Советская лунная программа включала в себя два этапа: первыйоблет Луны пилотируемым кораблем, второй - высадка советского космонавта на лунную поверхность. В этом было ее коренное отличие от американской лунной программы: ученые и инженеры США не собирались выделять облет Луныда еще без выхода на ее орбиту, по пролетной, баллистической траектории, - в отдельное направление работ и строить для достижения этой цели специальный космический корабль. Подразумевалось, что в рамках реализации проекта Аполлон по высадке человека на Луну пилотируемый облет Луны произойдет сам собой: ведь перед посадкой на естественный спутник Земли американский корабль сначала должен был выйти на орбиту вокруг него. А вот в СССР эту вполне логичную двойную задачу в лунных исследованиях зачем-то разбили на две отдельные задачи. Хотя, в общем-то, понятно зачем: если Советский Союз не потянет высадку своего космонавта на лунную поверхность, то хоть первым облетом Луны советским пилотируемым космическим кораблем утрет нос американцам.
Сергей Павлович Королев начал готовить пилотируемый облет Луны еще в 1962 году. Корабль Восток в том виде, в котором он разрабатывался для околоземных пилотируемых полетов, не мог быть использован для окололунной экспедиции. Нужны были дополнительные двигатели коррекции траектории. Нужна была аппаратура для сближения и стыковки с ракетными блоками. И, наконец, нужен был новый спускаемый аппарат. Спускаемая капсула в виде сферы, входящая в земную атмосферу со второй космической скоростью, не обеспечивала приемлемый уровень перегрузок для пилота космического корабля. Для снижения перегрузок требовался спускаемый аппарат, обладающий иными аэродинамическими свойствами.
В начале 1962 года в ОКБ-1 план подготовки и осуществления лунной пилотируемой экспедиции был, наконец, конкретизирован в виде достаточно подробного проекта работ. Произошло это 10 марта, то есть почти через десять месяцев после знаменитого выступления президента США Джона Ф. Кеннеди. Программа американской лунной экспедиции Аполлон к этому времени уже осуществлялась полным ходом.
Даже сегодня проект лунных исследований, предложенный в начале 1962 года С.П.Королевым, выглядит очень и очень впечатляющим. Ведь была предложена не просто конструкция космического корабля для реализации лишь одной цели - пилотируемого облета Луны, а целостная система исследований естественного спутника Земли.
Подготовленная С.П.Королевым и его сотрудниками программа исследований Луны включала в себя пять этапов.
На первом этапе, который обозначался Л1, предполагалось отправить в окололунное пространство пилотируемый космический корабль с экипажем в составе двух космонавтов.
На этапе, обозначенном Л2, на поверхность Луны должен был высадиться специальный луноход. Одна из целей этой экспедициипоиск мест для будущей посадки на лунную поверхность пилотируемого корабля.
Саму высадку космонавтов на поверхность Луны предполагалось выполнить в ходе реализации третьего этапа - Л3.
В отличие от американского проекта Аполлон план исследований Луны, предложенный С.П.Королевым, не заканчивался с высадкой человека на лунную поверхность. Окололунные исследования предполагалось продолжить на четвертом этапе с помощью пилотируемого корабля Л4, способного доставить к Луне экипаж из трех космонавтов.
На пятом этапе, Л5, на Луну помимо космонавтов должен был доставляться еще и луноход для длительных поездок экипажа космического корабля по поверхности Луны.
Весь комплекс работ по пяти этапам программы Л предполагалось выполнить в период с 1965 по 1975 годы.
На первый взгляд программа исследований Луны, предложенная С.П.Королевым, действительно производит впечатление мощной и всеобъемлющей. Но сомнения в ее целесообразности начинают появляться сразу после детального сравнения ее с американской программой Аполлон.
Для реализации проекта исследования Луны в версии С.П.Королева требовалось разработать, испытать и изготовить три разных космических корабля - Л1, Л3, Л4 (и, возможно, существенно модифицировать корабль Л3 для участия в миссии Л5) - и два лунохода (Л2 и Л5). А у американцев практически все эти задачи решала одна программа Аполлон:
- пилотируемый облет Луны мог выполнить основной блок корабля Аполлон;
- для высадки на Луну использовался специальный лунный модуль, который доставлялся к Луне тем же основным блоком корабля Аполлон;
- на лунном модуле в сложенном состоянии крепился лунный вездеход, который мог обеспечить поездки экипажа корабля Аполлон по поверхности Луны.
Таким образом, американцы решали большинство задач проекта Л одной космической системой. Единственной изюминкой проекта С.П.Королева оставался луноход Л2, который должен был искать места для посадок пилотируемых кораблей. Позднее, с началом полетов автоматических станций - советской серии Луна и американских серий Рейнджер, Сервейер и Лунар Орбитер, - выяснилось, что для определения вероятных мест посадок лунных пилотируемых кораблей без лунохода вполне можно обойтись. Хотя риск нарваться почти у самой поверхности на россыпь камней, не замеченную с орбиты спутника Луны, все же оставался, но чтобы избежать такой аварийной ситуации, американский лунный модуль мог некоторое время перемещаться над лунной поверхностью в горизонтальном полете.
У американцев для реализации программы Аполлон использовалась только ракета-носитель Сатурн-5 (носитель Сатурн-1Б должен был стартовать в космос только на этапе околоземной отработки всей космической системы). А по проекту С.П.Королева должны были использоваться модифицированные носители Р-7 и новая сверхмощная ракета Н-1. Эту сверхмощную ракету-носитель Королев начал проектировать еще в начале 60-х годов. Генерал Николай Каманин отмечал в своем дневнике:
12 февраля (1961 годаС.Ч.)
Сергей Павлович поделился со мной своими планами на будущее, дал почитать свою голубую папку Планы ОКБ-1 на семилетку. В соответствии с постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР 715-296 от 23 июня 1960 года о создании тяжелых обитаемых спутников Королев начал создавать носитель Н-1 [9.4].
К весне 1963 года проект ракеты-носителя Н-1 стал уже обретать конкретные черты. Генерал Николай Каманин писал:
28 апреля (1963 голаС.Ч.)
Сегодня 3 часа заседал президиум Межведомственного Совета по космосу. Вел заседание Келдыш, доклад о ракете Н-1 сделал Королев. Кроме членов президиума, присутствовало несколько академиков, главных конструкторов и начальников институтов.
Ракета Н-1 будет готова в 1965 году. Она позволит выводить на орбиту высотой 300 километров 75 тонн полезной нагрузки, на 3 тысячи километров 50 тонн и на 36 тысяч километров (стационарная орбита - Ред.) - 16 тонн. С помощью этой ракеты космонавтам можно будет слетать на Луну и вернуться на Землю, облететь Марс или Венеру и вернуться на Землю. Для осуществления таких полетов потребуется 3-10 пусков ракеты. Ракета Н-1 может быть использована и для создания научной орбитальной станции, а также для решения ряда военных задач (разведка, перехват, удар). На заседании Межведомственного Совета было признано целесообразным доложить в ЦК КПСС обо всех этих вариантах применения новой ракеты [9.4].
Вроде бы, имеет место некий конструкторский паритет: две ракеты у США, две ракеты у СССР. Но есть существенное отличие в количестве запусков ракет-носителей для осуществления одной лунной экспедиции. У американцев для запуска космического комплекса Аполлон к Луне используется одна ракета-носитель Сатурн-5. Советских космонавтов в рамках, например, программы Л3 предполагалось доставить на лунную поверхность с использованием трех ракет-носителей Н-1 и одной модифицированной ракеты-носителя типа Р-7. Значит, и стоимость советской лунной экспедиции была в два - два с половиной раза выше, чем американской. Общая стоимость программы лунных исследований стала одним из камней преткновения на пути реализации всего проекта Л.
Кроме того, реализацию своего масштабного проекта С.П.Королев начал фактически только в марте 1962 года. К этому времени за океаном уже полным ходом шли работы по созданию ракетно-космического комплекса Аполлон-Сатурн, а Сатурн-1 - прототип ракет-носителей Сатурн-1Б и Сатурн-5, которые должны были использоваться в лунной экспедиции, - уже стартовал с пусковой площадки космодрома на мысе Канаверал. Даже в момент начала программы Л Советский Союз уже отставал от Соединенных Штатов в подготовке лунной экспедиции на два-три года.
Отметим также, что проект Л-1 для пилотируемого облета Луны, который разрабатывался в ОКБ-1 под руководством С.П.Королева, все время менялся. Последний вариант, подготовленный в начале 1963 года, предусматривал уже совершенно иную схему полета, чем это было в первоначальных вариантах окололунной экспедиции. Сначала производился запуск специального разгонного модуля (разгонного блока). Заправлять модуль намечалось с помощью четырех специальных кораблей - танкеров, которые должны были доставить в космос в совокупности свыше 22 тонн окислителя и горючего, а затем отделиться от ракетного модуля. После заправки модуля к нему стартовал пилотируемый корабль с двумя космонавтами. Именно этому кораблю и предстояло долететь до лунной орбиты, а затем вернуть космонавтов на Землю. Заправленный топливом ракетный блок разгонял пилотируемый космический корабль кормовой частью вперед и отделялся.
Двигатели пилотируемого космического корабля использовались в этом полете только для коррекции траектории движения. Обогнув Луну, космический корабль брал курс к Земле. На подлете к планете происходило разделение корабля на составные отсеки: бытовой отсек, спускаемый аппарат и приборно-агрегатный отсек. Бытовой и приборно-агрегатный отсеки сгорали в земной атмосфере или выходили на очень вытянутую околоземную орбиту. Спускаемый аппарат, похожий по форме на автомобильную фару, имел аэродинамическое качество, что позволяло ему совершить управляемый спуск в атмосфере и посадку в заданном районе Советского Союза. Был возможен и спуск по баллистической траектории, но в этом случае перегрузки были более значительными.
Этот ракетно-космический комплекс получил наименование Союз. Таким образом, в состав комплекса входили космические корабли трех типов:
- двухместный пилотируемый корабль 7К (Союз-А);
- ракетный блок 9К (Союз-Б);
- танкер-заправщик 11К (Союз-В).
Для осуществления всей этой программы использовалась ракета-носитель Р-7А. Всего для осуществления одной экспедиции к Луне требовалось шесть пусков ракеты-носителя этого типа.
Двухместный (хотя не исключался и полет трех космонавтов) пилотируемый космический корабль 7К должен был состоять из шести основных отсеков:
- стыковочного агрегата;
- бытового отсека коническо-цилиндрической формы;
- спускаемого аппарата, имеющего аэродинамическое качество и внешне похожего на автомобильную фару;
- отсека двигателей причаливания и ориентации;
- цилиндрического приборно-агрегатного отсека, внутри которого располагалась сближающе-корректирующая двигательная установка, а на его внешней поверхности - две панели раскрывающихся после запуска в космическое пространство солнечных батарей;
- тороидального навесного орбитального отсека, который располагался около базового шпангоута агрегатного отсека и сбрасывался после стыковки с ракетным блоком.
Ракетный блок 9К состоял из двух основных частей: ракетного модуля Союз-БМ и базового навесного отсека Союз-БН. Ракетный модуль включал в себя топливные баки, двигательную установку, аппаратуру для сближения и стыковки с кораблем 7К.
Танкер-заправщик 11К Союз-В должен был иметь две разновидности: Союз-ВА - для окислителя, Союз-ВБ - для горючего.
Постановление Совета Министров СССР346-160 от 16 апреля 1962 года предписывало ОКБ-1 начать работы по проекту космической сборки [9.5].
Первый эскизный проект комплекса 7К-9К-11К С.П.Королев утвердил 24 декабря 1962 года. 7 марта 1963 года был утвержден теоретический чертеж корабля 7К. Проспект проекта полета к Луне был подписан С.П.Королевым 10 мая 1963 года и именовался Сборка космических аппаратов на орбите спутника Земли. С.П.Королев ставил своей целью в ходе реализации проекта выполнить две основные задачи: отработать стыковку и сборку на орбите и облететь Луну пилотируемым аппаратом [9.6].
Этап проектной разработки корабля 7К завершился в 1963 году выпуском исходных данных на конструкцию и системы корабля и его спускаемого аппарата. Генерал Николай Каманин писал о проекте Союз:
21 января (1963 годаС.Ч.)
Более трех часов вместе с генералами Мишуком, Холодковым и группой офицеров ВВС работали в ОКБ-1. Константин Петрович Феоктистов и другие инженеры и конструкторы доложили нам основные данные, назначение и принципы использования космического корабля Союз. Главная идея Союза осуществление стыковки на орбите с целью обеспечения длительных полетов научного и военного назначения. В комплекс Союз входят три составные части:
1) трехместный космический корабль 7К (массой 5,5 тонн) с бытовым отсеком и спускаемым аппаратом;
2) ракета 9К (общей массой 18 тонн) с двигателями и запасом топлива для маневрирования корабля на орбите и доразгона его до второй космической скорости (тяга основного двигателя - 0,45 тонны, а двигателей ориентации от одного до десяти килограммов; масса топлива при полной заправке баков ракеты составляет 14 тонн; для полной заправки необходимы четыре стыковки с танкерами;
3) танкер 11К (массой 5 тонн) для доставки на орбиту двухкомпонентного топлива.
Проектом предусматривается, что комплекс Союз должен функционировать на круговой околоземной орбите высотой 250 километров в течение трех лет со сменой экипажей, дозаправкой, проведением профилактического ремонта и заменой агрегатов. Ресурсы корабля 7К позволяют осуществить полет на удаление до 400 тысяч километров (пилотируемый облет Луны). Разрабатываются и военные варианты корабля: Союз-П (перехватчик) и Союз-Р (разведчик).
Установленные на корабле бортовые средства поиска, обнаружения и сближения (массой 400 килограммов) обеспечивают полностью автоматическую без участия экипажа - стыковку на орбите, но предусматривается и ручное (визуальное) управление процессом стыковки с расстояния 300 метров. Спуск корабля с орбиты - неуправляемый; ОКБ-1 категорически отвергает использование на Союзе каких-либо крыльев. Чтобы не задерживать решение главной проблемы - стыковки в космосе, - ВВС вынуждены снять свои предложения об установке на корабле крылышек. Посадка спускаемого аппарата осуществляется с помощью парашютно-реактивной системы, при этом скорость спуска на парашюте не превышает 10 метров в секунду, а скорость в момент приземления при нормальной работе тормозных двигателей равна нулю. Индивидуальные парашюты и скафандры для членов экипажа не предусматриваются: рекомендации ВВС о необходимости иметь на Союзе скафандры остались нереализованными (и это пренебрежение скафандрами сыграет через восемь лет, в 1971 году, роковую роль и приведет к гибели экипажа космического корабля Союз-11Георгия Добровольского, Владислава Волкова и Виктора ПацаеваС.Ч.).
В целом проект производит хорошее впечатление, но его разработка затягивается, и первый одиночный (без стыковки) полет корабля 7К может состояться не раньше второй половины 1964 года.
21 марта (1963 годаС.Ч.).
С 10 до 14 часов проходило заседание Президиума Межведомственного совета по освоению космического пространства и одновременно заседание экспертной комиссии по Союзу.
Королев в своем докладе изложил основные идеи проекта Союз и принципы их осуществления. Главное в эскизном проекте Союз - стыковка на орбите. Освоение стыковки на орбите - это новая, более высокая ступень освоения космоса. Стыковка позволит осуществлять полеты большой длительности (месяцами). С использованием только имеющихся носителей можно будет осуществить пилотируемый облет Луны, а с носителем Н-1 (вывод на орбиту до 70 тонн) возможен будет полет экипажа на Луну, Марс и Венеру; появится возможность создавать постоянные орбитальные станции, менять экипажи на орбите, оказывать помощь экипажам, терпящим бедствие в космосе, и решать другие задачи.
Все одобрительно отзывались о главной идее Союза - стыковке, - но одновременно указывали и на большие трудности ее осуществления. Вопросы, которые задавали Челомей, Глушко и другие, показали их полное незнание проекта, но, тем не менее, он был единогласно одобрен. Королев заявил, что Союз будет летать уже летом 1964 года. Будет отлично, если не весь комплекс Союза (7К, 9К, 11К), а хотя бы только 7К (корабль с экипажем) совершит первый полет в 1965 году. ВВС имеют громадный опыт дозаправки самолетов в воздухе, и этот опыт нужно использовать при освоении стыковки космических кораблей [9.4].