Королёв воодушевлен, американцы — в смятении: история нулевого «Востока»
15 мая 1960 года в Советском Союзе состоялся запуск первого беспилотного прототипа корабля, предназначенного для подготовки к будущим космическим полетам с человеком на борту. Его предполагалось свести с орбиты через несколько дней после старта, но в действительности возвращение состоялось лишь через пять с половиной лет.
Простейший прототип
Первый космический аппарат для орбитального полета человека был создан в 1958-1960 годах в Опытном конструкторском бюро №1 (ОКБ-1) под руководством Сергея Королёва. Корабль, получивший название «Восток» и индекс 3КА, состоял из спускаемого аппарата и приборного отсека. Первый имел сферическую форму; в нем находились основные системы, обеспечивающие жизнь и деятельность космонавта на всем протяжении полета. Второй представлял собой два коротких конуса, соединенных основаниями. В нем содержалась аппаратура, не требуемая при спуске в атмосфере.
Для отработки и летных испытаний бортовых систем «Востока» перед началом пилотируемых полетов был создан корабль-прототип 1К. Самый первый его вариант (имел индекс 1КП) не оснащался агрегатами систем жизнеобеспечения, органами управления в кабине, парашютами и катапультным креслом. Они не были готовы — разработка проекта корабля 3КА еще не завершилась.
Ожидалось, что после запуска корабль-прототип 1КП совершит четырех-пятисуточный орбитальный полет, затем получит команду на возвращение и сойдет с орбиты. Перед этим будет дана команда на разделение, и приборный отсек, и спускаемый аппарат, который не стали покрывать теплозащитой, разрушатся при входе в атмосферу.
Ярослав Голованов — биограф Сергея Королёва — а также другие авторы популярной литературы советского времени утверждали, что первый корабль типа «Восток» не имел теплозащиты потому, что она еще находилась в стадии разработки.
Однако архивные документы, которые стали доступны уже в наше время, показали, что руководство программой больше беспокоилось о надежности системы управления полетом и хотело предотвратить падение корабля на территорию другого государства. Мемуары одного из главных проектантов «Востока» Константина Феоктистова подтверждают эту версию, связывая этот факт с типичной для того времени боязнью возможности попадания «военных секретов» в чужие руки.
Основной задачей запуска 1КП была проверка точности срабатывания тормозной двигательной установки ТДУ-1 для входа в атмосферу Земли. Это критически важно, поскольку она была единственным способом обеспечить контролируемый сход будущего пилотируемого корабля с орбиты.
Также в ходе полета предполагалось протестировать системы связи, телеметрии, управления движением и ориентацией, то есть отработать все ключевые этапы полета, кроме посадки.
Зарубежные исследователи отмечают, что хотя позже на кораблях-спутниках отправляли животных, посадить в 1КП собаку или другое крупное живое существо не решились. Вероятно, это было связано с негативной реакцией общественности на гибель Лайки на борту Второго спутника.
Чтобы обеспечить весовое соответствие 1КП будущему кораблю с космонавтом на борту, в него загрузили балласт. «Чтобы сымитировать массу корабля и его моменты инерции, вместо тепловой защиты и снятого оборудования спускаемого аппарата, внутри него установили железные брусья (массой около тонны!)» — пишет Константин Феоктистов.
Подготовка к запуску
Даже создание и доводка упрощенного варианта «Востока» оказались невероятно сложными задачами, потребовавшими от инженеров и техников колоссальных усилий. Так, система управления ориентацией была принципиально новой и чрезвычайно сложной по своему составу. Но именно ей предстояло гарантировать успешное возвращение спускаемого аппарата на Землю, обеспечив высокую надежность и точность процесса выдачи тормозного импульса.
Как отмечает в своих мемуарах ветеран-ракетчик Борис Черток, важно было не просто вернуть аппарат на Землю, а доставить его на территорию СССР. Для этого система управления оснащалась двумя независимыми контурами управления: основным и резервным.
Основной контур обеспечивал трехосную ориентацию с помощью инфракрасной вертикали (ИКВ) и гироскопа. ИКВ позволяла определить границу между Землей и космосом. Резервный контур был устроен проще. Он получал основную информацию от оптического датчика ориентации на Солнце. Оба контура через релейные блоки управления передавали команды на микродвигатели ориентации, работающие на сжатом газе.
ОКБ-2 Алексея Исаева начало стендовые испытания важнейшего элемента корабля — тормозной двигательной установки — менее чем за восемь месяцев до запуска, 27 сентября 1959 года. Было проведено 15 включений, и во время пятого произошел сбой из-за отсутствия пиротехнического клапана на топливной магистрали. Полностью собранную ТДУ-1 отправили заказчику только 25 апреля 1960 года, то есть менее чем за три недели до запуска корабля-прототипа.
Полный контроль подготовки и запуска 1КП осуществляла Госкомиссия, которую возглавлял Константин Руднев, председатель Государственного комитета Совета Министров СССР по оборонной технике. В основном в комиссию входили те же люди, которые ранее занимались летными испытаниями усовершенствованной межконтинентальной ракеты Р-7А (8К74).
В секретном докладе, направленном в Совет Министров 23 апреля 1960 года, заместитель председателя Комиссии по военно-промышленным вопросам Георгий Пашков сообщал, что запуск первого упрощенного корабля планировался на апрель или май 1960 года. В то время первый 1КП проходил комплексные испытания в ОКБ-1, и его доставка на космодром была возможна в конце апреля.
Второй 1КП, а также полностью укомплектованный 1К с тепловой защитой также находились в ОКБ-1, но всю «начинку» последнего уже удалось поставить. Полностью готовый корабль мог быть отправлен на стартовую площадку не ранее конца мая 1960 года, писал Пашков.
Трудный путь на старт
29 апреля 1960 года транспортный самолет Ан-12 доставил на полигон Тюратам первый экземпляр корабля 1КП, в котором еще отсутствовали многие ключевые компоненты. 2 мая на космодром по железной дороге прибыла ракета (изделие 8К72К №Л1-11), предназначенная для запуска.
В процессе подготовки корабля и ракеты требовалось поставить и настроить большое количество нового испытательного оборудования, развернуть сеть передачи информации, установив соответствующие аппаратуру связи и сопровождения на объектах стартовой площадки.
Недавно разработанная, но еще недостаточно проверенная аппаратура системы управления движением корабля попала на космодром только 3 мая. Ее путь в Тюратам начался несколькими днями ранее с поездки на грузовике. По дороге в аэропорт водитель не справился с управлением, и машина врезалась в дерево…
Сокрушенные специалисты начали автономные испытания системы в полночь 5 мая 1960 года. Через четыре дня все агрегаты были установлены на корабле и готовы к включению, но комплексные испытания стартовали только 12 мая. На следующий день полностью собранный 1КП подвесили к крану в монтажно-испытательном корпусе. Когда инженеры попытались вручную раскрутить корабль, микродвигатели ожили, показав, что система управления ориентацией работает.
Следующие 20 часов ушли на стыковку корабля с ракетой. По плану на эту операцию отводилось 9 часов, но сборка затянулась из-за отсутствия контактов в кабелях и несоответствия установочных мест.
Наконец, в ночь с 13 на 14 мая вместо первоначально запланированного 12 мая из монтажно-испытательного корпуса на площадке №2 состоялся вывоз ракеты-носителя с кораблем.
Персонал стартового комплекса площадки №1 проверил в деле недавно установленные колонны обслуживания с лифтом для доступа космонавта к верхней части ракеты. В 23:00 по московскому времени маршал РВСН Митрофан Неделин начал заключительное предстартовое совещание Госкомиссии. По итогам совещания было дано разрешение на запуск космического корабля 1КП.
Несекретный запуск
Старт состоялся 15 мая 1960 года в 03:00:05.6 по московскому времени. В это время в небе над Тюратамом, который находится в двух часовых поясах к востоку от Москвы, уже начинался рассвет. На участке работы третьей ступени перестала поступать телеметрия, но ракета тем не менее успешно вывела корабль на орбиту с наклонением 65° к экватору, перигеем 312 км и апогеем 369 км.
В официальном объявлении о запуске (составленном заранее, в первую неделю мая, одобренном для публикации 12 мая и появившемся на радио и в прессе утром 16 мая) советское правительство не делало секрета из реальной цели полета. Выведенный на орбиту полезный груз обозначили «первым советским космическим кораблем-спутником» (название «Восток» появилось в СМИ почти год спустя, во время полета Юрия Гагарина).
ТАСС сообщало: «В течение последних лет в Советском Союзе проводятся научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по подготовке полета человека в космическое пространство. Достижения Советского Союза в создании искусственных спутников Земли больших весов и размеров, успешное проведение испытаний мощной ракеты-носителя, способной вывести на заданную орбиту спутник весом в несколько тонн, позволили приступить к созданию и началу испытаний космического корабля для длительных полетов человека в космическом пространстве».
Также было сказано, что масса корабля-спутника без последней ступени ракеты-носителя составляет 4540 кг. На борту корабля-спутника находится герметичная кабина с грузом, имитирующим вес человека, а также все необходимое оборудование для будущего пилотируемого полета. Кроме того, на борту есть различная аппаратура, вес которой с источниками питания составляет 1477 кг.
«Запуск предназначен для отработки и проверки систем корабля-спутника, обеспечивающих его безопасный полет и управление полетом, возвращение на Землю и необходимые условия для человека в полете. — писал ТАСС. — Этим пуском положено начало сложной работы по созданию надежных космических кораблей, обеспечивающих безопасный полет человека в космосе».
Говорилось, что после получения с корабля-спутника необходимых данных от него будет отделена герметическая кабина весом около 2,5 т. В данном случае возвращение на Землю кабины не предусматривается, и после проверки надежности ее функционирования и отделения от корабля-спутника, она, как и сам корабль-спутник, по команде с Земли начнет спуск и прекратит свое существование при вхождении в плотные слои атмосферы...
Еще более удивительно, что в заявлении содержалось множество подробностей о предстоящей программе полета: «16 мая 1960 года в 6:11 корабль-спутник прошел над Москвой, в 7:38 — над Парижем, в 10:36 — над Нью-Йорком. На борту установлены передатчики "Сигнал" (19 995 МГц) для телефонной и телеграфной связи, а также передачи телеметрии и измерения орбитальных параметров. Питание обеспечивают химические источники тока и солнечные батареи».
Попытка возвращения: дрожащее перо самописца и «фатальный» маневр
Сразу после того, как корабль вышел на орбиту, специалисты приступили к тестированию новой системы управления. Для детального анализа телеметрии и траекторной информации была сформирована оперативная группа управления полетом, которую разделили на две части — на группу «М» под руководством Сергея Королёва, которая базировалась под Москвой, и на группу «Т» под руководством Бориса Чертока, которая находилась в Тюратаме.
Группа «М» получала общую информацию о ситуации на орбите от советской сети наземных станций слежения. В то же время группа «Т» имела доступ к телеметрии с наземной станции ИП-1 в реальном масштабе времени во время прямых пролетов корабля над Тюратамом.
После первых тестовых сеансов связи с 1КП группа «T» обнаружила проблему с основным контуром управления: сканирующая головка ИКВ работала все медленнее и, наконец, совсем остановилась, возможно, из-за заклинивания электромотора. Однако данные, получаемые группой «М», показывали нулевое отклонение прибора от оси Земли, и других признаков проблем с первым контуром не было. По мнению разработчиков ИКВ, нулевые показатели отклонения говорили об идеальном функционировании системы управления ориентацией.
Большинство специалистов в Тюратаме настоятельно рекомендовали перейти на запасной контур с ориентацией на Солнце, работоспособность которого не вызывала сомнений. В своих воспоминаниях Черток пишет, что в телефонных переговорах с Королёвым он неоднократно пытался убедить его перейти на второй контур.
Однако после напряженных дискуссий между Москвой и Тюратамом Королёв поддержал московскую группу, настаивая на использовании основного контура системы ориентации. Вероятно, он считал, что проведение реальных испытаний необходимо, даже если есть риск отказа системы во время маневра схода с орбиты.
В ночь на 19 мая, в 02:52 по московскому времени, за один виток до посадки, наземная станция НИП-12, расположенная в Колпашево Томской области, передала команду включить циклограмму посадки. По плану, кораблю полагалось выполнить импульс торможения над Африкой, после чего следовало разделение отсеков. Если бы все прошло успешно, 1КП начинал возвращение, радиосвязь прервалась бы, так как при входе в атмосферу антенны должны были расплавиться. Затем наземный радар должен был обнаружить обломки, кувыркающиеся в небе.
На станции слежения ИП-1 в Тюратаме группа офицеров связи под руководством старшего лейтенанта Владимира Порошкова проводила испытания антенн с высоким коэффициентом усиления, предназначенных для приема и регистрации телеметрии с новых космических аппаратов не только в прямой видимости, но и за горизонтом, благодаря отражению радиоволн от ионосферы.
В ходе испытаний обнаружилось, что перо самописца, регистрирующего радиосигналы, прыгает вверх-вниз по всей широкой бумажной ленте, отчего у операторов на рукавах появляются чернильные пятна. Получалось, что антенна ИП-1, наводимая по команде центра баллистических расчетов, улавливала как непосредственный сигнал радиопередатчиков, так и его эхо — вторичный сигнал, отраженный от ионосферы.
По мере того как корабль приближался к точке входа в атмосферу, станция ИП-1 получала координаты для наведения как на номинальную траекторию спуска, так и на продолжение орбитального полета.
Анализируя данные в реальном времени в момент маневра торможения, специалисты Порошкова почти сразу отметили номинальное включение двигателя и разделение спускаемого аппарата и приборного отсека. Однако когда антенна начала следовать по прогнозируемой траектории спуска, сигнал стал слабеть. ИП-1 переместил антенну на прогнозируемую орбитальную траекторию, и сигнал усилился! Стало очевидно, что спуск с орбиты не состоялся, и сотрудники ИП-1 немедленно сообщили об этом в Москву.
Последующие измерения траекторных параметров показали, что 1КП фактически перешел на более высокую орбиту (перигей составил 307 км, а апогей — 690 км), при этом спускаемый аппарат отделился от приборного отсека. По оценкам специалистов, время баллистического существования объектов на новой орбите составило бы примерно год.
Если бы на борту корабля находился человек, такой маневр стал бы фатальным, поскольку спускаемый аппарат с космонавтом оставался бы в космосе многие месяцы, а запасы системы жизнеобеспечения, не рассчитанные на такой срок, быстро бы иссякли. Однако бортовые передатчики, запитываемые от солнечных батарей, могли бы работать около года.
Очевидно, что неисправная система ориентации включила ТДУ-1 не против вектора скорости, а в противоположном направлении, превратив тормозной импульс в маневр по подъему орбиты…
Воодушевление Королёва и неожиданное продолжение истории
К удивлению ведущих инженеров, которые посчитали полет проваленным, Королёв, по воспоминаниям его заместителя Константина Бушуева, был прямо-таки воодушевлен: он смотрел в будущее и видел в этом событии первую коррекцию орбиты в космосе, которая станет отправной точкой для будущих маневров на орбите.
По итогам полет 1КП №1 был признан настолько успешным, что запуск корабля 1КП №2 отменили — предполагалось перейти к использованию полностью функциональных, хотя и беспилотных кораблей 1К.
Учитывая, что информация о запланированном спуске прототипа «Востока» была обнародована заранее, советские чиновники подготовили официальное сообщение для СМИ, в котором говорилось «о проблеме с одним из приборов системы ориентации». Сообщалось также, что после незапланированного маневра космический корабль вышел на эллиптическую орбиту с увеличенным апогеем, но почти неизменным наклонением, а герметичный спускаемый аппарат отделился, и система его стабилизации сработала в соответствии с планом...
Как ни странно, опасения по поводу неконтролируемого возвращения корабля 1КП, которые были у руководства программой пилотируемых полетов, подтвердились.
5 сентября 1962 года над американским городом Милуоки, штат Висконсин, сошел с орбиты приборный отсек. Очевидцы увидели в небе яркий огненный шар и услышали громкий звук. Позже были найдены несколько обломков корабля, упавшие на землю. Один из них рухнул прямо посреди улицы в округе Манитовок, штат Висконсин, и стал аргументом на переговорах в ООН по использованию космического пространства.
Спускаемый аппарат, имевший другой баллистический коэффициент из-за сферической формы, более плотной компоновки и меньшего аэродинамического сопротивления оставался на орбите еще три года. Он вернулся в атмосферу только 15 октября 1965 года.
История получила неожиданное продолжение. По словам Феоктистова, некоторые элементы корабля, включая металлические бруски, имитирующие массу теплозащиты, упали в Америке. К счастью, никто не пострадал.
Американцы связали это падение с первым советским кораблем-спутником и были крайне удивлены, зачем на будущем пилотируемом аппарате эти массивные чугунные блоки с какими-то цифрами? На космических конгрессах они пытались вручить их представителям СССР.
«Уже тогда сложилось… разделение труда: одни делают спутники, а другие, никакого к этому отношения не имеющие (типа Благонравова, Седова и т. п.), ездят на международные встречи представлять достижения, — писал Феоктистов. — Ну и конечно, "представители" отреклись: "Нет! Нет! Это не наше. Не знаем". А потом привозили к нам фотографии этих брусков с цифрами, выбитыми на поверхности и спрашивали: "А что это?" С некоторым удовольствием наблюдали за их конвульсиями — представлять нас на встречах мы их не просили. Правда, их, возможно, и не спрашивали. Но раз взялись…»
В рамках летно-конструкторских испытаний в период с 28 июля 1960 года по 25 марта 1961 года осуществлялись запуски беспилотных кораблей-спутников — четырех типа 1К и двух типа 3КА. Они проложили дорогу первому «Востоку»: полёт Юрия Гагарина состоялся 12 апреля 1961 года.
