Зато мы делали ракеты. Воспоминания и размышления космонавта-исследователя - Константин Феоктистов

Еще в 1961 году у нас прорабатывался узел жесткой стыковки по схеме штырь — конус с винтовой системой стяжки. Конкретный вариант конструкции штыря предложил, кажется в 1962 году, ветеран нашего конструкторского бюро Александр Коновалов. Это был тогда уже не молодой, но очень изобретательный человек, не имевший инженерного диплома. После того как эту схему исследовали специалисты по динамике работы механизмов, к ее окончательной разработке приступила группа конструкторов во главе с В. С. Сыромятниковым.

Намного труднее на этот раз было с весом, хотя теперь мы исходили из существенно большей грузоподъемности ракеты-носителя — 6,5 вместо 4,5 тонн, так как к этому времени была создана более мощная третья ступень ракеты-носителя.

Новый корабль должен был не только осуществлять сближение и стыковку, но и позволять летать двум-трем космонавтам в течение нескольких недель (предел «Востока» — десять дней), а в условиях совместной работы со станцией (мы, естественно, намеревались со временем превратить этот корабль в транспортное средство для обслуживания орбитальных станций) — до нескольких месяцев. Хотелось существенно улучшить условия работы, в том числе — проведения наблюдений и экспериментов, создать более комфортные условия жизни экипажу (оборудовать на борту отдельный туалет и т. д.), а также усовершенствовать спуск и приземление.

Наиболее трудной представлялась задача создания и отработки средств управления процессами сближения и причаливания, механической и электрической стыковки, а также маршевых и координатных двигателей, обеспечивающих процессы сближения и стыковки, систем ориентации и управления спуском с использованием аэродинамической подъемной силы и мягкой посадки.

На «Востоке» спускаемый аппарат имел форму сферы, которая при движении в атмосфере не может иметь аэродинамической подъемной силы, и поэтому спуск его идет по довольно крутой траектории, по мере снижения все быстрее растет плотность атмосферы, и в результате при входе в плотные слои атмосферы перегрузки, действующие на космонавтов, возрастают до 8–10 единиц. Космонавты воспринимают эти перегрузки как увеличение своего веса, то есть при спуске с перегрузкой десять единиц они ощущают свой вес в десять раз большим, чем на земле. Для космонавтов, недолго пробывших на орбите, это не страшно. Но при длительных полетах ослабленному невесомостью организму космонавта, рассуждали мы, большие перегрузки наверняка противопоказаны. Если у корабля есть хотя бы небольшая подъемная сила, еще лучше — регулируемая, то корабль сможем вести в атмосфере по более пологой траектории, он будет тормозиться медленнее, перегрузки снизятся. Кроме того, регулирование подъемной силы позволяет менять крутизну спуска, и, следовательно, можно выбирать точку приземления и осуществлять посадку с точностью до нескольких десятков километров, а затем, может быть, и более высокой. Поэтому пришлось искать новую форму спускаемого аппарата, которая обеспечивала бы возможность не только торможения, но и создания хотя бы небольшой аэродинамической подъемной силы.

Этой проблемой еще во время работ над «Востоком» занялись наши оппоненты по выбору формы и расчету тепловой защиты спускаемого аппарата «Востока» — специалисты по аэродинамике и теплообмену во главе с Андреем Решетиным, очень энергичным человеком, решительным и инициативным инженером, способным искать и находить новые и в то же время достаточно прагматичные решения. Изучив возможные варианты, они пришли к заключению, что наиболее выгодно, исходя из наших возможностей по массе и по размерам, использовать способность любого несферического тела развивать подъемную силу при определенных углах атаки.

Говоря о «Востоке», я уже упоминал различные формы тел, оптимальных с точки зрения объема, веса, теплозащиты и подъемной силы. На этот раз все эти формы были исследованы заново, и выбор пал на усеченный конус с небольшим, в несколько градусов, углом раскрытия конуса, нижний и верхний обрезы которого закрыты сферическими сегментами, летящий нижним (большим) основанием вперед. Что то вроде автомобильной фары. Такая форма, если сместить центр масс аппарата от оси симметрии, позволяет при движении в атмосфере получить аэродинамическую подъемную силу, действующую в плоскости, проходящей через центр масс и ось симметрии аппарата. Спускаемые аппараты всех американских кораблей также имели форму обратного конуса: у «Меркурия» и «Джемини» с углом раскрытия около 55 градусов, «Аполлона» — более 60-ти, — а у «Союза» — всего 14 градусов. У «Аполлона» аэродинамическое качество было несколько выше. Но, с другой стороны, у «Союза» получался больший объем при том же диаметре аппарата, проще решалась задача центровки и размещения оборудования, и мы смогли уложиться в меньшие размеры.

Итак, спуск корабля должен стать управляемым.

Управление положением точки приземления достигалось изменением вертикальной составляющей подъемной силы спускаемого аппарата за счет поворота его вокруг продольной оси, так как при этом вместе с корпусом при повороте его вокруг продольной оси поворачивается и вектор аэродинамической подъемной силы. Максимальные перегрузки при спуске, по расчетам, должны были составлять 3–4 единицы (у «Востока» — 8–10).

Система посадки включала парашюты и твердотопливные двигатели, установленные прямо на корпусе спускаемого аппарата, которые, включаясь на высоте 1–2 километра, должны были гасить скорость примерно до 4 метров в секунду.

В «Востоке» и во всех американских космических кораблях спускаемые аппараты располагались в головной части комплекса носитель-корабль. И это понятно. В случае аварии ракеты при такой схеме легче отделить аппарат с космонавтами и увести его от ракеты. А в «Союзе» впереди спускаемого аппарата располагается еще орбитальный отсек. Тогда мы много думали и спорили над этой компоновкой. И вот какие возникли доводы в пользу такой, в общем-то, не очень удобной в случае аварийного спасения компоновки. Все корабли, созданные до «Союза», были рассчитаны на сравнительно кратковременные полеты, до двух недель. В этом случае космонавты (два-три человека), могут потерпеть друг друга в едином помещении, однако комфорта при этом, мягко говоря, нет. Попробуйте втроем сесть в бочку диаметром два метра, большая часть объема которой занята оборудованием, и жить в ней безвылазно недельку: и работать, и есть, и спать, тут же, разумеется, должен быть и туалет.

Мы решили сделать жилую часть «Союза» двухкомнатной. Один отсек — спускаемый аппарат, в котором должны находиться космонавты на участках выведения на орбиту и спуска на Землю. Другой — орбитальный, для работы на орбите. Здесь же туалет. Естественно, орбитальному отсеку не нужна тепловая защита — он отделится перед входом в атмосферу одновременно с приборно-агрегатным отсеком.