Идея создания многоразовых космических систем начала привлекать инженеров практически сразу после того, как космические полеты стали реальностью. Было очевидно, что по мере совершенствования paкет и кораблей их стоимость будет расти и это будет тормозить развитие. Экономию денег могло дать многоразовое использование одних и тех же технических средств. Сами по себе многоразовые системы могут быть более дорогими, чем одноразовые, но если они используются многократно, то стоимость одного полета заметно снижается. Показателен опыт авиации. Большие пассажирские самолеты во много раз дороже, чем космические корабли. Но поскольку они выполняют тысячи полетов, стоимость каждого полета оказывается настолько низкой, что ее способны оплатить пассажиры из собственных средств.
Первое, что приходило в голову, - это создать космический самолет, точнее, крылатый космический корабль наподобие самолета, который мог бы выводиться в космос ракетой и после выполнения полета по орбите производить мягкую посадку на аэродром без предварительного отделения отсеков или элементов конструкции. Такой корабль, так же как и обычный самолет, можно было бы использовать много раз. Вначале казалось, что эту идею реализовать несложно. В то время истребители уже достигали высот около тридцати километров и даже больших, когда они выполняли так называемые «горки» - полеты по параболе. Управление ими в процессе снижения было освоено. Среди авиационных специалистов существовало мнение, что и при возвращении подобного летательного аппарата с орбиты особо сложных проблем не будет.
Вера в это была настолько сильна, что уже в середине шестидесятых годов авиационная промышленность приступила к созданию космического самолета. Работы были развернуты широким фронтом. Был разработан проект корабля, проводилась экспериментальная отработка отдельных элементов конструкции, на ракетах запускались уменьшенные беспилотные модели. Они, правда, не производили посадок на аэродром, но благополучно возвращались на Землю, завершая свой спуск на парашютах. Были даже отобраны летчики для выполнения первых полетов. Они жили вместе с нами в Звездном городке и проходили интенсивную подготовку.
С инженерной точки зрения проект представлял несомненный интерес - относительно небольшой многоразовый корабль, способный совершать комфортную посадку на любом из тех аэродромов, на которые садятся обычные пассажирские или военные самолеты. Таких аэродромов на Земле много, поэтому появлялась возможность осуществлять спуск с любого витка и даже из разных точек одного и того же витка, что должно было существенно повысить безопасность полетов. К сожалению, работы были остановлены. В те годы у нас начали создавать корабли для полетов к Луне, и им был отдан приоритет в финансировании.
Любопытно, что примерно в то же самое время над аналогичным проектом работали в Великобритании, и там работы тоже были закрыты.
Однако идея создания крылатых космических систем не покидала наших проектантов. Более того, она получила дальнейшее развитие. Через несколько лет после закрытия работ в авиационной промышленности один из наших ведущих проектантов Павел Владимирович Цыбин вышел с совершенно революционным предложением - создать не только крылатый космический корабль, но и крылатый самолет-носитель, который выводил бы корабль на большую высоту, разгонял его почти до космической скорости и после этого садился на аэродром. Корабль после отделения от самолета-носителя должен был самостоятельно долететь до орбиты, выполнить намеченную программу работ в космосе и после ее завершения тоже приземлиться на аэродром. Таким образом, предлагалось сделать многоразовой всю космическую систему. Все предварительные инженерные и экономические расчеты, подтверждающие обоснованность предложения, были выполнены. Они показали, что при многократном использовании такой системы стоимость полета будет существенно ниже, чем при применении традиционных одноразовых ракет и разделяемых космических кораблей. Цыбин в молодые годы проектировал самолеты и всегда тяготел к авиационным схемам. Он неоднократно выступал перед Советом главных конструкторов и с энтузиазмом убеждал своих коллег в перспективности предлагаемого проекта, но шансов на успех у него практически не было.
Главная причина заключалась в том, что проект требовал очень больших начальных инвестиций. Если бы предложение Цыбина было принято, то пришлось бы закрыть все другие программы пилотируемых полетов. Конечно, на это пойти не могли, поэтому Цыбину отказали, объяснив это тем, что время для подобных проектов пока не пришло.
Откровенно говоря, в предложениях по созданию многоразовых систем есть немного лукавства. Такие системы всегда намного сложнее и дороже одноразовых. Инженеры и ученые бывают очень заинтересованы в их создании потому, что с этим связано решение широкого комплекса сложнейших интереснейших научно-технических проблем. Что касается экономической целесообразности, то здесь существуют подводные камни. При оценках рентабельности проектов авторы делят ожидаемую стоимость системы на большое количество выполненных полетов и получают привлекательные результаты. Но они умалчивают о том, что реальные затраты на решение новых проблем заранее предсказать практически невозможно. И, кроме того, они не предупреждают, что всегда сохраняется вероятность аварии. А если она произойдет, то придется второй раз тратить деньги на создание системы, и тогда затраты могут удвоиться, а все надежды на рентабельность - рухнуть.
Я не один раз беседовал с американскими инженерами, когда они работали над созданием «Шаттла», и читал много статей по поводу того, как НАСА добивалось финансирования проекта. Комиссия конгресса неоднократно заслушивала этот вопрос. Руководство НАСА сумело так представить технические преимущества проекта и его экономическую эффективность, что в конце концов деньги были выделены. Если любознательный читатель сравнит то, что публиковалось в США двадцать с лишним лет назад, с тем, что публикуется сейчас, то без труда обнаружит, что фактические затраты на каждый полет «Шаттла» несопоставимо больше того, что обещалось. Но из этого совсем не следует, что конгресс допустил ошибку, приняв решение о финансировании программы. Создав «Шаттл», НАСА сделало огромный шаг вперед в освоении космической техники. И не только космической. Многие технические решения, найденные для «Шаттла», нашли применение в производстве изделий сугубо земного назначения. И руководство НАСА не обманывало конгресс. Оно лишь называло наименьшие из ожидаемых затрат и делало это только для того, чтобы получить возможность создавать новую технику.
Среди тех, кто стоит у власти, есть разные люди. Одни ассоциируют развитие космических исследований с научно-техническим прогрессом; другие считают это занятие экзотикой, позволительной только при избытке денег. Руководители космических программ и у нас, и в США вынуждены преодолевать сопротивление этих «других». Переубеждать их обычно бывает трудно, поэтому и приходится совершать всевозможные тактические маневры.
Цыбину не удалось добиться финансирования крупномасштабных работ, но он продолжал углубленные разработки своих предложений силами относительно небольшой группы проектантов, баллистиков, аэродинамиков и по ходу этих разработок находил все более и более привлекательные проектные решения.
Совершенно в ином направлении работали мысли нашего самого плодовитого проектанта Константина Петровича Феоктистова. Его, видимо, тоже долго занимала проблема многоразовых систем. По инициативе Феоктистова была создана орбитальная станция «Салют». По существу, эта станция стала первым в истории космонавтики многоразовым космическим аппаратом. Она не могла совершать много полетов, но зато принимала в космосе экспедиции и создавала условия для их продолжительной работы. Если судить об экономической эффективности космического аппарата по величине затрат на сутки работы человека в космосе, то до сих пор ничего сравнимого со станцией не придумано. После того как она прошла свое крещение на орбите и стало очевидно, что это направление надолго утвердится в космических программах, Феоктистов вынес на обсуждение свой проект полностью многоразовой системы, совершенно неожиданный по схеме. В его основу были положены абсолютно новые идеи и принципы построения космических комплексов. Я не хочу подробно описывать проект. Скажу только, что предлагалась оригинальная сверхлегкая конструкция, в которой были объединены одноступенчатая ракета и корабль. Аппарат должен был взлетать в космос, обеспечивать там выполнение намеченной программы работ и после этого в полном составе возвращаться на Землю с посадкой на любую ровную поверхность. Были выполнены все предварительные расчеты, подтверждающие, что проект может быть осуществлен. Но требовались большие инвестиции, и предложение поддержки не нашло.
Мы в то время внимательно следили за тем, как развивается программа «Шаттл», и завидовали американцам в том, что им удалось получить финансирование. Честно скажу, мы не понимали, зачем нужен этот комплекс. Полеты на нем стоили очень дорого и не могли быть длительными. Эффективность использования в военных целях была очень сомнительной. Его стартовые сооружения и посадочные комплексы легко уязвимы. При выводе их из строя на создание новых ушло бы слишком много времени, но и новые оказались бы не менее уязвимыми. Выводить спутники в космос гораздо дешевле на небольших ракетах. Корабль «Шаттл» позволяет возвращать спутники из космоса, но трудно представить себе, что в обозримом будущем появятся настолько дорогие спутники, что для их возвращения будет иметь смысл применять «Шаттл».
Много было в нашей организации дебатов по поводу того, стоит ли у нас создавать нечто похожее на американский корабль. Заинтересованных в работах над таким проектом было больше, чем над проектом Цыбина или Феоктистова. Возможно, потому, что он казался более реальным. Однако никаких серьезных доводов для его обоснования найти не могли. Аргумент был один - у американцев есть многоразовая система, а у нас нет. В итоге, чтобы добиться государственной поддержки, придумали объяснение, которое внешне казалось убедительным, - комплекс нужен для обеспечения стратегического равновесия в космосе. Прием сработал, финансирование было выделено.
Конечно, решение принималось не только на основе такой декларации. Она лишь склонила чашу весов в сторону поддержки проекта. На рассмотрение руководства страны были вынесены детально проработанные технические предложения с экономическими расчетами и планом организации работ. Кроме того, наша организация заранее заручилась поддержкой научно-исследовательского института, выступающего в роли эксперта, и военных, которые могли стать заказчиком комплекса. Военные тоже не понимали, зачем им нужна такая система, но опасались, что если они от нее откажутся, то могут что-то упустить в своем противостоянии силам США.
При подготовке предложения у нас долго спорили по поводу того, какой создавать систему. Американскую схему решили не повторять. «Шаттл» выводится на орбиту без использования крупной ракеты. Разгон осуществляется с помощью двигателей, установленных на космическом корабле. Сам корабль закреплен не на ракете, как это делается в одноразовых комплексах, а на больших баках с топливом. Из них топливо поступает в двигатели корабля. На начальном участке выведения кораблю помогают два относительно небольших твердотопливных ускорителя, которые после того, как в них выгорает топливо, отделяются и спускаются на парашютах на поверхность океана. Управление полетом на участке выведения тоже осуществляется системой, установленной на корабле. Схема комплекса хороша тем, что в ней такие дорогостоящие элементы, как двигательная установка и система управления выведением, возвращаются вместе с кораблем на Землю и могут быть использованы многократно. На нашем Совете главных кострукторов была принята другая схема - выведение корабля на орбиту с помощью большой самостоятельной ракеты. На первом этапе ракету предполагалось сделать одноразовой, а в дальнейшем обеспечить возвращение на Землю всех ее блоков и использовать их многократно. Конструкция ракеты должна была с самого начала предусматривать возможность ее последующих изменений. Таким образом, проект предполагал создание многоразовой ракеты, которая была бы способна выводить на орбиту как многоразовый корабль, так и любые другие грузы, в том числе и военного назначения. По своим возможностям эта ракета превосходила все, что было создано до сих пор в мире. Проектанты назвали корабль «Буран»; а ракету - «Энергия».
Как всегда, работы начали с создания кооперации. Она оказалась огромной. К реализации проекта были подключены лучшие силы страны. Появилось много новых участников. На этот раз большую долю работ взяло на себя Министерство авиационной промышленности. Его организации должны были создать корпус космического корабля со всем тем, что присуще самолету - кабиной, шасси, системой управления посадкой, тормозными парашютами и так далее. Оно же отвечало за создание наземного посадочного комплекса для космического корабля и специального грузового самолета для перевозки космического корабля с места приземления к месту старта.
Я не знаю, сколько всего организаций участвовало в проекте. Помню только, что на совещания главных конструкторов собиралось человек по пятьдесят - семьдесят. На наше предприятие была возложена ответственность за программу в целом.
Работы с самого начала потрясали своей масштабностью и обилием новых проблем. Не все, даже в нашей организации, верили в успех дела. Слишком много было сложного. Это относилось как к ракете, так и к кораблю. Например, для изготовления легкого и прочного корпуса ракеты нужен был особо высококачественный металл. Используемые ранее технологии производства листового и профильного проката не годились. Новую задачу пришлось решать металлургам. Элементы конструкции ракеты были необычно больших размеров. Чтобы их изготовить, потребовалось создать уникальные по габаритам станки. Для сборки ракеты и ее испытаний строился корпус - настолько большой, что мог бы вполне вместить в себя футбольный стадион вместе с трибунами.
Впервые для ракетных двигателей решили применить смесь жидкого кислорода и жидкого водорода. Известно, что эта смесь взрывоопасна. Работа с такими компонентами, их производство в больших объемах, хранение, транспортировка порождали свои проблемы. Что касается стартовых сооружений и транспортных систем, предназначенных для доставки комплекса к месту запуска, то они были такими огромными, что производили впечатление нереальных. Однажды руководитель куйбышевского конструкторского бюро Дмитрий Ильич Козлов, вернувшись с места строительства стартового комплекса, мрачно пошутил: «Я видел котлован, который там вырыли, и думаю, что если мы не справимся с тем, за что взялись, то все наши организации в нем можно будет похоронить».
Крупномасштабные работы велись и при строительстве посадочной полосы для космического корабля. К ней тоже предъявлялись особые требования. Предполагалось, что корабль будет садиться на необычно большой скорости, поэтому полоса должна быть существенно больше и намного прочней тех, которые использовались для посадки самолетов. Сотни тысяч тонн высококачественного бетона понадобилось для ее строительства.
Но, конечно, главные проблемы были связаны с созданием самого ракетно-космического комплекса. О сложности большинства из них я могу судить только по содержанию дискуссий, которые велись на технических совещаниях. Взять хотя бы проблему разработки двигателя для центрального блока ракеты. Чтобы вывести комплекс на орбиту, требовалась беспрецедентно большая мощность. Ее можно было развить с помощью нескольких двигателей умеренной тяги, которые, казалось, несложно было сделать, либо одного супербольшого двигателя, в создание которого мало кто верил. Проект двигателя разрабатывался под руководством Глушко. Он выбрал второй путь. Расчеты показывали, что система с одним двигателем должна быть легче, кроме того, развитие космических систем наверняка потребует создания все более и более мощных двигательных установок. Глушко предложил разработать двигатель с тягой семьсот сорок тонн! Это намного превосходило то, чем располагали американцы. Коллектив, руководимый Глушко, обладал высочайшей квалификацией и взялся за работу с большим энтузиазмом. Компоновка получилась очень изящной. Судя по чертежам, двигатель должен был быть компактным и для своей мощности легким. Но, чтобы его изготовить, требовалась очень высокая технологическая культура. Директор завода, на котором предполагалось выпускать двигатели, потратил много сил и нервов, чтобы решить эту задачу. Был период, когда он не верил в успех и в резкой форме пытался доказать, что Глушко от него хочет невозможного. Но Глушко был непоколебим. Он жестко настаивал на освоении тех технологий, на которые рассчитывался проект, и в конце концов добился своего.
Противников этого проекта было много, в том числе в научных кругах. Большая группа ученых даже направила в руководство страны письмо, в котором утверждалось, что проект нереализуем. Я помню, как один из руководителей Академии наук как-то сказал мне: «Эти четыре горшка никогда не полетят». Четырьмя горшками он назвал четырехкамерный двигатель Глушко. Любопытно, что это говорил человек, который не имел никакого отношения к созданию ракеты и не был специалистом в двигателестроении, но он вращался в кругах, где принимают решения, и поэтому мог мешать работе. Но самое обидное то, что, когда ракета прекрасно выполнила полет, этот квазиученый был удостоен высшей награды страны за ее создание. В те времена иногда награждали не за заслуги, а за преданность руководству.
Разработка двигателя завершилась в срок и в строгом соответствии с теми характеристиками, которые предусматривались проектом. Надежность его оказалась высокой. Во время испытаний на наземном стенде он работал во много раз дольше, чем это требовалось для выведения корабля на орбиту. Мне довелось присутствовать на одном из испытаний и, признаюсь, дух захватывало от ощущения того, какая невероятная мощь развивалась за железобетонным укрытием стенда. Руководитель испытаний рассказывал нам, что после того, как начались испытания, в колхозе, расположенном на противоположном берегу реки, километрах в двух от стенда, снизился надой молока у коров. Этому можно было поверить. При работе двигателя наверняка в районе стенда происходило что-то похожее на маленькое землетрясение. Нас особо не трогало временное снижение надоя; мы восхищались тем, какие сложнейшие задачи способны решать люди.
Создание корабля тоже доставило немало проблем. Там также многое делалось впервые. Например, впервые решалась задача посадки из космоса на аэродром. Предполагалось, что посадка должна осуществляться с первой попытки, поскольку на корабле не было двигателей, которые позволили бы ему удерживаться в воздухе без снижения. Проблема усложнялась тем, что на большом участке спуска из-за образования плазмы корабль не мог поддерживать связь с наземными радиолокационными средствами и не имел достоверной информации о том, где относительно него находится посадочная полоса. В этой зоне нужно было осуществлять управление вслепую, по предварительному прогнозу. А к моменту выхода из нее могли накопиться ошибки, корабль мог появиться в поле зрения наземных средств с такими параметрами траектории, при которых нельзя было начать снижение на полосу. Специалистам предстояло придумать способ быстрого определения ошибок и такой метод последующего управления, при котором они компенсировались.
В то время много спорили о том, каким должен быть основной режим управления на заключительном этапе спуска - ручным или автоматическим? Как правильно поступить - доверить управление от начала до конца автоматической системе и управлять посадкой вручную только в случае, если автоматика будет вести себя ненормально, или, наоборот, возложить управление посадкой на пилота и возвращать его автоматической системе лишь в том случае, если пилот справляться с ним не будет? Военные и представители авиационной промышленности настаивали на том, чтобы основное управление было ручным. Они ему больше доверяли. Специалисты нашего предприятия, напротив, считали более надежным автоматическое управление - оно не связано ни с физическим, ни с психологическим состоянием экипажа. Кроме того, при наличии автоматического управления в качестве основного можно было осуществить первый полет без экипажа и проверить работоспособность комплекса, не рискуя жизнью людей. Поскольку главная ответственность за полет лежала на нашем предприятии, предложенная нами концепция была принята. Но это не означало, что режим ручного управления можно было делать позже. Корабль даже в первом беспилотном полете должен был полностью соответствовать тому, в котором полетит экипаж. Так что, независимо от концепции, следовало до первого полета разрабатывать и испытывать оба режима.
Для отработки системы управления спуском создавались сложнейшие лабораторные стенды, на которых с помощью вычислительных комплексов полностью моделировались полет корабля и работа системы управления. Тысячи раз пришлось специалистам имитировать спуск, прежде чем они убедились, что автоматическая система готова к полету.
Для отработки ручного управления, кроме моделирования на стендах, нужны были реальные полеты. Их осуществляли в подмосковном городе Жуковский силами Научно-исследовательского испытательного института. На специальном самолете, представлявшем собой полноразмерный макет космического корабля, поочередно выполняли полеты четыре опытных летчика-испытателя. Макет с пилотами в кабине поднимался в воздух на самолете-носителе, затем отделялся от него и самостоятельно производил посадку на аэродром. Летчики либо управляли посадкой, либо контролировали работу автоматической системы, готовые в любую секунду взять управление на себя. Макет сопровождали истребители, с борта которых производилась киносъемка всего происходящего. Потом специалисты промышленности вместе с летчиками просматривали кинодокументы и анализировали результаты. По авиационной классификации каждый полет относился к высшей категории сложности. К счастью, все они завершились для пилотов благополучно.
Ко времени проведения самолетных испытаний уже была составлена программа первых пилотируемых полетов корабля «Буран» в космос. Предполагалось, что все летчики, проводившие испытания, станут участниками полетов. С таким расчетом их и отбирали. Они готовились к космическим стартам, мечтали о них, но, к сожалению, их мечтам сбыться было не суждено.
На «Буране» впервые задачи управления движением и управления бортовыми системами предполагалось решить в едином вычислительном комплексе. Такая схема давала выигрыш в весе бортового оборудования, но вместе с тем порождала множество сложных проблем. Прежде всего, надо было создать такой вычислительный комплекс и элементную базу для него, разработать программное обеспечение. Этим занималась организация, руководимая Николаем Алексеевичем Пилюгиным. И почти одновременно требовалось спроектировать логику управления бортовыми системами, причем такую, чтобы даже при возникновении неисправностей обеспечивалось наиболее благоприятное выполнение полета. Задача фантастически сложная. Неисправность может возникнуть в любом приборе или агрегате. Тех и других на корабле тысячи. Значит, надо учесть вероятность возникновения тысяч возможных ситуаций. А если неисправности появятся в двух или нескольких системах? Тогда количество вариантов увеличивается до астрономических чисел и заранее проанализировать их становится невозможно. Как быть в этих случаях? Как сделать так, чтобы даже при нескольких неисправностях полет был безопасным? Пришлось искать ответы на все эти вопросы.
По-новому решалась и задача получения электроэнергии. Солнечные батареи для многоразового корабля не годились из-за больших размеров - при доставке на орбиту они бы заняли весь грузовой отсек. Поэтому решили использовать химический кислородно-водородный электрогенератор. А это совершенно новая установка. Для теплозащитного покрытия корабля потребовался принципиально новый, легкий и прочный материал, способный многократно выдерживать высокие температуры. Куда ни посмотри - всюду проблемы, одна сложнее другой.
Работы по всем направлениям шли одновременно: создавались корабль и ракета, строились стартовые сооружения и посадочный комплекс, под Москвой готовился к работе новый Центр управления полетами. Трудности постепенно преодолевались, и вместе с этим крепла уверенность в том, что полет состоится. Настало время, когда на Совете главных конструкторов начали обсуждать планы работ, связанные с подготовкой первого полета. Напряжение заметно нарастало. Пожалуй, последний раз такое волнение испытывали перед полетом Гагарина. Все более и более строгой становилась организация. Заранее составлялись поименные списки всех, кому предстояло непосредственно готовить и осуществлять пуск, делались поминутные графики и детальные инструкции для каждого. Проводились многократные тренировки...
И вот наступает день старта - день, когда будет подведен итог титаническому труду многих тысяч людей; когда ответ на вопрос о том, ошиблись они в чем-нибудь или нет, даст созданная ими техника. Обученные расчеты хладнокровно выполняют одну подготовительную операцию за другой, остальные следят за происходящим по докладам и информации, поступающей на мониторы. Время безжалостно бежит к отметке «Пуск». Есть! В репортаже взволнованно произносится знакомое слово «Зажигание», и гигантский комплекс медленно трогается вверх. Захватывает дух. Проходят секунды. Комплекс устойчиво удаляется от места старта, разворачивается и скрывается за горизонтом. Через девять долгих минут звучит доклад о том, что корабль выведен на орбиту. Телеметрия сообщает, что он функционирует нормально. Еще несколько минут специалисты наблюдают за его работой на экранах мониторов, и вот он уже исчезает из поля зрения наземных станций слежения. Теперь все будут ждать посадки. Никакой информации до выхода корабля из плазмы больше не поступит. Радиолокаторы посадочного комплекса начинают осматривать небо. В воздух поднимаются истребители, чтобы вести съемку процесса спуска. Опять все смотрят на часы. Волнительное ожидание длится около часа. Наконец с посадочного комплекса передают, что «объект» появился в поле зрения локаторов. Через несколько минут пилот одного из истребителей сообщает, что наблюдает «объект» визуально. Это означает - корабль целенаправленно движется к полосе. И почти сразу после этого корабль появляется на телевизионных экранах. Он заходит на посадку точно на среднюю линию полосы, касается ее; открывается тормозной парашют; корабль плавно снижает скорость и останавливается, оставляя впереди себя еще много резервного места. Идеально! Лучше не может быть! Все прекрасно! Испытания многоразового комплекса завершены! Впервые в мире выполнен беспилотный космический полет с посадкой на аэродром!
Те, кто готовил этот блистательный полет, поздравляют друг друга. Они уверены в том, что теперь начнется новая эра освоения космического пространства. Они пока не знают, что их ждет большое разочарование - скоро все работы в этом направлении прекратятся, и многое из того, что они создали, погибнет.
О том, когда в России вновь начнут заниматься многоразовыми системами, сейчас не знает никто. Безумно жалко.