Шрифт:
Поскольку серийной ракеты «Р-7А» еще не существовало, но зато имелся опыт полетов собак на геофизических ракетах, новый отдел занялся проектом запуска прототипа космического корабля-капсулы с помощью «Р-5М» на высоту порядка 500 км. Как вариант вместо капсулы рассматривался миниатюрный планер, использующий для маневра в плотных слоях атмосферы подъемную силу коротких крыльев. Благодаря этой возможности планер мог вернуться на ракетодром, с которого производился запуск.
Планер был данью молодости Сергея Королева, еще в ГИРД работавшего над созданием ракетоплана «РП-1». Когда главный конструктор увидел, что отдел Тихонравова просто не справляется со столь сложной задачей, как конструирование крылатого возвращаемого аппарата, он передал проект в бюро ОКБ-256 Государственного комитета авиационной техники, возглавляемое Павлом Владимировичем Цыбиным [153] , который занимался созданием десантных и военно-транспортных планеров.
153
Цыбин, Павел Владимирович (1905–1992) – советский ученый, авиаконструктор. В 1926 году поступил в 1-ю советскую авиационную школу в Гатчине на отделение авиатехников. После окончания школы работал в отделе учебных заведений Управления ВВС РККА, затем служил в Пермской школе летчиков и техников морской авиации, в 1938 году был уже комбригом. В 1939 году Цыбин был переведен в Москву и поступил в Военно-воздушную академию имени Н. Е. Жуковского. Во время Великой Отечественной войны работал над созданием десантных планеров «КЦ-20», «Ц-5», а после войны под его руководством создавались летающие лаборатории «ЛЛ-1», «ЛЛ-2» для исследования аэродинамики околозвуковых скоростей. Впоследствии – главный конструктор ОКБ-256, где руководил созданием высотного сверхзвукового стратегического реактивного самолета-разведчика «РСР». В конце 1960 года работал в ОКБ-1 С. П. Королева, где выполнил проект возвращаемого пилотируемого космического аппарата, сконструировал первый советский спутник-разведчик «Зенит-2», работал над спутником связи «Молния», космическими кораблями «Союз» и «Союз-Т».
В проекте Цыбина предполагалось, что ракетоплан стартовой массой 3500 кг и посадочной массой 2600 кг будет выводиться на орбиту высотой 300 км под головным обтекателем трехступенчатого носителя, создаваемого в ОКБ-1 на базе «Р-7». Там он останется на сутки и проведет разведку, передавая информацию по радиоканалу. Затем с помощью тормозного двигателя снизит скорость, за счет чего сойдет с орбиты и начнет спуск в атмосфере.
Оригинальной идеей Цыбина было использование складного крыла – авиаконструктор знал, что при входе в атмосферу наибольшему нагреву подвергнутся тонкие кромки крыльев, поэтому в зоне интенсивного торможения ракетоплан шел «брюхом вперед», рассеивая избыточное тепло с помощью донного теплозащитного экрана, а сложенное «шалашиком» крыло пряталось в аэродинамической «тени» корпуса. На высоте 20 км, после снижения скорости до 500–600 м/с, раскаленный теплозащитный экран сбрасывался, и раскрывались консоли крыла. Пройдя весь диапазон скоростей, аппарат планировал с постоянной дозвуковой скоростью с высоты 10 км. Посадка выполнялась на специально подготовленную грунтовую площадку с использованием лыжного шасси «велосипедного» типа. Вертикальная скорость снижения не должна была превышать 2 м/с.
«Лапоток Цыбина» – один из первых вариантов спускаемого аппарата корабля «Восток» (эскиз)
Павел Цыбин часто встречался с Королевым и держал его в курсе работ ОКБ-256 с возвращаемым ракетопланом. При этом Сергей Павлович отметил определенное сходство аппарата с лаптем, после чего инженеры бюро Цыбина стали называть свое детище «лапотком». Представители ОКБ-1 участвовали в подготовке чертежей на компоновку ракетоплана и его сопряжение с ракетой-носителем. Однако при продувках моделей в аэродинамической трубе выяснилось, что максимальная температура теплозащитного экрана превышает расчетную. Требовались дополнительные исследования с натурными испытаниями аппарата-аналога. Королев одобрил этот план. Его реализации помешало очередное «укрупнение» – бюро Цыбина передали в подчинение другим, а сам он устроился в ОКБ-1 на должность заместителя главного конструктора [154] .
154
В описываемый период в верхах проводилась негласная кампания против военного самолетостроения в пользу ракетной техники. Из-за этого отдельные авиационные конструкторские бюро были закрыты. В октябре 1959 года ОКБ-256 было переподчинено ОКБ-23 В. М. Мясищева, осенью 1960 года – ОКБ-52 В.Н.Челомея.
В итоге Сергей Королев отказался от крылатого возвращаемого аппарата в пользу баллистической капсулы. Ее разработкой занялся пришедший в конце 1957 года из НИИ-4 талантливый конструктор Константин Петрович Феоктистов [155] , которого сегодня по праву называют «отцом» космического корабля «Восток».
Константин Петрович Феоктистов (© РКК «Энергия»)
Никто в конце 1950-х не знал, как должен выглядеть пилотируемый космический корабль. Известно было только, что наибольшую угрозу для жизни пилота будет представлять возвращение на Землю. Быстрое торможение в плотных слоях атмосферы могло вызвать перегрузку до 10 g, поэтому на первом этапе группа Феоктистова проектировала аппарат в виде конуса – тот мог планировать, снизив перегрузку вдвое. Однако испытания на добровольцах показали, что тренированный человек вполне способен выдержать десятикратную перегрузку, поэтому Феоктистов предложил необычное решение – сделать корабль шарообразным подобно первому спутнику. Такая форма была хорошо известна аэродинамикам, а потому не требовала дополнительных исследований.
155
Феоктистов, Константин Петрович (1926–2009) – советский инженер-конструктор, летчик-космонавт СССР. Во время Великой Отечественной войны бросил учебу и ушел на фронт. Воевал разведчиком войсковой части. Во время выполнения задания в городе Воронеж был схвачен немецким патрулем и чудом выжил после расстрела. В 1949 году окончил МВТУ имени Н. Э. Баумана. Работал в ОКБ-1, участвовал в создании первого искусственного спутника Земли, руководил проектированием кораблей «Восток» и был ведущим разработчиком кораблей «Союз», «Союз Т», «Союз ТМ», «Прогресс», «Прогресс-М», а также орбитальных станций «Салют» и «Мир». В 1964 году, когда встал вопрос о полете в космос инженера, попал в Отряд космонавтов. Свой единственный космический полет К. П. Феоктистов совершил 12–13 октября 1964 года (вместе с В. М. Комаровым и Б. Б. Егоровым) на корабле «Восход» собственной разработки. К. П. Феоктистов был первым гражданским и беспартийным космонавтом. С 1990 года преподавал в МГТУ им. Н. Э. Баумана.
Вначале разработчикам показалось, что при падении в атмосфере шар будет беспорядочно крутиться, что может привести к непредсказуемым последствиям в момент приземления. Но эти сомнения были тут же разрешены путем проведения простейшего опыта. В то время работники отдела № 9 увлекались игрой в пинг-понг. Кому-то из членов группы Феоктистова пришла в голову мысль использовать в качестве модели пинг-понговый шарик с небольшой нашлепкой пластилина в нижней части для создания эксцентриситета. Шарик бросали со второго этажа в лестничный пролет, и он всегда падал именно на нашлепку – устойчивость формы была продемонстрирована экспериментально.
Одной из наиболее серьезных проблем была защита корабля от перегрева при входе в плотные слои атмосферы. Существовавшие конструкционные материалы таких температур не выдерживали. Поэтому проектанты решили использовать тот же принцип, что и для головных частей «Р-5» и «Р-7» – на спускаемый аппарат наносили асботекстолит, который испарялся в потоке набегающего воздуха, поглощая избыточное тепло.
При выборе способа возвращения корабля также рассматривалось несколько вариантов, кроме уже упомянутого планирующего спуска. Например, Сергею Королеву очень нравился вариант торможения и посадки с помощью авторотирующих винтов, подобных вертолетным. Однако главный конструктор вертолетов Михаил Леонтьевич Миль, к которому Королев обратился с предложением о сотрудничестве, категорически отказался: слишком велика была ответственность, слишком много времени потребовалось бы на новую тему. В результате выбрали классический спуск на парашюте, хотя Королев и недолюбливал «тряпки», считая их технологией вчерашнего дня.
Сначала проектанты и не думали о разделяемом корабле, собираясь возвращать его на Землю целиком. Только вот изготовить весь корабль в виде шара не позволяли габариты ракеты, поэтому его поделили на две части: сферический спускаемый аппарат, в котором находился пилот, и приборный отсек, сгоравший после разделения в атмосфере.
Чтобы не усложнять конструкцию корабля системой мягкой посадки, было решено катапультировать пилота из спускаемого аппарата на высоте нескольких километров, как еще в 1956 году предложил сделать Владимир Яздовский. Такая схема давала дополнительный плюс – катапультирование можно было использовать при аварии ракеты на начальном участке выведения.
Первоначальный облик будущего космического корабля определился. Константин Феоктистов подготовил доклад для главного конструктора и представил его в июне 1958 года. Королев поддержал новую компоновку и поручил написать официальный отчет по проекту «Объект Д-2» (так в его бюро назывался космический корабль для орбитального полета) в течение двух месяцев.
В середине августа отчет под названием «Материалы предварительной проработки вопроса о создании спутника Земли с человеком на борту» был выпущен. В нем указывалось, что с помощью трехступенчатой ракеты-носителя на орбиту искусственного спутника Земли можно вывести корабль массой 4,55,5 т. Там же были приведены расчеты в обоснование выбора формы спускаемого аппарата. В частности, отвергнут конус по причине малого внутреннего объема (1,5 м3 против 5 м3 у шара) при заданном диаметре основания в 2,3 м, который определялся размерами третьей ступени. Здесь же рассматривалось шесть вариантов компоновки.