2.4. Межконтинентальная баллистическая ракета Р-7 - фундамент для полета в космос
Главная цель работ по БРДД - доставка мощного заряда на максимальную дальность. Исследования в этом направлении привели к созданию серии ракет следующего поколения - межконтинентальных (рис. 2.4.1).
Р-7 - первая межконтинентальная баллистическая ракета, при разработке которой в 1953 году были уточнены первоначальные проектные требования к массе доставляемой головной части ракеты, увеличившейся с 3000 до 5500 кг. Это повлекло за собой существенное форсирование технических характеристик изделия и принятия целого ряда нетрадиционных решений, причем в ее конструкции впервые была применена пакетная схема. На центральном блоке закреплялись четыре боковых с унифицированными ЖРД с тягой 80–90 тс. При старте включались двигатели всех пяти блоков первой ступени, а после отделения боковых продолжал работать только центральный блок - вторая ступень.
Стартовый вес Р-7 составлял 280 т, поэтому для уменьшения веса конструкции сухой ракеты на пусковом столе она подвешивалась на специальных самоотводящихся при старте фермах, что позволяло разгрузить нижнюю часть ракеты при стоянке после заправки. Серьезной проблемой оказалось и сохранение головной части ракеты, скорость входа которой в плотные слои атмосферы увеличилась в 2,5 раза по сравнению с предыдущими, и составляла 7900 м/с.
Первый успешный пуск Р-7 состоялся 21 августа 1957 года. Через полтора месяца, 4 октября 1957 года эта ракета вывела на околоземную орбиту первый в мире искусственный спутник Земли, открыв тем самым космическую эру. В марте 1958 года полет Р-7 впервые прошел с полным успехом - головная часть достигла цели без разрушения. В январе 1960 года ракета была принята на вооружение, а впоследствии ее сменила модификация Р-7А, способная доставить ядерный заряд в любую точку на территории противника.
С 1957 года серийный выпуск ракеты Р-7 был передан в Куйбышев (ныне Самара), на завод "Прогресс", при котором был образован филиал № 3 ОКБ-1 под руководством ведущего конструктора по ракете Р-7А Д. И. Козлова, в дальнейшем генерального конструктора ЦСКБ, академика, Дважды Героя Социалистического Труда. Он обеспечил серийное изготовление модификаций ракеты Р-7 - "Спутник", "Восток", "Молния", "Восход", "Союз" и их дальнейшее совершенствование.
Успехи, достигнутые в создании боевых ракетных комплексов, мало изменили количественное соотношение американских и советских стратегических ядерных сил. К концу первого послевоенного десятилетия оно расценивалось как 20:1 не в нашу пользу. Тем не менее, запуск первого искусственного спутника Земли продемонстрировал всему миру техническое превосходство СССР в космосе и поколебал уверенность во всемогуществе США. В дальнейшем для гарантии безопасности страны предстояло наращивать количество боевых межконтинентальных ракет, стоящих на боевом дежурстве и принятых на вооружение, совершенствовать их технические и эксплуатационные характеристики. Эта работа велась неустанно и с максимальным напряжением сил.
Р-9А - межконтинентальная баллистическая ракета на кислородно-керосиновом топливе, с дальностью 13 000 км, стартовой массой 81 т и полезной нагрузкой 1,7 т. В 1963 году впервые стартовала из шахты. Этот пуск положил начало строительству серийных шахтных стартовых комплексов по всей стране. В 1965 году ракета была принята на вооружение, а ее серийное изготовление с 1963 года осуществлял все тот же куйбышевский завод "Прогресс".
ГР-1 - трехступенчатая глобальная ракета могла доставить ядерный заряд в любую точку земного шара с любого направления. Производство не было начато в связи с принятыми международными соглашениями.
РТ-2 - первая стратегическая межконтинентальная ракета на твердом топливе со стартовой массой 51 т и массой боезаряда 500 кг при дальности 10 000–12 000 км, и 1400 кг - при дальности 4000–5000 км. Это один из самых совершенных комплексов, который стал на вооружение в 1972 году и существенно повлиял на поддержание ракетно-ядерного равновесия с США. Разработка ракеты началась с 1959 года, в 1962–1963 годах прошли летные испытания, и в феврале 1966 года состоялся первый успешный пуск. Опыт проектирования РТ-2 спустя годы был использован Московским институтом теплотехники при создании мобильных ракетных комплексов, в том числе знаменитого "Тополя". Их главным конструктором стал А. Д. Надирадзе, академик, Дважды Герой Социалистического Труда.
2.5. Первые шаги в околоземное пространство
Королев проявил незаурядную дальновидность при разработке боевых ракетных комплексов, обеспечив не только формирование ракетно-ядерного щита, но и необходимые предпосылки для практического освоения космоса человеком.
Большинство его боевых ракет находили и чисто научное применение. Уже на носителе Р-1А устанавливались приборы для измерений параметров разряженной атмосферы - это были первые геофизические эксперименты. В дальнейшем исследования в этой области осуществлялись в соответствии с постановлением правительства от 30 декабря 1949 года комиссией под председательством президента Академии наук СССР С. И. Вавилова и академика М. В. Келдыша. Запуски проводились на специально предназначенных для этой цели модификациях ракеты Р-1 - Р-1Б, Р-1В, Р-1Д и Р-1Е.
Помимо прочего, исследовалось поведение животных в условиях невесомости. Спасание их обеспечивалось катапультированием в скафандре, смонтированном на специальной тележке, имеющей парашютную систему и систему жизнеобеспечения.
Новая геофизическая ракета Р-2А обеспечивала выведение головной части массой 1400 кг с научной аппаратурой для зондирования атмосферы на высотах до 200 км (рис. 2.5.1). С ее помощью проверены условия функционирования аппаратуры для искусственных спутников Земли, исследована твердая составляющая космического пространства при межпланетных полетах космических аппаратов, более детально изучены верхние слои атмосферы, а также продолжены биологические исследования. С 1957 по 1960 год было запущено 13 ракет Р-2А, из них 11 стартов прошли успешно.
На базе носителя Р-5 были построены геофизические ракеты Р-5А, Р-5Б и Р-5В, выполнявшие целый ряд научных программ, в основном для обеспечения перспективных разработок ОКБ-1. В частности, были проведены исследования по системе ориентации космических аппаратов, по аэродинамике и теплообмену. В феврале 1958 года одноступенчатая ракета Р-5А со стартовой массой 29 т впервые в мире доставила полезный груз массой 1520 кг на высоту 473 км, при этом возвращенный на Землю объект имел массу 1350 кг, а парашютная система спасения головной части обеспечивала сохранение жизни животных при приземлении.
Запуск другой геофизической ракеты - Р-11А был приурочен к Международному геофизическому году, в соответствии с постановлением правительства от 11 июля 1956 года.
Проведенные на этих аппаратах медико-биологические исследования доказали принципиальную возможность полета в космос и возвращения на Землю живых существ без заметного изменения состояния здоровья, что позволило Королеву приступить к изучению проблем, связанных с пребыванием в космосе животных и человека.
Его первая межконтинентальная ракета Р-7 проектировалась как ракета двойного назначения. Она обеспечивала не только доставку до цели ядерного заряда. Ее модификации "Спутник", "Восток", "Молния", "Восход" и "Союз" дали возможность выведения на околоземную орбиту искусственных спутников Земли, автоматических аппаратов, межпланетных станций и космических кораблей с человеком на борту. Их модификации и по сей день остаются основным и самым надежным средством доставки пилотируемых кораблей на околоземную орбиту.
В 1956 году ОКБ-1 выделяется из НИИ-88 в самостоятельную организацию, возглавляемую С. П. Королевым. На должность начальника головного проектного отдела № 9 по космическим кораблям и аппаратам он приглашает из НИИ-4 своего давнего соратника по ГИРДу Михаила Клавдиевича Тихонравова. Этому переходу предшествовали длительные и плодотворные исследования выдающегося ученого по пакетной схеме составных ракет, запуску искусственного спутника на орбиту и возвращению его на Землю. Не случайно Сергей Павлович в своих обращениях к правительству отмечал работы ближайшего соратника.
В 9-м отделе Тихонравова были спроектированы первые искусственные спутники Земли, автоматические межпланетные станции для изучения Марса и Венеры, лунные автоматические станции (рис. 2.5.2). Там же разрабатывались пилотируемые космические корабли "Восток", "Восход", "Союз", на которых летали все наши легендарные космонавты, начиная с Ю. А. Гагарина (рис. 2.5.3).
Творческий союз двух великих конструкторов - жесткого и волевого, не знающего преград бойца Королева и мягкого, интеллигентного, но не менее целеустремленного мыслителя Тихонравова - во многом предопределил успехи начального этапа нашей космонавтики. Теперь они объединились, чтобы воплотить в жизнь свои самые смелые замыслы.
2.6. Широта космических исследований - основа экспедиции на Марс
При создании космических объектов Королев стремится передать большинство своих разработок своим соратникам на другие предприятия, что способствовало закреплению за ними статуса головных структур в той или иной производственно-технической деятельности. Так, куйбышевскому филиалу ОКБ-1 под руководством Д. И. Козлова было поручено проектирование спутника-разведчика "Зенит", и с 1974 года этот филиал становится головным КБ по созданию ИСЗ для картографирования, фото и оптико-электронной разведки, изучения ресурсов Земли.
В 1965 году были запущены спутники "Молния" (руководитель проекта П. В. Цыбин), впервые обеспечившие дальнюю радиосвязь и телевидение для дальневосточных районов. Серийное изготовление и дальнейшие исследования по спутникам связи были переданы в ОКБ-10 в Красноярск, а вскоре это предприятие стало основным разработчиком систем связи и навигации в стране. Возглавил его бывший заместитель Королева М. Ф. Решетнев, ставший академиком, Героем Социалистического Труда.
Тернистый путь был пройден ОКБ-1 при создании автоматических станций для полетов на Луну, Марс и Венеру. После их длительной и незаметной, но изнурительной доводки, появились первые успехи. Впервые в мире были выполнены полет на Луну, фотографирование ее обратной стороны, мягкая посадка и передача панорамного изображения ее поверхности на Землю, полет на поверхность Венеры. По решению С. П. Королева работы по этим автоматическим аппаратам вместе с технической документацией были переданы в ОКБ им. С. А. Лавочкина, где они получили дальнейшие развитие: осуществлены мягкая посадка и доставка лунохода, исследование Луны с орбиты, доставка грунта с ее поверхности на Землю, исследование Марса и Венеры с орбиты спутников, посадка автоматических аппаратов на поверхности этих планет, проведены исследования Солнца. Руководил этими работами в ОКБ им. С. А. Лавочкина Г. Н. Бабакин, также бывший сотрудник НИИ-88, в дальнейшем член-корреспондент АН СССР, Герой Социалистического Труда.
В 1962 году в отделе Тихонравова изучался вопрос об использовании самоходного транспортного средства для передвижения по поверхности планет. Техническое задание на разработку марсохода выдается Ленинградскому институту транспортного машиностроения (ВНИИ-100). В мае 1963 года институт для ознакомления с ходом работ посетили Королев и Тихонравов. В 1965 году эта тема также была передана в ОКБ им. С. А. Лавочкина. Неизвестный марсоход превратился в знаменитый луноход и в ноябре 1970 года автоматическая станция "Луна-17" доставила его на поверхность Луны, где он проработал 300 суток, прошел 10 000 м лунных дорог и передал на Землю около 20 000 снимков лунной поверхности.
Забегая вперед, скажу, что Сергей Павлович в процессе реализации программы лунной экспедиции решил поручить ОКБ им. С. А. Лавочкина проектирование его "изюминки" - лунного посадочного корабля, и только после многочисленных просьб наших разработчиков согласился оставить эту интересную и престижную работу за своим коллективом.
Все эти примеры свидетельствуют о том, что при организации и распределении работ Королев всегда руководствовался принципами рациональности и целесообразности. Отдавая в другие руки заведомо привлекательные и выигрышные темы, он сохранял свободными мощности своего предприятия для решения главной задачи - создания межпланетного комплекса для полета человека на Марс. Вместе с тем, он всемерно помогал коллегам, считая их проекты будущими составными частями своего марсианского комплекса. Сергей Павлович не мог допустить, чтобы переданное в другие руки начинание не дало результата, поскольку это означало бы, что определенная проблема марсианской экспедиции не будет решена.
Королев строил проект не на пустом месте. Многие из вышеперечисленных работ открыли целые направления в ракетной и космической технике. Все они, задуманные и организованные одним человеком, представляют собой тот мощный фундамент, который позволил Королеву без сомнений в успехе взяться за решение дерзновенной задачи полета человека на другую планету.
Глава 3
Проект Королева - экспедиция человека на Марс
"То, что казалось несбыточным на протяжении веков, что еще вчера было лишь дерзновенной мечтой, сегодня становится реальной задачей, а завтра - свершением. Нет преград человеческой мысли!"
С. П. Королев
(газета "Правда" от 1 января 1966 года - за одиннадцать дней до кончины)
3.1. Марсианский пилотируемый ракетно-космический комплекс
Облик марсианского пилотируемого ракетно-космического комплекса (МПРКК) окончательно сформировался к 1964 году - лишь на четвертый год проектирования. Он состоял из двух основных частей: марсианского пилотируемого космического комплекса (МПКК) - для полета экипажа к красной планете, высадки на ее поверхность и возвращения на Землю (иногда тяжелый межпланетный комплекс называли ТМК) - и межпланетного ракетного комплекса (МРК), где в качестве основного элемента использовалась трехступенчатая ракета-носитель Н1, а также имелись технический, стартовый комплексы и другие наземные сооружения. МРК должен был обеспечивать подготовку, старт и выведение на околоземную монтажную орбиту семидесятипятитонных блоков, из которых предполагалось собрать марсианский комплекс.
Компоновка МПКК к тому времени уже приобрела определенный вид (рис. 3.1.1). Для его сборки на орбите был предусмотрен монтажный отсек сферической формы с шестью или восемью стыковочными узлами. К нему с одной стороны стыковались марсианский орбитальный комплекс (МОК) и марсианский посадочный комплекс (МПК), с другой - разгонный ракетный комплекс в виде центрального и 4–6 боковых модулей, который обеспечивал старт МПКК с монтажной орбиты и выведение его на траекторию полета к Марсу.
В состав МОК входили тяжелый межпланетный корабль (ТМК) и разгонный ракетный блок (РРБ) для разгона ТМК с орбиты спутника Марса на траекторию полета к Земле, а посадочный комплекс состоял из тормозных и посадочных устройств, посадочной ракеты и марсианского корабля с двухступенчатой взлетной ракетой и капсулой возвращения.
Сборка на орбите комплекса массой в 400–500 тонн должна была обеспечиваться запусками 4–6 ракет-носителей Н1 и могла продолжаться в течение года. Все его составные части должны были проходить полный цикл проверок и испытаний, аналогичных заводским, выполняемых специальными бригадами космонавтов из числа опытных специалистов ОКБ-1, головного завода и космодрома. Бригады планировалось доставлять на орбиту на корабле типа "Союз" и размещать в специальном жилом блоке. После завершения предстартовой подготовки сборочные бригады возвращались на Землю.
Экипаж прибывал на ТМК заранее и лично проводил подготовку и запуск замкнутого биолого-технического комплекса, а также проверку всех систем корабля, а экипаж перед стартом занимал место в спускаемом аппарате, откуда мог управлять всеми динамическими операциями.
Экспедиция должна была проходить по следующей схеме (рис. 3.1.2). Марсианский комплекс, после выведения с околоземной орбиты на траекторию полета к Марсу и отделения отработавшего разгонного блока, осуществлял автономный полет, постоянно поддерживая ориентацию на Солнце и связь с Землей. Блок, в котором размещался экипаж при полете к Марсу и обратно, представлял собой единую конструкцию и понимался как собственно ТМК. В его состав входили орбитальный модуль, корректирующая двигательная установка и возвращаемый на Землю спускаемый аппарат (СА) весом 2,1 тонны, т. е. около 0,5 % от начального веса комплекса на орбите искусственного спутника Земли. Для всех расчетов было принято, что экипаж экспедиции состоит из трех человек, двое из которых высаживаются на поверхность Марса.
При возникновении аварийной ситуации на любом этапе разгона с ОИСЗ к Марсу экипаж, находясь в спускаемом аппарате, имел возможность отделиться от комплекса вместе с корректирующей двигательной установкой и разгонным блоком и вернуться на Землю.
Переход с траектории полета к Марсу на орбиту его спутника в этом варианте проекта выполнялся за счет аэродинамического торможения комплекса в марсианской атмосфере, которое происходило при многократном погружении в нее на определенную высоту и время. На орбите, после необходимых проверок и подготовки, два члена экипажа перемещались в капсулу возвращения марсианского корабля. Посадочный комплекс отделялся от орбитального, осуществлял сход с орбиты, спуск в атмосфере, торможение и посадку.
Проведя необходимые работы на поверхности планеты, экипаж стартовал, выводился на исходную орбиту, капсула возвращения стыковалась с орбитальным комплексом, и космонавты возвращались на ТМК. При старте к Земле они занимали места в спускаемом аппарате, который при подлете к ней отделялся от ТМК и, осуществляя управляемый спуск в атмосфере, приземлялся.
Описанный облик и компоновка межпланетного комплекса были приняты за основу к середине 1962 года. В дальнейшем эти работы продолжались до середины 1964 года.