Пилотируемая космонавтика: гонка технологий

Проект Иркутского государственного университета «Научные Weekend`ы» подготовился к 60-летию полета Юрия Гагарина заранее – 3 апреля профессор Сергей Язев прочел большую лекцию «Пилотируемая космонавтика: новые лица».

«Спасибо, Юра»

По мнению Сергея Язева, в последние годы в космонавтике не просто появились новые лица – изменилось ее лицо в целом. Можно сказать, что происходит это именно сейчас, на рубеже 2010-х и 2020-х, так много нового происходит в наше время. А начиналось все чуть более чем 60 лет назад – в 1957 году в СССР была создана ракета Р-7, которая эксплуатируется до сих пор. Если учесть, что количество пусков этой ракеты давно превысило две тысячи, можно понять, почему ее называют «основной рабочей лошадью» не только российской, но и всей мировой космонавтики. С ее помощью на орбиту было выведено огромное количество космических аппаратов, как пилотируемых, так и нет, в том числе и первый искусственный спутник Земли в октябре 1957 года, и первый спутник с живым существом в космосе, которым была собака. Особенно ярко выглядели успехи СССР на фоне провалов США, которые дважды не смогли вывести в космос свои аппараты. Попытки американцев увенчались успехом только 1 февраля 1958 года, когда ракета «Юпитер-С» вывела на орбиту спутник «Эксплорер-1».

Советская космонавтика тем временем вышла на новый этап: в мае 1958 года в космос отправился первый тяжелый спутник весом полторы тонны. С учетом того, что на нем разместили 12 научных приборов, это была полноценная лаборатория в космосе, и всему миру было понятно, что советская наука значительно опережает американскую. Опережает, несмотря на то, что американцы имели заметную фору в виде наработок германской ракетной программы и вывезенного в США конструктора Вернера фон Брауна, который создал и первую американскую ракету, и первый спутник.

В СССР к 1961 году был создан первый пилотируемый космический корабль человечества – это был аппарат «Восток», который имел кабину для одного космонавта диаметром 2,3 м и вес 4,7 тонны. В отличие от американцев, чьи проекты продолжали авиационные наработки, Королев создал нечто принципиально новое, не имеющее аналогов ни в каком уже существующем типе техники. Большую часть шара-кабины занимало кресло, в котором космонавту приходилось работать, лежа на спине. В нижней части корабля (негерметичной) находился двигательно-приборный отсек, в многочисленных шарах, закрепленных вокруг корабля, был запас газа для двигателя ориентации, а в нижней конусообразной части – двигательная установка.

На орбиту корабль выводила ракета, а когда нужно было возвращаться на землю, космонавт должен был развернуть корабль двигателем вниз и погасить скорость ниже «первой космической» (то есть 7,9 км в секунду). После этого корабль начинал падать со своей орбиты (а она могла составлять от 100 до 300 км от земли), нижняя часть становилась ненужной и отстреливалась, на землю возвращалась только шарообразная кабина. Из-за трения в верхних слоях атмосферы обшивка кабины нагревалась настолько сильно, что космонавты могли видеть капли расплавленного металла и небольшие обломки обшивки, пролетающие мимо иллюминатора. Дополнительно к этому возникали перегрузки в десять раз от обычной силы тяжести, то есть космонавт весом 70 кг весил 700 кг.

Несмотря на все конструкторские старания, этот аппарат не мог приземляться мягко. Поэтому даже когда на высоте 7 км выпускался парашют, гарантии благополучного приземления не было. Поэтому кресло космонавта выстреливала пороховая катапульта, и дальше он опускался отдельно на собственном парашюте. Именно так возвращался из космоса и Юрий Гагарин, и все, кто вслед за ним летал на «Востоках». В совокупности ракета и корабль составляли ракетно-космический комплекс «Восток», в который входили трехступенчатая ракета и корабль. В итоге получалась конструкция высотой 38,4 метра с массой в заправленном состоянии 286 тонн.

Гонка преследования

Первый пилотируемый полет американского астронавта Алана Шепарда не шел ни в какое сравнение с полетом Гагарина, продолжавшимся 108 минут. Полет 5 мая 1961 года выполнялся на аппарате «Меркурий-Редстоун-3» по баллистической траектории – то есть Шепард не смог совершить облет Земли, он лишь удалился от поверхности планеты на 186,5 км и от места старта на 486 км. По научной классификации это был суборбитальный полет.

Корабли «Восток» совершили шесть полетов, каждый из которых дал разработчикам кораблей и ракет огромное количество полезной информации. Пришедшие им на смену аппараты серии «Восход» имели систему мягкой посадки и совершили два полета. Поскольку из них уже не нужно было выстреливаться на катапульте в скафандре, освободившееся место заняли два члена экипажа. Таким образом, СССР стал страной, сумевшей запустить первый многоместный космический корабль. К тому же впервые в истории два члена экипажа были штатскими специалистами, что тоже имело большое значение. Из «Восхода-2» Алексей Леонов в марте 1965 года совершил первый в истории выход в открытый космос.

Спустя два года, в 1967 году, впервые отправился в космос корабль «Союз». Созданный под руководством Сергея Королева, этот корабль оказался настолько удачным, что эксплуатируется до сих пор. По мнению Сергея Язева, эти аппараты будут летать как минимум до конца 2020-х годов: они не слишком комфортны, зато абсолютно надежны. Помимо основной кабины экипажа, у «Союза» есть дополнительный бытовой отсек – по сути, корабль является «двухкомнатной» конструкцией, в которой можно жить и работать. При посадке от кабины отстреливаются двигательный и бытовой отсеки, сгорающие в атмосфере, а экипаж приземляется в кабине.

Американские корабли типа «Меркурий» весят в три раза меньше «Востока» и является продолжением авиационных традиций: тесная одноместная кабина очень похожа на кабину самолета-истребителя. Репутация американского космического агентства NASA тем временем получала удар за ударом – СССР первым отправил аппараты к Луне и Венере. Президент США Джон Кеннеди выступил в конгрессе и заявил, что так продолжаться не может и репутация передовой технологической державы должна быть восстановлена. Поэтому в течение десяти лет американцы должны высадиться на Луне, опередив при этом СССР. Конгресс поддержал это предложение, и программа «Аполлон» считается одной из самых дорогих, амбициозных и успешных за всю историю человечества.

На графике, представляющем долю расходов NASA в общем федеральном бюджете США, можно видеть, как постепенно росло финансирование: в 1958 году оно составляло около одной десятой процента, в 1962 году впервые превысило один процент, в 1963 году перескочило два процента, в 1964-м – три. В 1965 и 1966 годах расходы США на космос достигли своего пика и превышали 4,5 процента государственного бюджета, после чего наступил спад, но ниже рубежа в один процент они опустились лишь в 1977 году. Итальянская пресса в 1968 году вычислила и сообщила своим читателям, что расходы США на космос превышают весь государственный бюджет Италии, – настолько сильно американцам хотелось отвоевать себе статус главной космической державы. Сегодня, отметил Сергей Язев, расходы США на космос составляют около 0,5 процента. Хотя стоит сказать, что в абсолютных числах это существенно больше, чем в 1960-х. 

На программу «Аполлон» США потратили 25 млрд долларов, что в пересчете на современные цены давало в 2016 году сумму около 160 млрд. В рамках программы были созданы корабли типа «Джемини», что в переводе с греческого означает «близнецы» – в кабине находились два астронавта. Это был первый в истории маневрирующий космический корабль: такие аппараты могли менять параметры орбиты, сближаться и отрабатывать процедуру стыковки. Космический аппарат «Аполлон» имел коническую кабину с экипажем из трех человек, цилиндрический двигательный отсек и огромное сопло двигателя. Именно на таких аппаратах представители человечества совершили несколько полетов от Земли к Луне и обратно. Однако сесть на Луну «Аполлон» не мог – для этой цели к нему пристегивали легкий лунный модуль, который перед возвращением на Землю отбрасывали.

Задача, поставленная Джоном Кеннеди, была выполнена в установленный срок: первую высадку на Луну произвел в 1969 году экипаж корабля «Аполлон-11», всего же экспедиций с высадкой было шесть. Четыре уже построенных аппарата той же серии летали только вокруг Земли, поскольку конгресс США остановил дальнейшее развитие проекта и отменил финансирование.

От «Аполлона» к челноку

После некоторого перерыва американцы перешли к проекту «Шаттл» – многоразовым кораблям, каждый из которых весил более 100 тонн. Конструкция, которая выводила их на орбиту, представляла собой тоже многоразовую систему, которых было изготовлено пять штук. Это позволило совершить начиная с 1981 года 135 полетов, однако в итоге проект был закрыт: «шаттлы» оказались нетехнологичными в изготовлении и эксплуатации, два из пяти кораблей погибли в катастрофах и унесли жизни 14 астронавтов.

Долгие годы американцы летали на российских «Союзах», но в конце концов создали свой новый корабль. Частная корпорация миллиардера Илона Маска создала корабль «Дракон», который только начинает свою историю. Как раз сейчас такой корабль пристыкован к Международной космической станции, он доставил на орбиту экипаж из четырех астронавтов. В ближайшие дни, до конца апреля, этот корабль вернется на Землю, а следующий «Дракон» привезет на МКС новый экипаж.

Если подвести итоги первых 60 лет пилотируемой космонавтики, то СССР и Россия отправили на орбиту шесть кораблей «Восток», два «Восхода» и 143 корабля «Союз» – всего 151 пилотируемый аппарат. На счету США шесть кораблей «Меркурий», 10 «Джемини», 15 «Аполлонов» и 135 полетов на пяти аппаратах серии «Спейс шаттл» – итого 166 «аппаратовылетов». Благодаря тому что «шаттл» мог брать на борт до семи астронавтов, из примерно 550 землян, летавших в космос, более 400 сделали это именно на американской технике. Корабли серии «Дракон» пока совершили всего два полета – в 2020 и 2021 годах. Планируется, что таких многоразовых кораблей будет несколько.

Если смотреть статистику по странам, то на кораблях СССР и России летали граждане 22 стран: в первую очередь это были представители дружественных стран социалистического лагеря – Чехословакии, ГДР, Польши, Болгарии, Венгрии, Вьетнама, Кубы, Монголии, Румынии. Список продолжили работавшие на станции «Мир» граждане Франции, Индии, Сирии, Афганистана, Японии, Великобритании, Казахстана, ФРГ и США, а также представитель Европейского космического агентства, который, впрочем, был гражданином ФРГ. Далее в космос отправились представители Словакии, Малайзии и Республики Корея – их целью была уже МКС.

На кораблях США летали граждане также 22 стран: Австралии, Австрии, Бельгии, Бразилии, Великобритании, Дании, Израиля, Нидерландов, ФРГ, Индии, Испании, Италии, Канады, Мексики, России, Саудовской Аравии, Франции, Швейцарии, Швеции, ЮАР и Японии. Как отметил Сергей Язев, среди советских и российских космонавтов было много украинцев, но гражданин независимой Украины летал в космос только на американских аппаратах. Можно видеть, что некоторые страны – например, Франция, ФРГ и Япония – летали и на советских, и на американских кораблях. А вскоре появился и новый игрок на этой сцене – Китай.   

Записал Борис Самойлов, «Байкальские вести».

Иллюстрации из презентации Сергея Язева

Окончание следует.