посадку на Луне 20 июля 1969 года, им стало ясно, что соревнование проиграно и они не получат даже серебряной медали за второе место. Советский отряд "лунных космонавтов", насчитывавший 30 человек, был расформирован в октябре того же года.
Неудача с высадкой человека на Луне чрезвычайно огорчила русских. Программа пилотируемого полета на Луну была уже второй "лунной" программой, в которой они уступили пальму первенства американцам. Первая советская "лунная" программа, предусматривавшая облет Луны пилотируемым космическим кораблем "Зонд" (с космонавтами Алексеем Леоновым и Олегом Макаровым), запланированная на декабрь 1968 года (предполагалось, что советский "Зонд" совершит облет Луны раньше, чем американский "Аполло 8"), также не была выполнена. Причина отмены полета пилотируемого "Зонда" заключалась в неуверенности русских в надежности своего космического корабля: на беспилотном "Зонде", запущенном месяцем раньше, произошла разгерметизация кабины. "Аполло 8", полет которого пришелся на Рождество, совершил десять оборотов вокруг Луны и позволил американцам опередить русских. Вот что сказал по этому поводу Кристофер Крафт, бывший руководитель полетов американских космических кораблей: "Мы выбили почву у них из-под ног", а покойный Чарльз Шелдон выразился следующим образом: "Все неудачи обрушивались на русских в самые неподходящие моменты, в то время как все неудачи американцев приходились на наиболее уместные для этого периоды".