[03/03/2021] Утро космической эры
К 60-летию космического
полета Юрия Гагарина
А.Л. Дмитриев, д.т.н., профессор РГГМУ,
Ветеран космонавтики России
Легендарный
первый полёт человека в космос, осуществлённый 12 апреля 1961 г. — великое событие не
только для Советского Союза и его правопреемницы России, но и для всего мира. В
этом раунде космической гонки СССР безоговорочно выиграл у своего главного
конкурента — США. Но как осуществлялась подготовка и сам полёт? Всё это
по-прежнему вызывает интерес у многих людей.
Первый космонавт планеты - Юрий Алексеевич Гагарин перед
полетом. 12 апреля 1961 г.
Прошло 60 лет с момента
исторического полета Юрия Гагарина. За это
время в развитии космонавтики произошли огромные изменения. В космосе побывало уже почти шестьсот
человек. Небывалое развитие получила техника пилотирования. Были созданы
орбитальные станции («Салют», «Мир» - в Советском Союзе, «Скайлэб» – в США,
«Тяньгун» – в Китае) с долговременным пребыванием на них
космических экспедиций. Впервые человек ступил
на поверхность Луны. Были
разработаны многоразовые космические
системы «Спейс Шаттл», «Энергия-Буран» и многое другое. Это сейчас мы привыкли к тому, что регулярно, как само
собой разумеющееся, отправляются
экспедиции для работы на международной космической станции. А первый полет человека
в космос по-прежнему волнует как потрясающее событие XX века. Объясняется это тем, что подобное явление считалось на грани
возможного и рассматривалось лишь в фантастических произведениях.
Реализация этого события
стала реальной благодаря конструкторскому гению С.П. Королева, создавшего
ракету Р-7, и главному конструктору жидкостных ракетных двигателей РД-107 и
РД-108 В.П. Глушко. Это потребовало решения широкого круга проблемных задач. Была
доказана принципиальная возможность создания составных баллистических ракет,
работающих на компонентах топлива «жидкий кислород-керосин Т-1», с полезным
грузом 3-5 т. Был проведен детальный выбор схемы ракеты, ее оптимальных
параметров, числа ступеней, начальной массы (270 т), тяги двигателей (суммарная
тяга двигателей РД-107 и РД-108 на Земле около 410 т) и других характеристик.
Принятая конструктивно-компоновочная схема сохранилась как классическая для целого
семейства ракет, именуемых Р-7, или «семерка». В 1957 г. были проведены
летные испытания межконтинентальной баллистической ракеты (МБР) с дальностью 8
тыс. км, а 4 октября 1957 г.
ракета Р-7 вывела на орбиту первый в мире спутник Земли ПС-1 массой 83,6 кг. После запуска
первого искусственного спутника Земли (ИСЗ) стало ясно, что не за горами день
отправки в космос человека. Но для этого требовалось еще решить ряд совершенно
новых для науки и космонавтики задач. Например, конструирование и построение
летательных аппаратов, не только полностью обеспечивающих безопасность
космонавта на всех этапах полета, но и создающих необходимые условия для его
жизни и работы; разработка комплекса специальных тренировок для будущих
космонавтов.
Несмотря на всю
сложность этой грандиозной проблемы, советская наука и техника блестяще
справилась с ее решением. На основании экспериментальных и теоретических
проработок были сделаны следующие выводы и рекомендации:
1. С помощью
доработанной ракеты Р-7 (с установкой блока 3-й ступни) на орбиту ИСЗ можно
вывести космический аппарат массой 4500–5500 кг, придав ему необходимую
скорость (примерно 28260
км/ч), в котором можно разместить человека и научное
оборудование.
2. Для первых полетов
целесообразно выбрать круговую орбиту с минимально допустимой высотой 250 км и баллистическую
схему спуска с орбиты, обеспечивающие реализацию полета в наиболее сжатые
сроки.
3. Поскольку при спуске
космического аппарата с орбиты температура его поверхности достигает 2500-3500°С,
потребуется тепловая защита, масса которой может составить 1300-1500 кг.
4. Для схода с орбиты
величина тормозного импульса должна быть 65000-85000 кгс, а оптимальная форма
спускаемого аппарата (СА) - сферическая; надежное приземление пилота
обеспечивается программным катапультированием его на высоте 8-10 км.
5. Для первых полетов в
космос человек во время полета может находиться в СА, то есть вторая
орбитальная кабина не нужна.
6. Космический аппарат
должен иметь систему управления и ориентации, при этом в качестве
исполнительных органов управления можно использовать вращающиеся массы и
реактивные силы (сжатый газ, воздух).
7. Необходимы система
контроля орбиты и выдачи команд с наземных пунктов управления, а также
двухсторонняя радиотелефонная связь.
8. Оборудование для
орбитального полета и тормозную двигательную установку (ТДУ) целесообразно
разместить в отдельном отсеке.
9. Для обеспечения
надежности необходимо провести экспериментальную отработку систем космического
аппарата в стендовых условиях, систем катапультирования и приземления и много
других задач, в том числе испытаний полетов с животными.
Большое внимание
уделялось функциональному дублированию в части катапультирования пилота и
приземлению его в СА; системе обеспечения жизнедеятельности в кабине и в
скафандре; ориентации по инфракрасной вертикали и ручной ориентации; процесса
ввода парашюта по сигналам от барометрических и инерционных датчиков;
разделению отсеков космического аппарата по команде от программно-временного
устройства и от термодатчиков и т.д. Из-за массовых и компоновочных ограничений
осталась не задублированной лишь тормозная двигательная установка. Здесь было
найдено следующее решение: использовать в качестве резервного средства спуска
естественное торможение корабля земной атмосферой. Гарантированное время
существования на орбите не менее двух и не более десяти суток обеспечивалось
выбором эллиптической орбиты с низким перигеем и достаточно высоким апогеем.
Осенью 1958 г. началась разработка
конструкторской документации на корпусные детали и конструкцию отсеков
корабля-спутника, а также выдача технических заданий (ТЗ) на бортовые системы. Эскизным
проектом перед космическим кораблем ставилась пока только одна задача – обеспечить
многочасовой полет человека в космическом пространстве по орбите спутника Земли
и безопасное возвращение его на Землю. Для будущего космонавта не
предусматривалось заданий научного, прикладного или военного характера. Только
бы слетал и остался жив. Первый корабль имел все необходимые системы для выполнения
этой задачи.
Кроме автоматической и
ручной систем для гарантированного возвращения КА была предусмотрена ещё и
«баллистическая». На тот случай, если откажет тормозной двигатель, орбита
выбиралась такой низкой, чтобы за счет аэродинамического торможения в верхней
атмосфере постепенно снижалась скорость, и не более чем через пять-семь суток
корабль должен был войти в плотные слои атмосферы и далее по программе – «спуск
и приземление или приводнение» (по теории вероятностей, скорей всего в
океане). Постановлением ЦК КПСС и СМ
СССР от 22 мая 1959 г.
№ 569–264 была поставлена задача по разработке экспериментального варианта
корабля-спутника, который должен создать предпосылки для разработки
спутника-разведчика и спутника для полета человека («Восток-1»). В нем же были
утверждены и основные исполнители:
– ОКБ-1 (С.П. Королев) –
головной исполнитель по кораблю: конструкция корабля, система ориентации,
система управления на участке работы ТДУ, система терморегулирования, система
аварийного спасения, сборка и комплексные испытания на заводе и технической
позиции;
– ОКБ-2 (А.М. Исаев) –
ТДУ тягой 1600 кгс.
И многие другие. Всего в
создании только корабля-спутника участвовало 123 организации, включая 36
заводов. Программа запусков беспилотных спутников еще не закончилась, а ажиотаж
вокруг полета человека разгорался. Американцы еще в декабре 1960 г. объявили, что Алан
Шепард совершит «прыжок в космос» (т.н. суборбитальный полет) весной 1961 г. Летные испытания
ракеты-носителя «Атлас» были начаты 11 июня 1957 г. – почти одновременно
с нашей «семеркой». Однако расчетной дальности она достигла только на
одиннадцатом пуске 28 августа 1958
г. После ряда модернизаций ракета имела возможность
вывести на орбиту полезный груз массой до 1300 кг. Это позволило
американцам проектировать пилотируемую капсулу «Меркурий» и планировать полет
человека на 1961г.
Уступить американцам приоритет
в запуске человека – об этом после всех наших космических побед нельзя было и
думать. 11 октября 1960 г.
Н.С.Хрущев подписывает постановление, объявляющее создание пилотируемого
космического корабля «Восток» задачей особой важности.
21 февраля 1961 г. американцы проводят
новое успешное испытание на штатном ракетоносителе «Атлас». NASA решило подстраховаться
и на 24 марта 1961 г.
назначило внеплановый беспилотный полет. Но его пришлось отложить.
С.П.Королев очень
торопился, так как по полученным разведданным полет А. Шепарда должен был состояться
20 апреля. Поэтому было решено старт нашего космонавта назначить на 11-17
апреля. Конечно, это был риск. Ведь подготовка к полету велась в спешке. Из
проведенных менее чем за год семи экспериментальных пусков только три прошли с
благополучным исходом, в том числе – два последние 9 и 25 марта 1961 г., то есть всего за
2,5 недели до намеченного пилотируемого полета. Даже
члены государственной комиссии, выбиравшие первого космонавта, в большинстве
своем были уверены (хотя и не сознавались в этом), что выбирают «смертника».
Из-за отсутствия каких-либо
ясных прогнозов по результатам полета было подготовлено три экстренных
сообщения ТАСС о полете Гагарина: первое – «Успешное», второе на случай, если
он окажется на территории другой страны или в мировом океане – «Обращение к
правительствам других стран» с просьбой помощи в поиске и третье –
«Трагическое», если Гагарин не вернется живым. Да и сам Гагарин прекрасно
понимал, что рискует. За два дня до исторического полета он написал прощальное
письмо жене и дочерям, которое было
передано им после его гибели в марте 1968 г.
И здесь в полной силе проявился характер С.П.Королева: в его уверенности в благополучном исходе полета и в его решительности
не бояться брать на себя всю ответственность за происходящее. Эти качества Главного
конструктора проявились на одном из совещаний, когда ученые и конструкторы не
могли решить вопрос о состоянии поверхности Луны при посадке автоматическая
станция «Луна-9». Бесконечным бесплодным
спорам положил конец Королев в свойственной ему решительной манере: пододвинув
блокнот, он написал: "Луна твердая. С.Королев". Поставив дату,
расписался и вручил листок с "резолюцией" своему оппоненту.
Старт
Старт корабля «Восток-1» был произведен в
09:07 12 апреля 1961 г.
по московскому времени с космодрома Байконур. Выполнив один оборот вокруг Земли
в 10:55:34 на 108 минуте, корабль завершил плановый полет. Но не обошлось без
нештатных ситуаций, каждая из которых могла стоить жизни космонавту.
Рис.1. Космический корабль "Восток" с третьей ступенью ракеты-носителя под
головным обтекателем
Выведение проходило
нормально, но один из приборов сломался, и команда на выключение двигателя
центрального блока ракеты не прошла с Земли. Выключение прошло по запасному
варианту с запозданием на полсекунды и превышением расчетной скорости на 22
м/с. В результате, когда закончила работу третья ступень, корабль оказался на
нерасчетной орбите с апогеем (высшая точка орбиты) примерно на 85 км выше, чем
планировалось. Ракета должна была вывести "Восток" на орбиту с
параметрами 182,5 км
в перигее, на 217 км
в апогее, но ее параметры составили 175 на 302 км. Штатная орбита была
рассчитана так, чтобы корабль мог вернуться на Землю за счет трения в атмосфере
примерно за четверо суток в том случае, если не сработает тормозная
двигательная установка. На достигнутой орбите корабль мог находиться до месяца,
в то время как системы жизнеобеспечения "Востока" были рассчитаны
максимум на 10 суток. Если бы не сработала тормозная двигательная установка,
первый космонавт бы погиб. Но в первые минуты полета об этом не хотелось
думать и все уповали на штатную работу тормозного двигателя.
Большое
опасение вызывало обеспечение ориентации космического корабля, являющейся
непременным условием выдачи тормозного импульса для спуска его с орбиты. В
данном случае ориентация корабля прошла
нормально, тормозной двигатель как и положено сработал на 67-й
минуте орбитального полета, и "Восток" с Ю.Гагариным начал
спуск. Однако и здесь не обошлось без неприятных сюрпризов: тормозная
двигательная установка не выдала полный импульс из-за потери части топлива.
Двигатель отключился по предельному времени работы (44 секунды), но орбитальную
скорость "Востока" удалось снизить лишь на 132 м/с вместо расчетных
136 м/с. Корабль пошел на спуск по более пологой траектории. В результате космонавт, «перелетев» на 260 км расчетный район
посадки, приземлился в Саратовской области, в 90 км от г. Энгельса.
Что пошло не
по плану
Не по плану пошли и
последующие операции. После срабатывания ТДУ в 10 часов 25
минут 37 секунд должно было произойти
разделение спускаемого аппарата и приборного отсека. Разделения не было, потому что при неполной выдаче тормозного импульса оно
блокировалось системой управления. Разделение допустимо, когда есть гарантии
скорого входа в атмосферу. Если же существует риск остаться на орбите, отделять
приборный отсек с его мощными аккумуляторами и системой ориентации равносильно
гибели. Поэтому спускаемый аппарат с космонавтом входил в атмосферу в связке с
приборным отсеком.
Этот эпизод подробно
описан в рассекреченном
"Отчете" Юрия Гагарина. В частности, там сказано: "Я поставил
ноги к иллюминатору, но не закрыл шторки. Мне было интересно самому, что
происходит. Я ждал разделения.
Разделения нет!
Я знал, что по расчету
это должно произойти через 10-12 секунд после выключения ТДУ.
При выключении ТДУ все
окошки на ЦКРС погасли. По моим ощущениям, времени прошло больше, но разделения
нет. На приборе "Спуск-1" не гаснет. "Приготовиться к
катапультированию" — не загорается. Разделение не происходит.
Затем вновь начинают
загораться окошки на ПКРС: сначала окошко третьей команды, затем — второй, и
затем — первой команды. Подвижной индекс стоит на нуле. Разделения никакого
нет…
Я решил, что тут не все в
порядке. Засек по часам время. Прошло минуты две, а разделения нет. Доложил по
КА-каналу, что ТДУ сработало нормально. Прикинул, что все-таки сяду нормально,
так как тысяч шесть километров есть до Советского Союза, да Советский Союз —
тысяч 8 километров.
Значит, до Дальнего Востока где-нибудь сяду. Шум не стал поднимать. По телефону
доложил, что разделение не произошло. Я рассудил, что обстановка не аварийная.
Ключом передал: "В.Н." — все нормально. Через "Взор"
заметил северный берег Африки. Средиземное море все было четко видно.
Разделение произошло в 10 часов
35 минут, а не в 10 часов 25 минут, как я ожидал, то есть приблизительно через
10 минут после конца работы тормозной установки".
Этот документ свидетельствует о
колоссальном мужестве и психологической выдержке Юрия Гагарина.
Лишь через 10 минут после торможения, на высоте
около 110 км,
в результате нагрева до 150оС от трения об атмосферу сработали термодатчики
резервной системы разделения и была разблокирована команда на отделение
приборного отсека. Спускаемый аппарат начал самостоятельный спуск. На высоте 7
км при спуске на
парашюте Гагарин должен был открыть клапан дыхания — его скафандр не был снабжен
запасом кислорода в баллонах. Вот только шарик клапана оказался затянут
оболочкой скафандра. В докладе Юрий Алексеевич рассказывал, что потратил около
шести минут: «потом расстегнул демаскирующую оболочку и с помощью зеркала
вытащил тросик и открыл клапан нормально». А если бы открыть его не удалось?
Рис.2. Спускаемый аппарат с приборным отсеком
В целом, первый полет человека в космос прошел
по плану благодаря техническому гению С.Королева и его команды, и мужеству Ю.Гагарина.
Все недочеты и непредвиденные случайности были учтены при подготовке следующих
полетов. А в этот день все
счастливо закончилось в столь длинной многозвенной цепочке вероятностей.
Реакция на полет Гагарина
Сообщение о полете Юрия
Гагарина вызвало взрыв радости в Советской стране, искренний и стихийный. Люди
выходили на улицы с самодельными плакатами, выражая неподдельный восторг по
поводу такого события. Эти чувства разделяли люди разных возрастов и разных
профессий. Вице-президент Академии наук СССР академик М. Лаврентьев писал в
"Правде": "Первый полет человека в космос есть не только победа
смелого советского летчика и коллективов инженеров, ученых, рабочих, создавших
замечательный космический корабль. Это также крупнейшая победа социалистической
системы». Скульптор Е. Вучетич писал: "Двадцатый век - это век нашей
Родины, век ее славы и гордости! Мы первыми на Земле штурмовали старый мир и
добились победы, открыв людям дорогу к счастью и новой жизни. Мы первыми в мире
начали штурм космоса".
В Кремль шли
поздравления от многих руководителей стран Запада. Премьер-министр
Великобритании Гарольд Макмиллан, поздравляя Н.С. Хрущева «по случаю величайшего успеха ваших ученых,
техников и астронавтов в осуществлении полета человека в космос», назвал
происшедшее «историческим событием». Президент Франции Шарль де Голль писал,
что «успех советских ученых и астронавтов делает честь Европе и человечеству».
Ю. Гагарин вернулся на Землю, ставшую другой после его
полета. Это был лишь один из ударов по престижу США. Американцы считали себя «Нацией
№ 1» в мире технологий. Утверждалось, что капитализм и модернизация идут рука
об руку. Однако русские опровергли эту парадигму, чем произвели большое
впечатление на нейтральные страны. Русские первыми запустили искусственный
спутник Земли, доставили на орбиту собаку и, наконец, человека.
В США полет Гагарина
вызвал шоковое состояние. Многие в Вашингтоне, зная о мощи ракетоносителей
СССР, предлагали вообще отменить программу и не отправлять человека в космос.
Однако президент Дж.Кеннеди считал, что американская нация еще не готова
сдаться. Он отказался подписывать документ о завершении космической программы.
Кеннеди хотел превратить США в космическую державу. В своем поздравлении Н.С. Хрущеву
он написал: «Народ Соединенных Штатов разделяет удовлетворение народа
Советского Союза в связи с благополучным полетом астронавта, представляющим
собой первое проникновение человека в космос. Мы поздравляем Вас и советских
ученых и инженеров, сделавших это достижение возможным». На пресс-конференции
12 апреля 1961 г.
президент США признал: «Советский Союз добился важного преимущества, создав
мощные бустеры, способные поднять большой вес... Но мы отстали».
Это событие было в центре внимания многих
газет мира. В центральной газете КПК «Женьминьжибао» была опубликована статья
«Началась новая эра завоевания космоса человеком». В ней говорилось:
«Поразительные темпы прогресса, блестящие достижения советской науки и техники
вселяют в сердца миллионов людей земного шара величайшую радость и вдохновение.
Первый в мире спутник Земли, первая ракета на Луне, первая ракета на пути к
Венере, первый космический корабль-спутник были построены и успешно запущены
советскими людьми. А теперь первый человек – советский гражданин, находившийся
на борту космического корабля, с триумфом вернулся из полета во Вселенной».
Западногерманская газета
«Штутгартер цайтунг» писала: «Первый раунд в соревновании за проникновение в
космос, вне всяких сомнений, выиграли русские благодаря их великолепному
достижению 12 апреля». Однако не все в США были готовы признать поражение.
Некоторые американцы отрицали сам факт полета Гагарина.
В эти дни, выполняя
указания президента США Дж.Кеннеди, американская космическая индустрия
прилагала лихорадочные усилия, чтобы догнать СССР или хотя бы ослабить эффект
от полета Юрия Гагарина. Не прошло и месяца после возвращения Гагарина на
Землю, как 5 мая 1961 г.
в США был произведен намеченный на апрель суборбитальный полет. Пилот А. Шепард
в капсуле «Фридом-7» был поднят ракетой с мыса Канаверал на высоту 185 км и пролетел 556 км, приводнившись в
Атлантическом океане. Преувеличивая значение этого события, американцы объявили
его своим «первым космическим полетом».
Через два месяца 21 июля
американцы повторили суборбитальный полет с пилотом В. Гриссом. Лишь через
несколько месяцев после суточного полета Германа Титова, в США состоялся запуск
космического корабля «Френдшип-7» с астронавтом Дж.Гленном, который
откладывался десять раз в течение двух месяцев. Полет, в котором Гленн сделал
три витка вокруг Земли, состоялся лишь 20 февраля 1962 г. Но несмотря на это,
вера в научно-техническое всесилие США в мире существенно ослабла, а престиж
СССР заметно вырос. Для многих людей мира Гагарин стал олицетворением Советской
страны. Социализм обрел еще одно яркое лицо - лицо первого космонавта СССР Юрия
Алексеевича Гагарина.
Фундамент для отечественной космонавтики
И все же, как понять, что страна, едва
оправившись от страшной разрушительной войны, нашла в себе силы и средства,
чтобы в короткий срок не только восстановить промышленность, разрушенные
города, сельское хозяйство, но всего за каких-то несколько лет создать атомное
и термоядерное оружие, построить первую в мире атомную станцию, начать
производство реактивных лайнеров (ТУ-104), построить автомобильный завод в г.
Горьком и начать выпуск легковых автомобилей, ликвидировать карточную систему
на продукты питания и еще многое другое.
Что касается ракетной
техники, то в первую очередь поражают темпы ее развития. От создания ракеты Р-1
с дальностью полета 270 км,
принятой на вооружение в 1950
г., до МБР Р-7 с дальностью полета 8 тыс. км прошло
всего 7 лет. От создания первых отечественных жидкостных ракетных двигателей
РД-100 тягой 26 тс в 1948 г.
до РД-107 и РД108 тягой около 80 тс (на Земле) в 1956 г. Надежность и
удачность конструкции ракеты Р-7 позволили создать на ее основе целое семейство
ракет-носителей. Трудно переоценить вклад «семерки», но еще труднее представить
дар предвидения С.П. Королева, заложившего на многие десятилетия фундамент для
отечественной космонавтики. Всего с 1957 г. было запущено около 2000 ракет, базирующихся на конструкции
Р-7, из которых более 97% – успешно. Когда зарубежные ученые получили
возможность ознакомиться с принципами управления «Востоками», они восхитились
их простотой и надежностью по сравнению с первыми американскими пилотируемыми
аппаратами «Меркурий».
Анализируя наши успехи, как теперь принято
говорить, в области инновационных разработок, можно отметить следующие:
– высокий
интеллектуальный потенциал исполнителей и участников соответствующих
технических проектов;
– концентрация ресурсов
на ключевых направлениях деятельности, строгий финансовый контроль;
– энтузиазм, царивший в
обществе, стремление выполнить поставленную задачу, не считаясь с личным
временем;
– престиж в обществе
работников науки;
– профессионализм в
управленческой деятельности.
Даже после создания в
СССР атомной и водородной бомб на Западе не верили тому, что эти достижения
советской оборонной промышленности были результатом, прежде всего, усилий наших
ученых, техников, рабочих. Тогда-то в
США справедливо решили, что значительную роль в советском успехе сыграла
система образования.
Американский астронавт Алан Шепард как-то признался:
«Я надеялся обязательно взять реванш, а потому и вошел в группу астронавтов,
которые осуществили полеты на Луну. Мне
посчастливилось быть там последним. К сожалению, Гагарина уже не было в живых,
и он не узнал о том, что я стал командиром последнего лунного корабля. Впрочем,
можно ли это назвать "реваншем"? Нет, конечно. Гагарин в истории
цивилизации навсегда остается "Первым". О нас, возможно, забудут — о
нем никогда!».
"Он всех нас позвал в космос!" Так
сказал о Гагарине и первый человек, облетевший Луну на "Апполоне-8"
Фрэнк Борман, и первый человек, ступивший на Луну, Нейл Армстронг. Оказывается,
эта фраза своеобразный девиз американских астронавтов. Действительно, Юрий
Гагарин не только "позвал" в
космос, но и "проложил туда первую тропу».
Космический мир сегодня
– это не только полёты за пределы Солнечной системы, освоение Луны и Марса, но
и 5 тыс. спутников Земли, несущих вахты на околоземных орбитах, чтобы
предсказывать погоду, осуществлять связь между континентами, наблюдать за
лесными пожарами и страховать цивилизацию от уничтожения, помогая избежать
всемирной ядерной катастрофы. Такова наша эпоха. И мы должны всегда помнить,
что её начало положил простой паренёк из Смоленщины – наш Юрий Гагарин.
|