Испытатели ставят рекорды
Специалисты в области авиационной медицины прекрасно понимали, что перед тем, как запустить человека на орбиту, требуется хотя бы "вчерне" подготовить его к условиям, в которых придется жить и работать. Поэтому задолго до того момента, когда всерьез встал вопрос о наборе первых космонавтов, было принято решение о формировании группы добровольцев, которые могли бы опробовать факторы космического полета в буквальном смысле на себе.
Поводом стало правительственное постановление от 24 октября 1952 года, предписывающее "создать специальную команду испытателей для испытания костюмов, скафандров, одежды и разработки других вопросов, связанных с обеспечением жизнедеятельности и работоспособности экипажей самолетов с большими скоростями и высотами". 30 июня 1953 года маршал Павел Федорович Жигарев, занимавший в то время должность главкома ВВС, издал соответствующий приказ, а менее чем через месяц, 14 июля, в Государственном научно-исследовательском испытательном институте (ГНИИИ) авиационной медицины был сформирован отдел № 7, который возглавил подполковник медицинской службы Евгений Анатольевич Карпов.
Личный состав отдела набирался из солдат и сержантов, проходивших срочную службу в авиачастях. Требования по здоровью были жесточайшие – из тысяч обследованных отбирались единицы. Первые военнослужащие начали прибывать в ГНИИИ авиационной медицины с августа 1953 года, и тогда же на территории института начала действовать войсковая часть 64688. Численность испытателей в разные годы варьировалась от 10 до 70–80 человек (например, в 1961 году в испытаниях участвовали 83 человека). Общее число испытателей, прошедших институт, составляет около 970 человек.
Располагались испытатели в кубрике на втором этаже здания бывшей гостиницы "Мавритания" на Петровско-Разумовской аллее, дом 12А. Вместе с ними жили механики по обслуживанию центрифуги и барокамеры. На первом этаже находилась сама барокамера, прозванная "Комсомолкой". Центрифуга была немецкая, трофейная, с вращающей "лапой" в 7 метров, и размещалась в новой пристройке к "Мавритании"
Испытания проводились в предельно допустимых для человеческого организма условиях. Например, требовалось выяснить, под каким углом надо расположить кресло, чтобы пилот смог выдержать жесткую посадку, и какую максимальную скорость падения перенесет его позвоночник без угрозы быть сломанным. Для этого между двумя 14-метровыми мачтами расположили кресло, которое падало на бетонную площадку с амортизаторами. Те имитировали разные типы грунта – мягкий, средний, жесткий. В ходе эксперимента только четверо испытателей решились на серьезные перегрузки, но поскольку с каждым экспериментом риск возрастал, трое от дальнейшего участия в программе отказались. Оставшимся храбрецом был Джон Иванович Гридунов – он и стал обладателем мирового рекорда в этом экстремальном виде "спорта" – 50 g.
Еще один его рекорд был поставлен на центрифуге – 18,5 g при медленном увеличении нагрузок. Благодаря Гридунову авиационные медики вынесли вердикт о том, что взрослый тренированный человек спокойно выдержит нарастающую перегрузку до 10 g и кратковременную ударную перегрузку в 25 g. Именно эти данные определили позднее конечный вид корабля "Восток" и схему приземления его спускаемого аппарата.
Заслуживает внимания еще один уникальный эксперимент, проведенный отделом № 7. Специалисты ГНИИИ авиационной медицины знакомились с исследованиями, которые проводили в области их профессиональных интересов зарубежные коллеги. В частности, в США довольно много времени и сил было потрачено на изучение влияния полной обездвиженности (гипокинезии) на человека, находящегося в воде. Исследования показали, что человек может находиться в таком состоянии без вреда для здоровья не более шести суток. Но советские испытатели пошли на рекорд. Двадцатилетний ефрейтор Леонид Викторович Сидоренко пробыл в бассейне (в плавках и шапочке) в неподвижности двенадцать суток, а потом смог выполнить полный цикл физических упражнений! Впрочем, целесообразность подобного опыта была поставлена под сомнение, и в программу тренировок будущих космонавтов погружения в бассейн не вошли.
Очень рискованными были так называемые высотные эксперименты, проводимые в барокамере. Ими занимался майор медицинской службы Акаки Согратиевич Цивилашвили. В начале 1950-х годов авиационные медики имели смутное представление о том, что произойдет при мгновенной разгерметизации и падении давления от одной атмосферы до нуля. Поэтому сначала эксперименты проводились на крысах, кроликах и собаках. В ходе этих исследований животных бинтовали, предупреждая раздутие органов – так появился высотно-компенсирующий костюм. Вскоре в подобном костюме в барокамеру уже мог войти человек.
Акаки Цивилашвили вспоминал:
"Для моих экспериментов испытателей среди солдат подбирали специально. Не каждый подходил. Эксперименты шли каждый день, но каждому из испытуемых нельзя было участвовать в них более одного раза в неделю.
Мы работали очень дружно. Ребята были для нас как родные. У нас не было отношений "полковник" – "солдат". Конечно же, за каждого переживал. Как-то во время одного из экспериментов проверили пульс, в том числе у меня. У испытуемого в барокамере он был 70. А у меня, рядом с ней, – 150. Тяжелые эксперименты были. Очень тяжелые. Потому что рискованные.
Много ребят через меня прошло, многих помню, хотя был на экспериментах долго – с 1954 по 1972 год. Без теплоты отношений работать нельзя. Это основа доверительности. Очень важно было, чтобы испытатель откровенно и правильно оценил воздействующий фактор. Участники после каждого эксперимента оставляли у меня в протоколе свое заключение, мнение".
Однако будущему космонавту угрожали не только внезапные перепады давления. Мог нарушиться процесс газообмена, и тогда кабина начала бы наполняться углекислым газом. Специалисты считали, что опасным для здоровья является содержание углекислого газа в 3,7 %. Однако испытатели смогли провести месяц в барокамере при 5,2 % и при этом не утратили работоспособность!
Но если перегрузки, разгерметизацию, нарушение в работе систем жизнеобеспечения и катапультирование еще можно было имитировать в земных условиях, то как быть с невесомостью? Для отработки этого состояния в Летно-исследовательском институте (ЛИИ) в Жуковском с февраля 1960 года начались полеты по параболической траектории летающей лаборатории "Ту-104А" (борт № 42396). Первый пробный полет выполнил заслуженный летчик-испытатель Сергей Николаевич Анохин. Целью рейса было выяснить, какие доработки нужно внести в системы "тушки", чтобы она могла беспрепятственно пикировать – только так в ее салоне могла на короткое время возникнуть динамическая невесомость. По итогам были внесены изменения в конструкцию масло-топливоподачи – это помогло избежать помпажа двигателя. Внутри салона убрали перегородки, буфетный отсек и все пассажирские кресла. Пол покрыли многослойной пористой резиной, чтобы испытатели не повредили конечности после "плавания" в невесомости.
С 1961 года полеты лаборатории проводились регулярно. На высоте 6 км она разгонялась на форсаже, затем "прыгала" на 9 км и пикировала с выходом на прежний уровень. В каждом полете невесомость продолжительностью полминуты создавалась до 28 раз. Понятно, что до и после этих периодов все, кто находился на борту, испытывали перегрузки от 1,5 до 1,8 g. И здесь тоже появились свои рекордсмены. Например, врачу-экспериментатору Леониду Алексеевичу Китаеву-Смыку пришлось побывать в кратковременной невесомости 2580 раз!
Самим испытателям отдела № 7 на орбиту отправиться было не суждено, а имена многих из них на десятилетия засекретили. Однако своим героическим трудом они создали тренировочную базу для будущих космонавтов, а главное – доказали, что человеческий организм куда более устойчив к тяготам космического путешествия, чем полагали теоретики.
1960 год. Проект "Восток"
Объект "ОД-2"
К проработке вариантов пилотируемого космического корабля в ОКБ-1 приступили в инициативном порядке, когда стало ясно, что "Р-7" полетит. Имея в своем распоряжении носитель с грузоподъемностью свыше 5 т, Сергей Королев собирался реализовать нормальный запуск с первой космической скоростью, а не прыжок по баллистической траектории, как планировал ранее для "Р-5А".
Разумеется, прежде всего он привлек к этому делу наиболее активного сторонника пилотируемой космонавтики – Михаила Клавдиевича Тихонравова. 3 апреля 1957 года главный конструктор создал в ОКБ-1 отдел № 9, который и доверил Тихонравову.
Поскольку серийной ракеты "Р-7А" еще не существовало, но зато имелся опыт полетов собак на "научных" ракетах, новый отдел занялся проектом запуска прототипа космического корабля-капсулы с помощью "Р-5М" на высоту порядка 500 км. Как вариант вместо капсулы рассматривался миниатюрный планер, использующий для маневра в плотных слоях атмосферы подъемную силу коротких крыльев. Благодаря этой возможности планер мог вернуться на тот же ракетодром, с которого производился запуск.
Планер был данью молодости Сергея Королева. Однако когда главный конструктор увидел, что отдел Тихонравова просто не справляется со столь сложной задачей, как конструирование крылатого возвращаемого аппарата, он передал проект в бюро ОКБ-256 Государственного комитета авиационной техники, возглавляемое Павлом Владимировичем Цыбиным, который занимался созданием десантных и военно-транспортных планеров. Цыбин часто встречался с Королевым и держал его в курсе работ ОКБ-256 над возвращаемым ракетопланом. При этом Сергей Павлович отметил определенное сходство аппарата с лаптем, после чего инженеры бюро Цыбина стали называть свое детище "лапотком". Представители ОКБ-1 участвовали в подготовке чертежей на компоновку ракетоплана и его сопряжение с ракетой-носителем. Однако при продувках моделей в аэродинамической трубе выяснилось, что максимальная температура теплозащитного экрана превышает расчетную. Требовались дополнительные исследования с натурными испытаниями аппарата-аналога. Королев одобрил этот план. Его реализации помешало очередное "укрупнение" – бюро Цыбина передали в подчинение другим, а сам он устроился в ОКБ-1 на должность заместителя главного конструктора.
В итоге Сергей Королев отказался от крылатого возвращаемого аппарата в пользу баллистической капсулы. Ее разработкой занялся пришедший в "фирму" талантливый конструктор Константин Петрович Феоктистов, которого сегодня по праву называют "отцом" космического корабля "Восток".
Никто в конце 1950-х годов не знал, как должен выглядеть пилотируемый космический корабль. Известно было только, что наибольшую угрозу для жизни пилота будет представлять возвращение на Землю. Быстрое торможение в плотных слоях атмосферы могло вызвать перегрузку до 10 g. Поэтому на первом этапе группа Феоктистова проектировала аппарат в виде конуса – тот мог планировать и тем самым снизить перегрузку вдвое. Однако испытания на добровольцах показали, что тренированный человек вполне способен выдержать десятикратную перегрузку, поэтому Феоктистов предложил необычное решение – сделать корабль шарообразным подобно первому спутнику. Такая форма хорошо была известна аэродинамикам, а потому не требовала дополнительных исследований.
Вначале разработчикам показалось, что при падении в атмосфере шар будет беспорядочно крутиться, что может привести к непредсказуемым последствиям в момент приземления. Но эти сомнения были тут же разрешены путем проведения простейшего опыта. В то время работники отдела № 9 увлекались игрой в пинг-понг. Кому-то из членов группы Феоктистова пришла в голову мысль использовать в качестве модели пинг-понговый шарик с небольшой нашлепкой пластилина в нижней части для создания эксцентриситета. Шарик бросали со второго этажа в лестничный пролет, и он всегда падал именно на нашлепку – устойчивость формы была продемонстрирована экспериментально.
Одной из наиболее серьезных проблем была защита корабля от перегрева при входе в плотные слои атмосферы. Существующие конструкционные материалы таких температур не выдерживали. Поэтому проектанты решили использовать тот же принцип, что и для головных частей "Р-5" и "Р-7" – на спускаемый аппарат наносится асботекстолит, который испаряется в потоке набегающего воздуха, поглощая избыточное тепло.
Сначала проектанты и не думали о разделяемом корабле, собираясь возвращать его на Землю целиком. Только вот изготовить весь корабль в виде шара не позволяли габариты ракеты, поэтому в конце концов его поделили на две части: сферический спускаемый аппарат, в котором находился пилот, и приборный отсек, сгоравший после разделения в атмосфере.
Чтобы не усложнять конструкцию корабля системой мягкой посадки, было решено катапультировать пилота из спускаемого аппарата на высоте нескольких километров. Такая схема давала дополнительный плюс – катапультирование можно использовать при аварии ракеты на начальном участке выведения.
Первоначальный облик будущего космического корабля определился. Константин Феоктистов подготовил доклад для главного конструктора и представил его в июне 1958 года. Королев поддержал новую компоновку и поручил в течение двух месяцев написать официальный отчет по проекту "Объект ОД-2" (так в его бюро назывался пилотируемый корабль для орбитального полета).
В середине августа отчет под названием "Материалы предварительной проработки вопроса о создании спутника Земли с человеком на борту" был выпущен. В нем указывалось, что с помощью трехступенчатой ракеты-носителя на орбиту искусственного спутника Земли можно вывести корабль массой до 5,5 т. Там же были приведены расчеты в обоснование выбора формы спускаемого аппарата. 15 сентября 1958 года Сергей Королев подписал окончательный отчет по кораблю-спутнику, а на следующий день направил письма в адрес Академии наук СССР, руководителям ракетной отрасли и Совету главных конструкторов с уведомлением о завершении исследований, позволяющих приступить к разработке "пилотируемого спутника Земли".
На Совете Главных конструкторов, состоявшемся в ноябре 1958 года, были заслушаны три доклада: о проекте автоматического спутника-фоторазведчика, о проекте аппарата для полета человека по баллистической траектории и о проекте пилотируемого орбитального аппарата. После обсуждения из двух последних проектов был выбран именно пилотируемый орбитальный. Ему же конструкторы дали наибольший приоритет по сравнению с фоторазведчиком, хотя Министерство обороны настаивало на обратном.
Чтобы ускорить процесс подготовки чертежей, Сергей Павлович приказал расформировать группы, трудившиеся в ОКБ-1 над различными системами корабля, и объединить специалистов в новообразованном секторе, который возглавил Константин Феоктистов. Ведущим конструктором корабля, получившего красивое и многозначительное название "Восток", стал Олег Генрихович Ивановский, до того участвовавший в создании спутников и "лунников".
Работа над кораблем требовала широкой кооперации с привлечением смежников. Ведь для пилотируемого космического полета нужно было сконструировать и систему жизнеобеспечения, и систему голосовой связи, и телевизионный комплекс, и пульт ручного управления, и парашюты, и многое другое. Инициативы одного бюро тут явно недостаточно – необходимо получить правительственное постановление. Поэтому для Королева на новом этапе было важно, чтобы его поддержали не только соратники по Совету и члены Академии, но и высшие военные, от которых напрямую зависело финансирование перспективных проектов. Сергей Павлович проявил политическую гибкость – в начале 1959 года он предложил унифицировать системы пилотируемого корабля и спутника-фоторазведчика. На таком спутнике предлагалось установить сложное и дорогое фотооборудование, которое хотелось бы использовать многократно. Напрашивался вариант – разместить это фотооборудование в спускаемом аппарате вместо пилота и возвращать на Землю вместе с отснятыми пленками. Разумеется, это требовало полной автоматизации корабля, что Королева вполне устраивало – в пилотируемых полетах он хотел свести влияние человеческого фактора к минимуму. Фоторазведчик был принят в разработку под названием "Восток-2". Во избежание путаницы позднее его переименовали в "Зенит-2".
Тем не менее военные требовали, чтобы работа над фоторазведчиком была приоритетной. В проекте постановления правительства, который обсуждался в феврале 1959 года, фигурировал только этот космический аппарат. Королев через Мстислава Келдыша добился включения в текст постановления фразы о пилотируемом корабле-спутнике.
Получается, корабль появился раньше, чем решение правительства по нему. Первые комплекты чертежей были переданы в цеха Опытного завода в Подлипках-Калининграде в начале весны, тогда же началось изготовление корпусов, а Постановление ЦК КПСС и Совета министров № 569-264сс "О создании объектов "Восток" для осуществления полета человека в космос и других целей" вышло только 22 мая 1959 года.
Космический корабль "Восток" был именно спутником, то есть в принципе не мог менять высоту и наклонение орбиты. Ее параметры задавались запуском и радиоуправлением на этапе выведения, как у "лунников". Поэтому все эволюции сводились к одному, но очень важному маневру – торможению в космосе и снижению в атмосфере. Для осуществления этого маневра в приборном отсеке размещалась тормозная двигательная установка, которая должна была сработать безотказно.
Обращаться к главному двигателисту Валентину Глушко с учетом его высокой занятости над двигателями для боевых ракет Сергей Королев не захотел, а потому пригласил к работе над проектом тормозной установки "ТДУ-1" главного конструктора расположенного поблизости от "фирмы" ОКБ-2 Алексея Михайловича Исаева. Старый ракетчик не горел большим желанием брать на себя еще одну работу, но в конце концов согласился. И всего лишь через семь месяцев после выдачи технического задания, 27 сентября 1959 года, было проведено первое испытание "ТДУ-1" на стенде. Однокамерная установка работала на самовоспламеняющемся топливе и была основана на простых физических принципах. За счет этого она ни разу не подвела.
Сергей Королев требовал многократно продублировать все системы "Востока", но вторая "ТДУ-1" никак не вписывалась в компоновку. Поэтому главный конструктор распорядился, чтобы баллистики из расчетного бюро подбирали такую орбиту, которая в случае отказа тормозной установки обеспечивала бы сход корабля за счет естественного торможения в высших слоях атмосферы в течение пяти-семи дней после запуска.