У «Союза» лунное начало: как рождался легендарный космический корабль
28 ноября 1966 года произошло важнейшее событие в истории отечественной пилотируемой космонавтики, незамеченное из-за режима секретности того времени. Под безликим названием «Космос-133» в первый испытательный полет отправился новый пилотируемый космический корабль «Союз» (7К-ОК). И хотя этот полет оказался не совсем удачным, конструктивные решения подтвердили свою перспективность. Как и для чего его создавали, и как он используется сегодня, объясняет Академик Российской академии космонавтики имени К.Э. Циолковского Игорь Маринин.
За прошедшие десятилетия космический корабль «Союз» подвергся многочисленным модификациям и усовершенствованиям. Его используют до сих пор. Самая современная модификация известна под названием «Союз МС» — сегодня она применяется для доставки экипажей на МКС. Рассказываем, с чего началась история «Союза».
Поиск идеальной формы нового космического корабля
Поиск оптимальной конструкции пилотируемого корабля проектанты ОКБ-1 (сейчас РКК «Энергия») начали еще в конце 1950-х годов. Создателям одноместных кораблей «Восток» (индекс 1К, позже 3КА) было ясно, что его конструкция не поддается серьезному усовершенствованию. Его невозможно адаптировать для намеченных полетов к Луне. При входе в земную атмосферу после облета Луны со второй космической скоростью его сферический спускаемый аппарат и космонавты, находящиеся в нем, испытывали бы 20-кратные перегрузки, что недопустимо. Малый объем спускаемого аппарата корабля «Восток» был неприемлем для лунных и межпланетных полетов.
От «Востока» до Starship: шесть поколений космических кораблей
В результате огромного объема работ была выбрана наиболее оптимальная форма спускаемого аппарата (СА) в виде фары. Такой СА, используя хоть и небольшое (0,3) , но все же аэродинамическое качество уплощенного днища, позволял снизить перегрузки при входе в атмосферу с околоземной орбиты с 8 до 3–4 g, а при возвращении с Луны — с 20 до 8 g, что было вполне приемлемо.
Кроме того, возможность управления углом атаки при спуске СА значительно повышала точность посадки: с 300–400 км (у кораблей «Восток» и «Восход» до 5–10 км).
Проект «Север»: для чего создавали новый космический корабль
Выбор такой формы СА с диаметром около 2,4 м позволил вплотную заняться разработкой корабля для облета Луны. Летом 1959 года в ОКБ-1 начался поиск облика космического корабля, пригодного как для околоземных полетов, так и для облета Луны. Проект получил кодовое название «Север» и индекс 5К.
Корабль должен был иметь цилиндрический приборно-агрегатный отсек с двигательной установкой многократного запуска для маневрирования на орбите и две раскрываемые солнечные батареи круглой форм диаметром около 1 м каждая. Экипаж должен был состоять из двух-трех космонавтов. Система жизнеобеспечения должна была позволить совершать двум космонавтам полет до 15 суток.
Для запуска этого корабля предполагалось разработать более мощную модификацию ракеты-носителя 8К72 (позже названной «Восток»). Проект «Север» для облета Луны предусматривал автоматическую стыковку на околоземной орбите пяти заправленных на Земле ракетных блоков, после завершения которой к ним пристыковывался бы «Север» с экипажем и отправлялся к Луне. Планировалось начать полеты «Севера» с IV квартала 1962 года.
Однако в процессе разработки встретились непреодолимые трудности. Кроме того, этот проект в Академии Наук СССР, Министерстве обороны и Правительстве поддержки не получил.
Как устроен космический корабль «Союз»
23 сентября 1963 года главный конструктор ОКБ-1 Сергей Королёв утвердил комплексный план пилотируемого освоения Луны. На первом этапе предполагалось создать более совершенный, чем «Север», «Комплекс сборки космических аппаратов на орбите спутника Земли», который получил шифр «Союз».
Основной задачей проекта, в ходе решения которой предполагалось освоить орбитальную сборку, был облет Луны. Комплекс «Союз» состоял из трех типов космических аппаратов. 7К — пилотируемый трехместный корабль, 9К — ракетный блок для разгона корабля к Луне, 11К — танкеры-заправщики двух типов (для доставки к 9К горючего и окислителя).
В качестве пилотируемого корабля 7К решили использовать наработки по кораблю «Север». Но в процессе проектирования выяснилось, что для нормальной работы экипажа в течение двух недель объема СА явно недостаточно. Решили в состав корабля 7К ввести цилиндрический невозвращаемый отсек, в который космонавты могли войти через люк и более-менее комфортно находиться во время полета. В нем можно было разместить элементы системы жизнеобеспечения, санузел, запасы пищи, воды и т.д.
Но расчеты показали, что общая масса корабля с введением орбитального отсека сильно увеличивается и корабль не сможет вывести на орбиту ни одна ракета. По предложению Константина Феоктистова диаметр СА и орбитального отсека уменьшили на 20 см. А это в свою очередь привело к отказу от использования аварийно-спасательных скафандров. Приборно-агрегатный отсек был перекомпонован. С него сняли солнечные батареи, а приборы, обеспечивающие стыковку, разместили в навесном тороидальном, сбрасываемом после стыковки, отсеке.
Проект «Союз» предполагал сначала вывести на околоземную орбиту ракетный блок 9К с двумя стыковочными узлами с обеих сторон. Его длина — 8 м, диаметр — 2,5 м, масса после вывода на орбиту 5,7 т. Двигательная установка имела тягу 4,5 т.
К ракетному блоку 9К должны были последовательно пристыковаться от трех до пяти танкеров 11К и заправить его горючим и окислителем. Танкеры имели цилиндрическую форму с длиной корпуса 4,2 м, диаметром 2,5 м. При стартовой массе 6,1 т они могли доставить на ракетный блок 4155 кг топлива.
После завершения заправки к ракетному блоку 9К пристыковывается пилотируемый космический корабль 7К с экипажем из двух космонавтов. После стыковки с целью уменьшения веса, отправляемого к Луне комплекса 7К-9К, от него должен был отстреливаться навесной тороидальный блок с ненужной теперь аппаратурой системой сближения и стыковки.
После этого лунный облетный комплекс 7К-9К, общая масса которого составляла около 26 т, посредством включения двигателя ракетного блока выводится на траекторию полета к Луне. Затем блок 9К отстыковывался, а корабль 7К с экипажем после облета Луны на 7–8 сутки возвращался на Землю.
Почему программа космического корабля «Союз» прервалась
Проект «Союз» (7К-9К-11К), утвержденный Королёвым 24 декабря 1962 года, в марте 1963-го был рассмотрен экспертной комиссией, сформированной Академией наук и Министерством обороны и вновь не был поддержан. Основная причина: необходимость шести стыковок, которые в то время не были отработаны, прямо говоря, совсем.
Королёву предложили сосредоточиться на сверхтяжелой ракете Н-1 для высадки космонавта на поверхность Луны, а программу пилотируемого облета Луны передали в ОКБ-52 Владимиру Челомею, который обещал запустить свой лунный облетный корабль ЛК-1 с экипажем на борту ракетой УР-500К (будущий «Протон-К»). В связи с этим работы по проекту «Союз» в 1964 году прекратились почти полностью.
Но Королёв считал ошибочным запускать космонавтов на ракете с очень токсичным топливом — несимметричным диметилгидразином и четырехокисью азота. Он «проталкивал» идею запускать корабль ЛК-1 на орбиту без космонавтов, а экипаж на него доставлять кораблем 7К. При таком раскладе после автоматической или ручной стыковки космонавты из 7К в ЛК-1 должны были перейти через открытый космос. Он утверждал, что и в проекте Н1-Л3 по высадке космонавта на Луну тоже потребуется стыковка и переход через открытый космос.
Поэтому в конце 1964 года Королёв, рассмотрев все возможности дальнейшего применения корабля 7К, принял предложение проектантов использовать корабль для отработки на околоземной орбите ручной и автоматической стыковки и перехода космонавтов из корабля в корабль по внешней поверхности.
Who is Mr. «Королов»: что при жизни Сергея Королева о нем знали на Западе
Возрождение программы космического корабля «Союз»
В 1965 году в ОКБ-1 были разработаны тактико-технические требования для адаптации лунного облетного корабля 7К для полетов по околоземной орбите. Этой модификации присвоили название прежнего проекта «Союз» и индекс 7К-ОК (орбитальный корабль) и шифр 11Ф615. Работы над ракетным блоком 9К и танкерами 11К, которыми занимались филиалы ОКБ-1 под руководством Виктора Макеева и Михаила Решетнева были окончательно прекращены. А работы над кораблем 7К-ОК пошли ускоренным темпом.
Ведущим конструктором 7К-ОК «Союз» назначен А.Ф.Тополь, его заместителем Ю.П.Семенов (будущий генеральный конструктор РКК «Энергия»). Для ускорения работ над «Союзом» было принято решение отказаться от создания новых кораблей «Восход» и разработки его новых модификаций. Был установлен срок начала летно-конструкторских испытаний корабля 7К-ОК — 1966 год. План предполагал сначала произвести два беспилотных запуска кораблей 7К-ОК, затем произвести уже пилотируемый пуск.
Но Сергей Королёв не дожил до первого пуска своего детища. 16 января 1966 года он скоропостижно скончался. Сменивший его на посту главного конструктора ОКБ-1 Василий Мишин провел реорганизацию ОКБ-1. Центральное конструкторское бюро экспериментального машиностроения (ЦКБЭМ, так теперь стало называться новообразование) включало в себя Головное конструкторское бюро (ГКБ) и завод Экспериментального машиностроения (ЗЭМ).
В результате напряженной работы коллективов завода и ГКБ первые летные экземпляры корабля 7К-ОК были готовы к осени 1966 года. За год до этого к полетам на первых «Союзах» начали подготовку космонавты.
Особенности первых космических кораблей «Союз»
Корабль 7К-ОК «Союз» имел также обозначение 11Ф615. Он предназначался для орбитальных автономных полетов космонавтов, отработки операций маневрирования и стыковки на околоземной орбите, перехода космонавтов из корабля в корабль через открытый космос, а также для проведения некоторых, в том числе военно-прикладных экспериментов.
Корабль 7К-ОК 11Ф615 — трехместный, причем космонавты должны были совершать космический полет без скафандров. Корабль состоял из отсеков:
бытовой отсек (БО). В отличие от БО корабля 7К имел не цилиндрическую форму. Две его полусферы были соединены небольшой цилиндрической проставкой. В нижней полусфере был люк для входа в спускаемый аппарат. На верхней полусфере снаружи крепился стыковочный узел. Корабли 7К-ОК были двух типов: 7К-ОК (А) с активным стыковочным узлом в виде штыря и 7К-ОК (П) с пассивным стыковочным узлом в виде конуса. Стыковочные узлы не имели внутреннего переходного люка-лаза и потому космонавты после стыковки могли переходить из одного корабля в другой только через открытый космос. При выходе в открытый космос бытовые отсеки кораблей использовались в качестве шлюзовых камер. Для посадки космонавтов в корабль и выхода в открытый космос сбоку БО имелся люк. Диаметр корпуса БО не изменился и составлял 2,2 м длина с активным стыковочным узлом 3,44 м, масса 1,2–1,3 т. Объем — 4 м³.
приборно-агрегатный отсек (ПАО) имел цилиндрическую форму тоже диаметром 2,2 м. Его масса 2,7–2,8 т. В отсеке расположены источники электропитания, буферные батареи, блоки двигателей причаливания и ориентации, топливные баки и, конечно, корректирующее-тормозная двигательная установка (КТДУ), состоящая из основного однокамерного (тяга 417 кгс) и дублирующего двухкамерного (411 кгс) двигателей. Снаружи на ПАО разметили две раскрывающиеся на орбите солнечные батареи размахом 8,37 м и площадью 14 м². В задней части ПАО расположился уже не сбрасываемый тороидальный навесной приборный отсек.
спускаемый аппарат (СА) имел форму фары диаметром 2,2 м, высотой — 2,16 м, массой — 2,8 т. Свободный объем для размещения трех космонавтов в амортизирующих креслах без скафандров — 2,5 м³. Сверху СА имелся люк для перехода в БО и для выхода из СА после возвращения на Землю. Кораблем космонавты могли управлять с помощью джойстиков и кнопок на пульте управления. Стыковка могла производиться как в ручном режиме, так и в полностью автоматическом (система «Игла»).
Спускаемый аппарат при прохождении атмосферы был охвачен раскаленной плазмой. Для избежания перегрева он был покрыт постепенно сгорающей теплозащитой. Уплощенное дно было защищено сбрасываем на этапе спуска на парашюте теплозащитным экраном. Основной парашют имел площадь 1000 м², запасной 570 м². В стропах парашютов первых кораблей устанавливали твердотопливные двигатели мягкой посадки, которые снижали скорость СА при касании земли до 6 м/с.
Полная масса корабля 7К-ОК 11Ф615 колебалась от 6,38 до 6,8 т. Длина около 7 м, максимальный диаметр 2,5 м. Корабль выводился на орбиту с помощью более мощной ракеты-носителя 11А511 (позже названная «Союз»).
Для спасения космонавтов при возможной аварии ракеты-носителя была разработана специальная система аварийного спасения (САС). При аварии ракеты на старте, на этапе работы первой и примерно до середины работы второй ступени, САС запускала твердотопливные двигатели, которые «выдергивали» БО и СА с космонавтами из пакета аварийной ракеты, поднимали его на определенную высоту, необходимую для штатной работы парашютной системы.
В итоге СА спускался на парашюте. При авариях ракет на больших высотах СА отделался от носителя и приземлялся на парашюте по штатной схеме.
Первый испытательный полет космического корабля «Союз»
План летно-конструкторских испытаний корабля 7К-ОК 11Ф615 предполагал произвести две стыковки беспилотных космических кораблей, затем произвести стыковку уже пилотируемых кораблей с переходом двух космонавтов из корабля в корабль через открытый космос.
Первый испытательный беспилотный полет корабля «Союз» состоялся 28–30 ноября 1966 года. Стартовавшая с 31 площадки 5-го НИИП (сейчас космодром Байконур) ракета 11А511 «Союз» вывела на околоземную орбиту 7К-ОК (А) №2. В связи с высокой засекреченностью советской космической программы в открытой печати он был назван «Космос-133». На следующий день с 1-й площадки должен был стартовать корабль 7К-ОК (П) №1 для автоматической стыковки с 7К-ОК №2. Но этого не произошло.
На первом витке полета у корабля 7К-ОК(А) №2 израсходовалось все топливо для двигателей причаливания и ориентации (ДПО). В результате стыковка стала невозможной, и запуск 7К-ОК(П) №1 был отменен. Как потом выяснилось, при установке на корабль двигателей ДПО (по крену) была перепутана полярность. Тем не менее в первом полете было проведено испытание всех бортовых систем корабля. При этом выяснилось, что управляющие по тангажу и рысканью сопла дублирующего корректирующее-тормозного двигателя тоже установлены неправильно.
В итоге штатно использовать ни основной, ни резервный двигатель для посадки стало невозможно. Оставалось только попробовать свести корабль с орбиты короткими импульсами (по 10-15 с, вместо 100) основной корректирующее-тормозной двигательной установки. Для этого понадобилось пять витков.
Наконец, 30 ноября, на 34 витке корабль сошел с орбиты. Но из-за слабого тормозного импульса корабль стал снижаться по более пологой траектории. После пролета над Краснодаром, Гурьевом и Актюбинском на высоте 70–100 км он, чтобы избежать его посадки в Китае, был подорван в районе Орска. Обломки СА обнаружить не удалось.
Так закончился первый испытательный полет первой модификации космического корабля «Союз» (7К-ОК, 11Ф615).
Что было с программой космического корабля «Союз» потом
После расследования причин неудачи устранения недоработок Госкомиссия рекомендовала запустить неиспользованный корабль 7К-ОК(П) № 1 в одиночный полет (без стыковки) 14 декабря 1966 года.
Но этот старт не состоялся. В момент запуска один из боковых блоков первой ступени не вышел на режим и все двигатели были отключены. Пуск был отменен. Стартовая команда приступила к осмотру возможных повреждений ракеты и стартового комплекса. Через 27 минут самопроизвольно включились твердотопливные двигатели системы аварийного спасения, которая «выдернула» БО и СА из ракеты. СА благополучно приземлился в 300 метрах от пускового стола. А вот ракету спасти не удалось. В оставшемся на ней приборно-агрегатном отсеке корабля произошло возгорание топлива. Пожар быстро перекинулся на заправленную под завязку керосином и жидким кислородом ракету. В результате погибла не только ракета, но и сильно повредился стартовый комплекс 31 площадки. Погиб один офицер стартовой команды. Жертв могло бы быть больше, но фермы обслуживания еще не свели и потому стартовики не успели на них подняться для проведения регламентных операций.
После выявления причины этой аварии был подготовлен еще один беспилотный корабль 7К-ОК (П) №3. Он совершил полет 7–9 февраля 1967 года под названием «Космос-144». И тоже прошел не без проблем. В финале СА затонул в Аральском море и был с трудом извлечен.
Полет следующего 7К-ОК(А) № 4 под названием «Союз-1» закончился гибелью пилота — космонавта Владимира Комарова. Затем последовали полеты еще четырех беспилотных кораблей, на которых дважды отработали автоматическую стыковку.
От гибели Комарова до теракта у Кремля: первой орбитальной станции 55 лет
В последующие годы на орбите отработали еще один беспилотный и семь пилотируемых кораблей типа 7К-ОК. Последний корабль 7К-ОК № 17 стартовал 1 июня 1970 года под названием «Союз-9» с экипажем: Андриян Николаев и Виталий Севастьянов. Это был рекордный для того времени космический полет длительностью 17 суток 16 часов 58 минут 55 секунд.
В дальнейшем корабль 7К лунной программы «Союз» подвергся множеству реализованных в металле и оставшихся на бумаге модификаций.
Самая современная модификация — «Союз МС». Как устроен этот космический корабль и как используется сегодня, рассказывали здесь.
Читайте также:
Первые женщины-космонавты: как покоряли космос и какие рекорды установили
Что такое орбита простыми словами: как устроены космические дороги
На обложке — подготовка к старту активного корабля типа 7К-ОК (А). «Космос-133» относился к пассивным кораблям 7К-ОК (П)
Вас может заинтересовать
