У истоков космонавтики. 25 лет достижений и перспективы развития

Владимир Метелягин

У истоков космонавтики. 25 лет достижений и перспективы развития

У истоков космонавтики.

25 лет достижений и перспективы развития

От автора.

Данный материал о космонавтике под эгидой общества «Знание» был мною написан к 25-летию освоения космического пространства и 20-летия первого полета человека в космос. Материала о космонавтике в то время было недостаточно: только периодические издания газет и журналов, научно-популярные кинофильмы. Поэтому люди с интересом посещали такие лекции, внимательно слушали и задавали вопросы. Подумать только: в начале 1957 года все излагаемое было фантастикой, а с октября того же года стало уже реальностью, причем освоение космоса шло гигантскими темпами. В настоящее время полеты в космос стали обыденностью, но первопроходцы остались навсегда первыми. Данная книга, как напоминание о событиях, связанных с освоением космического пространства и о тех людях, которые принимали активное участие. И если читатель после прочтения заинтересуется и ознакомится более глубоко с тем или иным событием, но уже, например, в интернете, то я считаю, что цель данной книги достигнута. А ведь каких-то 40 лет назад никакого интернета не было…

Введение

Наш 20-й век является началом космической эры в истории человечества.

Прогресс в создании ракетно-космических систем и связанное с ним проникновение человека в космос за минувшие 25 лет шли бурными темпами и наложили отпечаток на многие стороны человеческой деятельности.

Мечта и действительность

Мечта о проникновении в космос, стремление человека к звездам родились тысячелетия назад, и нашли широкое отражение в сюжетах фольклора и литературы разных народов. Уровень развития науки и техники тех времен отражались на способах полета в космос. Вначале полет предполагалось совершать на птицах, а около 300 лет назад появились описания машинных способов полета. Это и гигантские пушки, и электромагнитные ускорители, и гравитационные экраны, способные исключить влияние сил тяготения Земли на космический аппарат. Но наряду с этими неосуществимыми проектами в фантастической литературе 17-19 веков упоминаются совершенно правильные идеи об использовании пороховых ракет, а также давления солнечного света для движения космического аппарата. Французский писатель Сирано де Бержерак в 1649 году в сочинении «Путешествие на Луну» впервые упомянул полет с помощью последовательно срабатываемых пороховых ракет, а наш соотечественник Борис Красногорский в своем романе «По волнам эфира» (1913 год) описывает полет к Луне и обратно на космическом корабле снабженным солнечным парусом.

Пороховая ракета была известна много сотен лет назад сначала в Китае, затем в Индии и Европе. Применялась она как боевое средство для решения вспомогательных задач и для увеселения при устройстве фейерверков.

Основоположники космонавтики

Первый известный проект ракетного летательного аппарата не в фантазиях романтиков, а в научной разработке принадлежит ученому-революционеру Николаю Ивановичу Кибальчичу созданному им в 1881 году.

Юрий Васильевич Кондратюк (настоящее имя Александр Игнатьевич Шаргей) в 1919 году выпустил первую книгу «Тем, кто будет читать, чтобы строить» с теоретическими исследованиями реактивного движения, а затем в 1925-1929 годах в книге «Завоевание межпланетных пространств» предложил технические решения по конструированию узлов ракет и построению траекторий полетов. В частности при полете американских астронавтов к Луне на Аполлоне-8 использовалась, как выяснилось, так называемая «Трасса Кондратюка»-разработанный им оптимальный способ полета от Земли к Луне с применением разгона и торможения космического аппарата гравитационным полем небесного тела, причем аппарат должен быть выполнен разделяемым.

К.Э.Циолковский-теория завоевания космоса

Основоположником космонавтики, разработавшим теорию ракетного полета и основные принципы построения ракетно-космических систем, автором первых научных планов проникновения человека в космос и его завоевания на благо человечества, является Константин Эдуардович Циолковский (1857-1935 гг.). Опубликованная им в 1903 году работа «Исследование мировых пространств реактивными приборами» является фундаментальным вкладом в сокровищницу мировой науки. Впоследствии теоретические разработки К.Э.Циолковского были дополнены научными исследованиями, как в СССР, так и за рубежом: во Франции, США, Германии. «Трудно переоценить всё значение предложения К.Э.Циолковского, касающегося составных ракет и ракетных поездов. По существу оно открыло дорогу для вылета в космическое пространство» – эти слова принадлежат известному конструктору ракетно-космических систем Сергею Павловичу Королеву.

Для преодоления земного притяжения космическому аппарату должна быть сообщена первая космическая скорость 7,9 км/сек. Скорость аппарата, как показал К.Э.Циолковский, зависит от скорости истечения газов из двигателя ракеты отношения полной массы ракеты к массе самой конструкции ракеты, то есть массе ракеты без топлива. Такая большая скорость, при современном развитии науки и техники, достигается использованием многоступенчатых ракет, поскольку скорости, сообщаемые космическому аппарату каждой ступенью суммируются и конечная скорость зависит лишь от числа ступеней.

К.Э.Циолковский определил основной принцип звездоплавания, предложил двигатель на жидком топливе способный работать в космическом пространстве, указал принципиальное устройство космического корабля и средства управления его движениям. Но в то время эта смелая идея была настолько непривычной и оригинальной, что современники считали ее утопией. И только после Октябрьской революции 1917 года молодое Советское государство приступило к ее практическому воплощению в жизнь.

Первые опыты по созданию материальной базы

В начале 30-х годов начались работы по созданию жидкостных реактивных двигателей в газодинамической лаборатории (ГДЛ) расположенной в г. Ленинграде (ныне Санкт-Петербург). В этой лаборатории под руководством профессора Николая Ивановича Тихомирова начал работать будущий академик, Главный конструктор ракетных двигательных систем Валентин Петрович Глушко. В лаборатории был создан ряд опытных ракетных моторов (серия ОРМ) отличающихся надежностью и большой (по тем временам) тягой до 300 кг. Параллельно разрабатывали и реактивные летательные аппараты РЛА-1, РЛА-2, РЛА-3 и даже РЛА-100 с расчетной высотой подъема 100 км.

Осенью 1931 года при ОСОАВИАХИМе (Общество содействия обороне, авиационному и химическому строительству) были организованы московская и ленинградская группы изучения реактивного движения (ГИРД), объединивших на общественных началах энтузиастов ракетного дела. Среди организаторов и активных участников МосГИРД были Фридрих Артурович Цандер, соорудивший из обычной паяльной лампы реактивный двигатель, работающий на воздухе и бензине тягой 140г, Сергей Павлович Королев, Юрий Александрович Победоносцев и др.

В ГИРДе проектировались и испытывались ракетные двигатели, предназначавшиеся для установки на планер (ракетоплан), а также и собственно ракеты.

25 ноября 1933 года был осуществлен пуск первой советской ракеты жидкостной ракеты созданной под руководством С.П.Королева. Вес ракеты 29,5 кг, длина 2,2 м. Она поднялась на высоту 80 м, а затем упала из-за разрушения крепления двигателя.

В сентябре 1935 года начальник вооружений Красной Армии Михаил Николаевич Тухачевский, которому подчинялось ГДЛ, издал приказ Реввоенсовета об организации на базе ГДЛ и МосГИРД первого в мире Реактивного Научно-Исследовательского Института (РНИИ). Начальником института был назначен Иван Терентьевич Клейменов, заместителем сначала С.П.Королев, а затем Георгий Эрихович Лангемак. С.П.Королев возглавил отдел РНИИ по разработке крылатых ракет.

Тематика института охватывала все основные проблемы ракетной техники. В его стенах сложился творческий коллектив, который создал ряд баллистических, крылатых ракет и двигателей к ним. Это, в частности, пороховые реактивные снаряды РС-82, РС-132 предназначенные для установки на боевых самолетах, а также знаменитая ракетная установка БМ-13, названная в народе «Катюшей».

В 1940 году летчик В.П.Федоров впервые совершил полет на ракетоплане РП-318 конструкции С.П.Королева. Этот ракетоплан был первым вестником реактивных самолетов. Через два года в 1942 году 15 мая в небо поднялся первый самолет БИ-1 с ракетным двигателем конструкции Алексея Михайловича Исаева. Двигатель работал на керосине и азотной кислоте.

Создание во время войны более мощных реактивных двигателей РД-1, РД-2 и других позволило осенью 1947 года осуществить первые пуски управляемой баллистической ракеты. А в августе 1957 года успешно закончились испытания мощной сверхдальней (в то время), межконтинентальной многоступенчатой баллистической ракеты1. Высокий творческий порыв был свойственен советским ученым, конструкторам, техническим специалистам, занятым в этой области. Все это помогало преодолевать трудности и добиться успехов.

Создание и запуски искусственных спутников Земли

Практически все разработанные в СССР баллистические ракеты дальнего действия, начиная с первых тактических внутриконтинентальных, использовались для изучения и освоения космоса.

С весны 1949 года в Советском союзе проводились регулярные исследования верхних слоев атмосферы и космоса при помощи геофизических ракет поднимавших полезный груз весом до нескольких тонн на высоты 500 км и более.

Первый полет ракеты с собаками был осуществлен в СССР в июле 1951 года, высота подъема составила чуть более 100 км. Практически это был суборбитальный полет, в котором участвовали собаки Дезик и Цыган. Контейнер с ними успешно приземлился в 20 км от места старта. Затем был выполнен еще ряд аналогичных полетов с высотой подъема до 470 км.

Начало космической эры в истории человечества было положено 4 октября 1957 года, когда советская ракета вывела на орбиту вокруг Земли первый в мире искусственный спутник земли ПС-1 («Простейший спутник»). Спутник массой 83,6 кг имел шарообразный корпус из алюминиевого сплава диаметром 58 см с четырьмя штыревыми антеннами длиной 2,4-2,9 м. В герметичном корпусе, заполненном азотом находилась аппаратура и источник питания. Спутник просуществовал 92 суток и совершил 1400 оборотов вокруг земли. Впервые была определена плотность верхних слоев атмосферы. Спутник можно было наблюдать с Земли в ночном небе с помощью простейших средств, например, бинокля или даже без него. Конечно, наблюдатель видел не сам маленький спутник в отраженных лучах солнца, а вторую ступень ракеты-носителя, которая тоже некоторое время вращалась вместе со спутником, а впоследствии сгорела в верхних слоях атмосферы. И во дворах домов собирались толпы желающих увидеть быстро перемещающуюся яркую точку, причем время пролета сообщали по радио. Необходимо отметить, что спутник передавал радиосигналы, которые могли услышать на всех континентах Земли. Это был триумф советской науки.

Вслед за СССР в космос вышли США запустив 1 февраля 1958 года свой первый спутник «Эксплорер-1». Третьей космической державой стала Франция, запустив 26 ноября 1965 спутник земли «Астерикс-1» с помощью ракеты-носителя собственной разработки. 11 февраля 1970 года Япония вывела на орбиту спутник «Осуми», а 24 апреля в космос был запущен китайский спутник «Дунфанхун». Шестой страной стала Англия, создавшая свою ракету-носитель с помощью которой 28 октября 1971 года был выведен на орбиту спутник «Просперо». Седьмой стала Индия, спутник которой «Рохини» успешно был выведен на орбиту 18 июля 1980 года своей ракетой – носителем.

На межпланетные орбиты объекты выводились только ракетами носителями СССР и США. С помощью ракет-носителей этих двух стран на орбиты вокруг земли доставлены спутники созданные Канадой, Германией, Италией, Японией, Чехословакией, Австралией, Нидерландами, Испанией, а также Европейским сообществом.

Второй спутник земли был запущен в СССР 3 ноября 1957 года. Он имел массу уже 508,3 кг и был первым в мире биологическим искусственным спутником, состоящим из нескольких научных контейнеров, размещенных в последней ступени ракеты-носителя и герметичной кабины, в которой размещалась собака Лайка. Спутник просуществовал на орбите 160 суток и совершил 2370 оборотов вокруг Земли.

Третий советский искусственный спутник массой 1327 кг, богато оснащенный научной аппаратурой, был выведен на орбиту 15 мая 1958 года. Он являлся настоящей лабораторией в космосе. На нем было установлено 12 различных научных приборов, многоканальная телеметрическая система с запоминающими устройствами и много другое. Спутник просуществовал 691 сутки и совершил 10037 оборотов. Измерения, проведенные со спутника позволили установить наличие внешней зоны радиационного пояса земли.

Межпланетные полеты

Первым космическим объектом для изучения стал Луна. 2 января 1959 года человечество окончательно победило земное тяготение, когда советская научная станция «Луна-1» достигла и превзошла вторую космическую скорость в 11,2 км/сек. Ракета массой в 1,5 т навсегда покинула землю и, пролетев на расстоянии 6000 км от поверхности Луны, стала первым искусственным спутником Солнца.

Автоматическая станция «Луна-2» достигла поверхности Луны 14 сентября 1959 года преодолев космическое пространство и доставив на ближайшее к нам небесное тело шаровые и ленточные вымпелы СССР.

Всего через полмесяца, 4 октября 1959 года был дан старт автоматической станции «Луна-3» массой 287,5 кг, впервые совершившей облет луны и фотографирование ее обратной невидимой с Земли, стороны. В дальнейшем проводилась отработка комплекса задач, связанных с обеспечением мягкой посадки автоматической станции на поверхность Луны. Для этого была создана более мощная четырехступенчатая ракета-носитель. Стартовавшая 31 января 1966 года автоматическая станция «Луна-9» 3 февраля впервые осуществила мягкую посадку на Луну в районе Океана Бурь. Мягко прилунившаяся станция массой 100 кг передала на Землю фототелевизионные изображения лунной поверхности и различную телеметрическую информацию. Так впервые были получены круговые панорамные снимки лунного ландшафта, позволяющие различить предметы размером порядка 2-х мм в непосредственной близости от станции.

Блестящим примером возможностей станций-роботов в изучении небесных тел явилась «Луна-16» впервые в мире осенью 1970 года доставившая лунный грунт с глубины 35 см из Моря Изобилия на Землю. Свыше 100 г лунной грунта прошли всестороннее изучение и экспонируются на выставках. Часть лунного грунта была доставлена в 1972 году автоматической станцией «Луна-20». В 1976 году автоматическая станция «Луна-24» доставила на землю лунный грунт с глубины 2м. Взяты образцы лунной породы помещались в контейнер возвращаемого аппарата и герметизировались. Всего на Землю за три полета было доставлено 380 г лунного грунта.

Созданием «Лунохода-1» и доставкой его на Луну в 1970 году станцией «Луна-17» впервые появилась возможность проведения экспериментов не только вместе посадки автоматического аппарата, но и на различных удалениях от него. «Луноход-1» передвигался на восьмиколесном шасси с индивидуальным электродвигателем на каждом колесе, электроэнергию получал от солнечных батарей. Луноход функционировал в течение 322 дней, пройдя по маршруту 10,5 км детально обследовав 80 тысяч квадратных метров поверхности. С помощью радиотелевизионных систем на землю было передано 206 панорам и 20 тысяч снимков лунной поверхности. Проводились изучение физико-механических свойств поверхностного слоя грунта, его химический анализ. Получены результаты экспериментов с установленном на борту лунохода рентгеновским телескопом, уголковым лазерным отражателем.

Этот эксперимент был продолжен станцией «луна-21» доставившей в 1973 году на Луну «Луноход-2»отличающимся дополнительным оборудованием и улучшенными ходовыми качествами. Он преодолел 37 км сложного рельефа, передал на Землю свыше 80 тысяч изображений поверхности, в том числе и стереоскопических.

Исследование Луны и окололунного пространства проводилось и с помощью серии советских автоматических межпланетных станций «Зонд», запускавшихся в 1964-1970 годах. Они предназначались для изучения космического пространства и отработки техники дальних космических полетов. Космические аппараты «Зонд-3», «Зонд-6», «Зонд-7», «Зонд-8» повторили более четкое фотографирование обратной стороны Луны.

Одновременно с изучением Луны в СССР проводятся полеты автоматических станций к ближайшим планетам – Венере и Марсу. Полеты автоматических станций к Венере начаты в 1961 году, когда с борта тяжелого (6,5 т) спутника Земли стартовала станция «Венера-1» В то время наука располагала весьма скудными данными о планете, поскольку она всегда окутана плотным слоем облаков. Каких-то 10 лет назад мы не знали не только параметров и структуры поверхности Венеры, но даже направления вращения вокруг ее оси и продолжительность венерианских суток. Станции «Венера-1» и «Венера-2» пролетели в непосредственной близости от планеты и стали спутниками Солнца. Впервые поверхности Венеры достигла автоматическая станция «венера-3» в 1966 году, которая доставила вымпел с изображением Герба Советского Союза.

Крупнейшим успехом в изучении Венеры и новом выдающимся вкладом в развитие космонавтики стал полет автоматической станции «Венера-4». В октябре 1967 года был осуществлен плавный спуск отделяемого аппарата в атмосфере Венеры. Впервые были проведены непосредственные измерения химического состава, температуры, давления и плотности атмосферы. Результаты измерений были переданы на Землю. Параметры атмосферы впоследствии уточнялись станциями «Венерой-5» и «Венерой-6». Впоследствии станция «Венера-7» в 1970 году определила давление и температуру непосредственно на поверхности планеты. Давление атмосферы оказалось 90 атмосфер, а температура составила плюс 470 градусов.

Новый советский космический эксперимент, выполненный на станциях «Венера-9» и «Венера-10» в 1975 году качественно отличался от предшествующих, прежде всего своей сложностью и обширностью программы измерений. Станции совершили мягкую посадку на поверхность Венеры, стартуя с орбитального отсека, через который передавалась вся информация на Землю. В течение часа станции передавали панорамные изображение поверхности в районах посадки, результаты исследования физических свойств и характера грунта, а также освещенности. Неожиданным оказалось высокая освещенность на поверхности Венеры и каменистый ландшафт планеты. Исследования Венеры были продолжены следующими автоматическими станциями «Венера-11» и «Венера-12» в 1978 году, и «Венера-13», «Венера-14» в 1982 году. Все они осуществили мягкую посадку и передавали важную научную информацию о составе грунта, цветные изображения, запись окружающих звуков и т.д. в течение 110 минут.

Начало полетов к Марсу было положено в 1962 году советской межпланетной станцией «Марс-1», затем в 1971 году были запущены «Марс-2» и «Марс-3» причем впервые поверхность Марса была достигнута спускаемым аппаратом станции «Марс-2», а спускаемый аппарат станции «Марс-3» совершил мягкую посадку, но сигналы с него вскоре прекратились. В 1973 году были запущены станции «Марс-4», «Марс-5», «Марс-6», «Марс-7». Спускаемый аппарат станции «Марс-6» провел прямое исследование до момента посадки, после чего связь прекратилась. Спускаемый аппарат станции «Марс-7» из-за неполадок в бортовых системах не смог совершить посадку и прошел около планеты на расстоянии 1300 км. Наряду с отработкой и полетами межпланетных автоматических станций в СССР активно велись работы по созданию возвращаемых на Землю тяжелых пилотируемых кораблей-спутников и необходимой для этого мощной ракеты-носителя. Сначала это были автоматически управляемые корабли, снабженные различной аппаратурой и системами, несущие на борту до двух подопытных животных (собак) и разнообразные биологические объекты, а также манекен космонавта.

В 1960-1961 годах на орбиты вокруг Земли были выведены пять таких кораблей-спутников весом 4,5-4,7 тонн. При спуске с них катапультировались контейнеры с собаками: Белкой, Стрелкой, Чернушкой и Звездочкой. В итоге была создана конструкция летательного аппарата для полета человека в космос и отработаны все необходимые системы, в частности жизнеобеспечения, безопасности, связи, траекторных измерений и т.д.

Человек в космосе

Историческим достижением советской космонавтики является первый в мире полет в космос корабля-спутника «Восток» с человеком на борту 12 апреля 1961 года. Пилотом – космонавтом корабля был гражданин СССР майор Юрий Алексеевич Гагарин. Старт был дан на космодроме Байконур в 9 часов 7 минут по московскому времени. На протяжении всего участка выведения Ю.А.Гагарин поддерживал радиотелефонную связь с центом управления полетом (ЦУП), сообщал о срабатывании бортовых систем, изменении перегрузки, разделения ступеней, а после сброса головного обтекателя передал первые результаты наблюдения из космоса. Ю.А.Гагарин полностью выполнил программу полета: наблюдал за приборами, Землей, следил за состоянием своего организма в невесомости, принимал пищу и воду. Облетев Землю по эллиптической орбите в начале второго витка в 10 часов 55 минут, космонавт благополучно приземлился. В память о выдающемся событии на месте приземления-вблизи села Смеловка Терновского района Саратовской области-установлен обелиск.

Началась новая эра в истории человечества, эра непосредственного проникновения человека в космос. Экипажи численностью в 1, 2 и 3 космонавта на 8-ми советских космических кораблях систем «Восток» и «Восход» вышли в 1961-1965 годах на орбиты искусственных спутников Земли. Имена одиннадцати космонавтов, пилотировавшими эти корабли останутся в истории навечно. Каждым полетом вносился новый вклад в освоение ближнего космоса.

Герман Степанович Титов впервые сутки летал на орбите в космическом корабле «Восток-2». В 1962 году Андриян Григорьевич Николаев впервые совершил длительный космический полет, длившийся 4 суток на корабле «Восток-3». Павел Романович Попович трое суток летал в первом групповом полете с А.Г.Николаевым. Между землей и кораблями «Восток-3» и Восток-4» поддерживалась радиосвязь. На землю передавались телевизионные изображения космонавтов, впервые транслировавшиеся по сети СССР и «Интервидения». Валерий Федорович Быковский 5 суток жил и трудился на орбите в космосе на корабле «Восток-5». Валентина Владимировна Терешкова первая женщина-космонавт, летавшая 3 суток на корабле «Восток-6» в групповом полете с В.Ф.Быковским в 1963 году. Владимир Михайлович Комаров, Константин Петрович Феоктистов и Борис Борисович Егоров – первый космический экипаж трехместного корабля «Восход», состоящий из летчика-космонавта и двух ученых-космонавтов (инженера и врача) впервые летевших без скафандров, сутки проводили на орбите ценнейшие эксперименты на орбите в 1964 году. Павел Иванович Беляев и Алексей Архипович Леонов – экипаж первого двухместного космического корабля «Восход-2» впервые в мире совершивший в течение орбитального полета ценнейший эксперимент по выходу человека в открытый космос в 1965 году. Выход в космос был осуществлен А.Н.Леоновым через специальный шлюз, в скафандре с автономной системой жизнеобеспечения с удалением от корабля до 5 метров. Пребывание вне корабля длилось 20 минут, вне шлюза 12 минут, и было зафиксировано кинокамерами, установленными снаружи корабля. Посадка «Восхода-2» впервые была осуществлена с использованием ручной системы управления. Опыт, накопленный в полетах на кораблях «Восток» и «Восход» показал, что этап экспериментальных работ по созданию ракетно-космических систем, обеспечивающих выполнение орбитальных полетов успешно завершен.

Для решения новых задач космической программы, предусматривающей широкие исследования в околоземном космическом пространстве, а также создание долговременных пилотируемых станций, необходим был новый корабль. И он был создан.

Это корабль «Союз» и его модификация «Союз-Т». Он предназначался для длительных полетов с широким маневрированием, сближением, стыковкой с другими объектами на орбите Земли. Он состоит из трех отеков: двух герметичных обитаемых: орбитального и кабины космонавтов (бытового) и приборно-агрегатного отсека. В приборно-агрегатном отсеке располагались бортовые приборы и два жидкостных ракетных двигателя позволяющему кораблю совершать маневры до высоты 1300 км. Для осуществления причаливания и ориентации корабля использовались 14 микродвигателей 10 кг и 8 тягой 1 кг.

Космонавты в скафандрах располагались в кабине при выводе и спуске корабля. Объем кабины 3,8 куб. м. В ней расположен пульт управления кораблем, а в стенки вмонтированы три иллюминатора. Кабина космонавтов сообщается с орбитальным отсеком объемом 6,5 куб. м, посредством герметичного люка-лаза. В орбитальном отсеке космонавты проводят научные исследования, физические упражнения, а также отдыхают и спят. В необходимых случаях он используется в качестве шлюзовой камеры при выходе в космос. Для этого он оборудован специальной системой наддува и стравливания воздуха.