Бытовой (орбитальный) отсек расположен в передней части космического корабля 7К-ОК (Союз) и сообщается со спускаемым аппаратом с помощью герметичного люка.
Впереди и снаружи бытового (орбитального) отсека расположен стыковочный узел типа штырь-конус - в зависимости от того, каким является корабль, активным или пассивным. Активный корабль со штыревым стыковочным устройством имеет обозначение 7К-ОК(А), пассивный корабль с воронкообразным стыковочным устройством обозначается соответственно 7К-ОК(П). При стыковке космические корабли сближаются на околоземной орбите, штырь входит в воронку и в дальнейшем фиксируется в ней. Происходит механическое и электрическое соединение двух космических аппаратов.
Спускаемый аппарат корабля 7К-ОК (Союз) обладает рядом преимуществ по сравнению с кабинами кораблей 3КА (Восток) и 3КВ (Восход). Фарообразная форма спускаемого аппарата обеспечивает аэродинамическую подъемную силу необходимой величины при полете в атмосфере Земли на участке спуска. Путем изменения ее величины может осуществляться управление полетом спускаемого аппарат при движении в атмосфере.
Снаружи на спускаемый аппарат наносится специальное теплозащитное покрытие для предохранения от интенсивного аэродинамического нагрева при спуске на Землю.
В спускаемом аппарате размещены кресла-ложементы для экипажа в составе трех космонавтов. Там же смонтирована радиоаппаратура связи, приборы для управления спуском и система обеспечения жизнедеятельности. В специальных контейнерах размещаются основная и запасная парашютные системы. На корпусе спускаемого аппарата установлены реактивные двигатели системы управления спуском и двигатели мягкой посадки. Непосредственно перед креслами космонавтов имеется пульт управления космическим кораблем. На пульте расположены приборы для контроля работы систем и агрегатов корабля, навигационное оборудование, телевизионный экран и клавишные переключатели для управления бортовыми системами. Рядом с пультом на специальном иллюминаторе установлен оптический визир-ориентатор.
По бокам центрального креслакресла командира космического экипажа - размещены две ручки управления кораблем. Правая ручка используется для управления ориентацией корабля вокруг центра масс, левая - для изменения линейной скорости корабля при маневрировании в космосе. По левому и правому борту спускаемого аппарата имеются иллюминаторы для визуального наблюдения, киносъемки и фотографирования.
В верхней части спускаемого аппарата находится люк для посадки космонавтов на старте и для их перехода в бытовой отсек космического корабля.
И в бытовом отсеке, и в спускаемом аппарате на всех участках полета системами терморегулирования и регенерации поддерживаются нормальное атмосферное давление, влажность и температура. Во время полета в корабле 7К-ОК (Союз) экипаж мог находиться в обычной легкой одежде и без скафандров: считалось, что с точки зрения обеспечения герметичности корабль абсолютно надежен.
Траектория спуска с использованием аэродинамического качества позволяет снизить перегрузки, действующие на экипаж на участке спуска, до 34 единиц (по сравнению с 8-10 единицами при баллистическом спуске на кораблях 3КА (Восток) или 3КВ (Восход)). Управление при спуске производится не только по величине подъемной силы, но и по направлению общей аэродинамической силы, действующей на аппарат. В случае необходимости возможен спуск космического корабля и по баллистической траектории.
Спуск в атмосфере спускаемого аппарата космического корабля 7К-ОК (Союз) и снижение его скорости от первой космической (7,812 километров в секунду) до скорости несколько метров в секунду непосредственно перед контактом с землей выполняется в несколько этапов.
На первом этапе производится предпосадочная ориентация корабля с использованием специальных бортовых датчиков, включается двигательная установка и выдается тормозной импульс. Корабль теряет орбитальную скорость (то есть его скорость становится меньше первой космической скорости) и начинает погружаться в плотные слои атмосферы. Происходит разделение отсеков: бытовой и приборно-агрегатный отсеки отделяются от спускаемого аппарата с помощью взрывающихся пиропатронов.
В ходе второго этапа спускаемый аппарат движется в атмосфере, интенсивно тормозясь воздушными массами. С высоты предпосадочной орбиты и до высоты примерно двенадцать километров его торможение происходит за счет сопротивления атмосферы и определенной ориентации самого спускаемого аппарата относительно набегающего потока воздуха. Вокруг корабля появляется плазменное облако высокотемпературного газа. Радиосвязь на этом этапе со спускаемым аппаратом невозможна, поскольку радиоволны не проходят сквозь плазму. Спускаемый аппарат может двигаться как по обычной баллистической траектории, - аналогично кораблям 3КА (Восток) и 3КВ (Восход), - так и использовать систему управления спуском, то есть свое небольшое аэродинамическое качество. Аппарат движется донным теплозащитным экраном вперед по направлению его полета.
Третий этап спуска корабля 7К-ОК (Союз) на Землю начинается на высоте примерно двенадцать километров. При достижении этой высоты скорость движения спускаемого аппарата падает до 220-240 метров в секунду. Поскольку скорость движения спускаемого аппарата уменьшилась, снижается и сила сопротивления воздуха. Спускаемый аппарат постепенно уменьшает скорость, но уже очень медленно.
На четвертом этапе для дальнейшего снижения скорости корабля в атмосфере используется парашютная система. Она вводится в действие на высоте примерно десять километров. Автоматически по команде барометрического прибора, расположенного в спускаемом аппарате, выдается команда на ввод парашюта. Происходит отстрел крышки парашютного контейнера с основным парашютом. В набегающий воздушный поток выводятся два вытяжных парашюта. Вытяжной парашют с меньшей площадью работает при больших скоростях спускаемого аппарата во время спуска с орбиты. Вытяжной парашют с большей площадью - при относительно малых скоростях (например, в случае работы системы аварийного спасения перед стартом, при старте или в первые минуты после старта ракеты-носителя с космическим кораблем с космодрома). При штатном спуске с орбиты (то есть при большой скорости спускаемого аппарата) вытяжной парашют с большей площадью купола обрывает тарированную по прочности связь и отделяется. Второй вытяжной парашютс меньшей площадьювытягивает тормозной парашют, который имеет площадь купола четырнадцать квадратных метров.
Пятый этап спуска начинается после гашения скорости спускаемого аппарата до 85-90 метров в секунду. Тормозной парашют вытягивает из контейнера купол основного парашюта, который находится в зарифованном состоянии (то есть частично собран специальным шнуром). Сначала основной парашют наполняется не полностью, чтобы не была превышена заданная на него нагрузка. Происходит отделение тормозного парашюта. Основной парашют вводится на высоте около семи километров над поверхностью земли. При этом за 4-5 секунд скорость спускаемого аппарата падает до 35 метров в секунду. Основной парашют разрифовывается: специальные резаки рассекают рифовочный шнур на части. Купол раскрывается и полностью наполняется воздухом. Основной парашют постепенно снижает скорость движения спускаемого аппарата до 5-6 метров в секунду.
На шестом этапе спуска от донной части спускаемого аппарата отделяется теплозащитный экран, перекрывающий сопла двигателей мягкой посадки. Внутри спускаемого аппарата взводится пружинная система амортизации кресел космонавтов. Парашют автоматически перецепляется на симметричную подвеску относительно спускаемого аппарататеперь спускаемый аппарат опускается не в наклонном, а в вертикальном положении, которое наиболее благоприятно для мягкого приземления.
На седьмом этапе на расстояние примерно полутора метров от Земли по сигналу датчиков автоматически включаются двигатели мягкой посадки. Корабль опускается на земную поверхность. При этом в зависимости от рельефа местности, погодных условий и величины горизонтальной составляющей спускаемый аппарат может либо сохранить вертикальное положение, либо опрокинуться на бок. Любой из этих вариантов считается штатным. После того, как космонавты убедятся, что корабль действительно приземлился и не движется, они нажатием кнопки на пульте управления отстреливают от спускаемого аппарата половину строп парашюта, чтобы избежать возможности волочения аппарата парашютом при сильном ветре.
Если на корабле 7К-ОК (Союз) по какой-то причине произойдет отказ основной парашютной системы, предусмотрено задействование запасной парашютной системы. Она находится внутри спускаемого аппарата в контейнере меньшего объема. Запасная система парашютирования начинает работу только в случае несрабатывания основной системы: например, если на заданной высоте не отстрелилась крышка парашютного контейнера основной системы, и основной парашют остался внутри своего контейнера. При этом на высоте около пяти километров бортовая автоматика выдает команду на отстрел крышки контейнера запасного парашюта. В составе запасной парашютной системы нет тормозного парашюта. Вытяжной парашют сразу вытаскивает из контейнера запасной парашют, который находится в зарифованном состоянии. Примерно через четыре секунды после выхода запасной парашют разрифовывается и полностью раскрывается. Площадь запасного парашюта почти в половину меньше площади основного парашюта - 574 квадратных метра. Это означает, что к моменту включения двигателей мягкой посадки скорость спускаемого аппарата снизится только до 8-10 метров в секунду. Но и это жесткое приземление будет совершенно безопасно для находящегося внутри спускаемого аппарата экипажа космонавтов.
Для обеспечения поиска после приземления спускаемый аппарат корабля 7К-ОК (Союз) оборудован радиосистемами, позволяющими осуществлять его пеленгацию на участке парашютирования и после приземления или приводнения.
Непосредственно за спускаемым аппаратом космического корабля 7К-ОК (Союз) расположен приборно-агрегатный отсек. Он в свою очередь состоит из ферменного переходного отсека, приборного и агрегатного отсеков. Приборно-агрегатный отсек предназначен для размещения в нем основной бортовой аппаратуры и двигательных установок корабля, работающих в орбитальном полете. Аппаратура и оборудование размещаются в герметичном приборном отсеке, внутри которого поддерживаются условия, необходимые для нормального функционирования аппаратуры. В нем сосредоточены агрегаты системы терморегулирования, системы единого электропитания, аппаратура дальней радиосвязи и радиотелеметрии, приборы системы ориентации и управления движением со счетно-решающими устройствами. В негерметичной части приборно-агрегатного отсека установлена жидкостная реактивная двигательная установка, которая используется для выполнения маневров на орбите, а также для спуска корабля на Землю. Эта установка имеет два двигателя (основной и дублирующий) с тягой по четыреста килограммов каждый. Следует отметить, что возможности двигательной установки корабля 7К-ОК (Союз) позволяют совершать на нем маневры до высоты 1300 километров над поверхностью Земли.
Для осуществления ориентации и перемещений корабля 7К-ОК (Союз) при маневрировании на нем имеется система двигателей малой тяги.
Снаружи агрегатного отсека размещены датчики системы ориентации. На приборно-агрегатном отсеке установлены солнечные батареи с полезной площадью 14 квадратных метров и основные антенно-фидерные устройства бортовых радиосистем корабля, которые обеспечивают его радиосвязь с наземными службами.
Для обеспечения постоянного освещения солнечных батарей космического корабля 7К-ОК (Союз) предусмотрен режим их ориентации на Солнце. Для этого кораблю придается вращение относительно оси, направленной на Солнце, со скоростью несколько градусов в секунду (так называемая солнечная ориентация или закрутка на Солнце). Энергоснабжение бортовой аппаратуры осуществляется централизованной системой электропитания.
Управление бортовыми системами корабля 7К-ОК (Союз) может проводиться космонавтами с расположенного внутри спускаемого аппарата пульта, а также автоматически - по командам, передаваемым с Земли.
Запуск космического корабля 7К-ОК (Союз) предполагалось осуществлять с помощью трехступенчатой ракеты-носителя 11А511 Союз с площадки31 космодрома Байконур.
Во второй половине 1966 года разработка космического корабля 7К-ОК (Союз) вступила в завершающую стадию. Теперь предстояли его летные испытания на околоземной орбите. Предполагалось, что уже во второй половине года состоятся два или даже три полета нового советского космического корабля.
10.2. Первый испытательный полет космического корабля 7К-ОК (Союз)
Советское руководство очень сильно давило на конструкторов и испытателей корабля 7К-ОК (Союз), требуя ускорения реализации космической программы. Причем во внимание не брались ни еще сырая техника, ни организационная неготовность для осуществления космических экспедиций. Властям СССР нужны были не столько научные и технические результаты космических полетов, сколько их пропагандистский эффект. Генерал Николай Каманин в своем дневнике писал:
28 октября (1966 годаС.Ч.).
У Д.Ф.Устинова состоялось вчера совещание по готовности 7К-ОК. Срок пуска технологических кораблей опять перенесли, теперь он назначен на 20 ноября. Пуск кораблей с экипажами Мишин считает возможным не раньше 10 января 1967 года, но Устинов приказал готовить пуск на 20 декабря 1966 года. Пуск 20 декабря почти исключается: еще не готовы корабли, не готов тренажер, не закончено оборудование самолета Ту-104 для полетов на невесомость.
22 ноября (1966 годаС.Ч.).
Звонил секретарь ЦК Устинов. Устинов в разговоре сказал: О всех ваших делах я докладывал Брежневу, нас всех беспокоит большая активность американцев. Надо сделать все возможное, чтобы уже в этом году иметь новые успехи [10.1].
В одной из публикаций по истории космических программ приводятся такие данные:
Естественно, сырой корабль показал себя сполна: 2123 дефекта, для устранения которых нужны были 897 доработок. Потом, уже на космодроме, выявилось около трех сотен дефектов. Но такова цена времени. Благо это был тестовый Союз, и никто не требовал, чтобы в него посадили человека. Правда, отыграться решили в другом: запустить не один корабль, а сразу два! Такой расклад позволял проверить своеобразный козырь, имевшийся у нас и отсутствовавший у США. Систему автоматической стыковки. Это было действительно крупное достижение, и в случае успеха им можно было гордиться [10.2].
Первый испытательный полет в рамках осуществления программы Союз наметили на конец ноября 1966 года. В этом полете планировалось последовательно вывести на околоземную орбиту корабли 7К-ОК(П)2 (Союз) и 7К-ОК(А)1 (Союз). А далее предполагалось два варианта возможных действий. Если активный корабль 7К-ОК(А)1 (Союз) после выхода на орбиту окажется не более чем в двадцати километрах от пассивного 7К-ОК(П)2 (Союз), что было вполне вероятно, то тут же последует команда о включении системы сближения Игла для начала поиска и сближения. Если же расстояние между кораблями окажется более двадцати километров, то потребуется специальный корректирующий маневр, поэтому сближение и стыковка состоятся через сутки. После сближения и стыковки предстояла проверка возможности управления построенной на орбите связки. После трех суток полета в состыкованном состоянии предполагалась расстыковка кораблей. Затем, с суточным интервалом, должен осуществиться управляемый спуск кораблей на территорию СССР.
Генерал Николай Каманин писал о значении запуска корабля 7К-ОК (Союз) для советской космической программы:
28 ноября (1966 годаС.Ч.).
Сегодня должен состояться первый пуск Союза, которого на основании обещаний Королева мы ждем уже более четырех лет. Промышленность задержала изготовление кораблей из-за излишней их автоматизации: Союзы должны стыковаться автоматически, даже без космонавтов на борту. Эти корабли способны маневрировать и обладают другими хорошими качествами, но у них много и недостатков. Завтра должна состояться первая в мире стыковка двух беспилотных космических кораблей. Правда, американские астронавты на кораблях Джемини уже выполнили несколько стыковок с ракетами Аджена. От успешных полетов Союзов зависит наше ближайшее (2-3 года) космическое будущее: на базе Союзов строятся лунные корабли [10.3].
Первый запуск космического корабля 7К-ОК(П)2 (Союз) в беспилотном варианте был осуществлен 28 ноября 1966 года. Советский Союз из соображений секретности скрывал сам факт подготовки к полетам нового пилотируемого корабля. Поэтому в средствах массовой информации беспилотный Союз был представлен как искусственный спутник Земли Космос-133.