221

Ракетная техника и освоение космоса

Корнями в советский период уходят и наши достижения в ракетостроении и космонавтике. Еще в 1930-е гг. под руководством Ф.А. Цандера возникла исследовательская группа по изучению реактивного движения (ГИРД), в которую входил будущий Главный Конструктор советских ракет-носителей С.П. Королев. В предвоенные годы российская наука сформировала основные направления в ракетостроении. В начале работы наши ракетчики имели только одну идею: построить космический корабль для полета в космос, как мечтал Ф.А. Цандер – на Марс, который полагался обитаемым, а как промежуточный этап – на Луну, как считал К.Э. Циолковский.

Но реальность показала, что без завершения индустриализации никаких шансов на полет к Марсу быть не может. Поэтому стали строиться не романтические планы, а более реальные, но зато выполняемые – ракеты предполагалось применять в двух основных областях: «геофизические ракеты» для исследования верхних слоев атмосферы, куда тогда не могли подняться аэростаты и самолеты и еще в – военном деле.

Результатом развития военного направления были простые по своей идее, но обладающие ужасающей эффективностью системы залпового огня – реактивные минометы «Катюша» конструкции И.П. Граве, он же изобретатель твердотопливной ракеты на бездымном порохе. После начала войны стало явно не до разработок полетов к Марсу, делалось то, что могло непосредственно помочь разгрому врага: проектировались реактивные истребители, жидкостные ракетные ускорители для серийных боевых самолетов (В.П. Глушко и С.П. Королев), тяжелые 300-мм реактивные мины («Андрюша») и др.

Применение немцами крылатых ракет Фау-1 и баллистических ракет Фау-2 против Англии показало их высокую эффективность. Практика показала, что баллистические ракеты были неуязвимы для ПВО того времени и являлись неотразимым оружием. Кстати, идея крылатой ракеты и приоритет ее создания принадлежит Ф.А. Цандеру, из неопубликованной брошюры которого ее унаследовал С.П. Королев, который назвал ее «самолетоснарядом». Такая ракета была испытана Московским ГИРД в 1936 г. Немцы повторили эту идею, по их утверждениям, не зная о советской разработке, однако по одной из версий перспективная разработка была-таки украдена немецкой разведкой.

Бурное развитие ракетной техники после Великой отечественной войны неизбежно привело к разработке Советской космической программы, которая рождалась как естественное продолжение оборонных программ.

План полета человека в космос был предложен И.В. Сталину в 1946 г, но последовал ответ: «Полстраны в руинах, надо подождать лет 7 – 8, пока не поднимемся». И.В. Сталин помнил об этих планах, и государственный план создания ракеты Р-7, основы всей советской космонавтики, был подписан И.В. Сталиным и принят к исполнению всего за несколько недель до его смерти. Планировалось не только послать человека в околоземное пространство, но и создать невиданное в истории средство доставки оружия – межконтинентальную баллистическую ракету. К тому времени СССР сумел создать ядерную бомбу, но без средств доставки до цели она не могла стать полноценным оружием возмездия. У американцев было вполне надежное средство доставки – тяжелые бомбардировщики В-52, тем более американцы окружили СССР со всех сторон своими военными базами, с которых они могли свободно поразить любой город СССР, в то время как главные американские города были вне зоны досягаемости советских бомбардировщиков. Территория США, за исключением Аляски, оставалась практически недоступной для нанесения ответного удара. Американцы полагали, что СССР попал в безвыходное положение, и будет практически беззащитной жертвой.

Планы США по нанесению ядерных ударов по городам СССР и развязыванию войны были хорошо известны, да вчерашние союзники особо их и не скрывали – подготовка к уничтожению СССР и русского народа велась в США полным ходом. По этим планам планировалось сбросить на советские города 300 атомных бомб, уничтожив почти половину населения и большую часть промышленного потенциала. Всерьез создавались планы раздела России на зоны оккупации, подбирались кадры для этого и т.д.

Чтобы сорвать эти планы, жизненно необходимо было создать такое средство доставки атомной бомбы, которое могло достичь противоположного полушария, в противном случае страшный удар англосаксонских фашистов по русской цивилизации был неизбежен. Достижимость территории агрессора для ответного ядерного удара очень серьезно бы охладила пыл этих нелюдей, всегда с наслаждением истребляющих беззащитных людей, но опасающихся грозного противника. Что, кстати, подтвердило ближайшее будущее.

Вполне естественно, что именно развитие ракетной отрасли получило максимальное финансирование. В конце 1940-х гг. над вопросами проектирования и изготовления ракет работали 13 научных институтов и конструкторских бюро, 35 заводов. Но наши инженеры продолжали мечтать о звездах. Ракета не только может доставить в любую точку Земли атомную бомбу, но и может вывести на орбиту искусственный спутник земли (ИСЗ). Советские люди верили, что военная тематика их разработок – зло неизбежное, но преходящее, которое вот-вот кончится. Они верили в светлое будущее, когда война и насилие отойдут навсегда в прошлое, и можно будет заняться непосредственно изучением тайн Вселенной.

В 1946 – 1955 гг. СССР делает резкий рывок в исследованиях по ракетостроению, намного опережая все другие страны, прежде всего, США.

По сути дела, именно СССР закладывает основы современного ракетостроения. Под руководством С.П. Королева происходит промышленное воплощение многих идей и разработок теории космонавтики, разработанной русскими учеными во главе с М.В. Келдышем.

С начала 1950-х гг. наши ученые начинают разрабатывать межконтинентальные баллистические ракеты (МБР) и ракеты-носители.

Для запуска этих ракет в 1955 г. начинается строительство космодрома Байконур (Слайд 1), где 21 августа 1957 г. происходит испытание первой в мире межконтинентальной баллистической ракеты Р-7, имевшей важное вое нное значение. Р-7 – двухступенчатая ракета с отделяющейся головной частью массой 3 тонны и дальностью полета 8 тыс. км. На базе Р-7 создано целое семейство ракет-носителей среднего класса, внесших большой вклад в освоение космоса – на ракетах семейства Р-7 были запущены в космос многие ИСЗ, начиная с самых первых, и все советские и российские космонавты, начиная с первого космонавта Земли Ю.А. Гагарина.

Наши ученые были осведомлены, что в США тоже ведутся работы по ракетной тематике, тем более что в США был вывезен талантливый изобретатель немецких ракет – Вернер фон Браун и ряд других крупных ученых Германии. Американцы весьма шумно заявили о том, что собираются запустить первый искусственный спутник Земли. Даже демонстрировали то, что собирались запустить – аппарат величиной с апельсин. Вокруг этого дела, как обычно для американцев, был поднят невероятный пропагандистский шум. Считалось, что данный запуск будет несомненной демонстрацией всему миру абсолютного превосходства англо-саксонской науки над всеми остальными, прежде всего – над советской. Они даже не сомневались в том, что будут первыми. Тем более что со стороны «русских» в этой области было глухое молчание. Разведка США знала, что в СССР работы над ракетами ведутся, но не знали насколько успешно. «По умолчанию» считалось, что русские «всегда» отстают от американцев.

Пуск американской ракеты был приурочен к международному геофизическому году. Но их в этом преследовала целая серия неудач.

4 октября 1957 г. модифицированным вариантом ракеты Р-7 был запущен первый в мире искусственный спутник Земли (Слайд 2). Таким образом, Россия начала космическую эру.

Спутник был сделан весьма интересно: корпусом ему служила оболочка атомной бомбы с полностью удаленной начинкой. Начинкой для первого ИСЗ был простой радиопередатчик.

У же вес первого спутника поверг американских инженеров в изумление. Если они рассчитывали с помощью своей «суперпередовой» ракеты-носителя «запустить апельсин», то советский спутник весил почти центнер.

На втором искусственном спутнике Земли с собакой Лайкой на борту, запущенном 3 ноября 1957 г., русские ученые впервые в истории науки проводят научные исследования (Слайд 3).

С этой даты берет отсчет новая область науки – космическая физика, созданная русскими учеными.

Полезный вес аппарата превышал 508 кг, что в 6 раз больше веса первого спутника. При этом второй спутник был выведен на орбиту, расположенную значительно дальше от поверхности Земли, чем орбита первого спутника.

Второй искусственный спутник был оснащен разнообразной научной аппаратурой, позволяющей осуществить проведение широкой программы исследований. На спутнике были размещены аппаратура для изучения космических лучей, исследования ультрафиолетовой и рентгеновской части солнечного излучения, герметическая кабина с подопытным животным, радиотелеметрическая аппаратура для передачи на Землю результатов измерений, радиопередающая аппаратура, а также необходимые источники электроэнергии. Выведение второго спутника на орбиту было осуществлено при помощи составной ракеты.

Г ерметическая кабина, в которой находилась собака, имела цилиндрическую форму. С целью создания условий, необходимых для нормального существования животного, в ней был размещен запас пищи, а также система кондиционирования воздуха, состоящая из регенерационной установки и системы терморегулирования. Помимо этого, в кабине были размещены аппаратура для регистрации пульса, дыхания, кровяного давления, аппаратура для снятия электрокардиограмм, а также чувствительные элементы для измерения ряда параметров, характеризующих условия в кабине (температура, давление).

Изучение биологических явлений при полете живого организма в космическом пространстве стало возможным благодаря предварительным обширным исследованиям на животных в кратковременных полетах на ракетах до высоты 100 – 200 километров, которые проводились в СССР на протяжении ряда лет.

1 5 мая 1958 г. был запущен третий искусственный спутник Земли (Слайд 4), на котором в качестве источника энергии использовались солнечные батареи. Этот искусственный спутник стал первой в мире автоматической научной станцией, с помощью которой впервые проведены прямые измерения магнитного поля Земли, радиации Солнца, химического состава и давления атмосферы, плотности распределения метеорного вещества вокруг Земли. Спутник-3 был первым полноценным космическим аппаратом, обладающим всеми системами, присущими современным космическим аппаратам. Для своего времени это была удивительная машина. Имея форму конуса с диаметром основания 1,73 метра и высотой 3,75 метра, спутник весил 1327 килограммов. На борту спутника было размещено 12 научных приборов. Последовательность их работы задавало программно-временное устройство. Впервые предполагалось применить бортовой магнитофон для записи телеметрии на тех участках орбиты, которые не были доступны наземным станциям слежения. Впервые бортовая аппаратура принимала и исполняла команды, переданные с Земли. Впервые была использована активная система терморегулирования для поддержания рабочих температур.

Американцы поняли, что они отстали и отстали серьезно от тех, кого они прежде считали безнадежно отставшими «от передовых демократий» в области науки и техники.

После триумфа первого ИСЗ, реально спасти лицо американской науки мог только первый полет человека в космос. США в то время не обладали достаточно мощной ракетой-носителем для вывода корабля с человеком на борту на околоземную орбиту, чтобы он стал спутником Земли, поэтому планировался лишь кратковременный выход аппарата в космос по баллистической траектории. Американские инженеры его образно назвали – «прыжок блохи».

Корабль стартовал с Земли, выныривал минут на десять из атмосферы в космос и валился обратно. Вполне естественно, что такой «космический полет» не мог быть полноценным. Но для США главное было «застолбить» первыми космос и тем самым спасти лицо.

В отличие от США СССР обладал уже достаточно мощной ракетой Р-7. Поэтому, сразу же после запуска ИСЗ стал планироваться именно орбитальный, а не баллистический полет корабля с человеком на борту.

После удачного эксперимента с запуском автомата развернулись следующие этапы исследования космоса – второй и третий спутники были биологическими. На живых организмах исследовалось воздействие факторов космического полета. В космос полетели первые животные-космонавты. Имя первой собаки, побывавшей в космосе – Лайки – облетело весь мир. Следующими «космонавтами», вернувшимися на Землю живыми стали собаки – Белка и Стрелка, была отработана не только чисто научная программа, но решена и техническая проблема возврата космического аппарата из космоса на землю с мягкой посадкой. Отработав на собаках то, что впоследствии предстояло пройти человеку, Советская космическая программа вплотную подошла к решению проблемы полета человека в космос.

Создавался первый аппарат для полета человека в космос с предварительной отработкой всех узлов в беспилотном режиме. После того, как все части были отработаны, полетели беспилотные корабли «Восток». Вместо космонавта в кресле пилота летал манекен.

Н аконец, когда все элементы полета были успешно отработаны, 12 апреля 1961 года, стартовав с космодрома Байконур, корабль «Восток» с человеком на борту совершил один полный виток вокруг Земли и сел в заданном районе Советского Союза. Так состоялся первый в истории человечества полет человека в космос. Первым космонавтом планеты стал Юрий Алексеевич Гагарин (Слайд 5).

Дальнейшее планомерное изучение околоземного пространства при помощи искусственных спутников, планет Солнечной системы Луны, Марса, Венеры при помощи автоматических спускаемых аппаратов, длительное пребывание человека в космосе на борту орбитальных научных станций лабораторий серии «Салют» и выполнение русскими космонавтами-исследователями широкого круга работ по освоению космоса прочно закрепили за Россией первенство в области ракетной техники, доказали превосходство многих направлений русской науки.

Вслед за Гагариным 6 августа 1961 г. суточный полет вокруг Земли совершил Г.С. Титов, трое суток продолжался первый в мире совместный групповой полет космонавтов А.Г. Николаева и П.Р. Поповича (август 1962 г.), в 1963 г. совершены многосуточные полеты В.Ф. Быковского и первой женщины-космонавта В.В. Терешковой. Так как Советский Союз намеревался всерьез осваивать ближний космос, то необходимо было сделать корабли, на которых можно было «возить» не одного, а нескольких космонавтов, выполняющих не только функции пилотирования корабля, но и полномасштабные научные эксперименты. Такой первый трехместный космический корабль стартовал в октябре 1964 г. Экипаж состоял из командира корабля В.М. Комарова, научного сотрудника К.П. Феоктистова и врача Б.Б. Егорова. Космонавты впервые в мире совершили полет без скафандров.

18 марта 1965 г. впервые в мире осуществлен выход человека в открытый космос (космонавт А.А. Леонов, «Восход-2») и его свободный полет в космическом пространстве. С этой целью впервые был создан специальный скафандр, равного которому тогда не было.

23 апреля 1967 г. на орбиту был запущен космический корабль «Союз-1». После этого глава НАСА Чарльз Болден признал российскую ракету-носитель «Союз» и одноименный пилотируемый космический корабль самыми надежными в мире.

В 1959 г. русские ученые начали подготовку полетов космических ракет к планетам Солнечной системы. В этом году первая автоматическая межпланетная станция вышла из поля тяготения Земли, прошла на расстоянии около 7500 км от поверхности Луны и вышла на орбиту вокруг Солнца, став его первым искусственным спутником. В 1961 – 1962 гг. советские межпланетные станции направляются на исследования Венеры и Марса. 03 февраля 1966 г. советская автоматическая станция «Луна-9» первой в мире совершила мягкую посадку на поверхность Луны, после чего передала панорамное изображение поверхности Луны. 1 марта 1966 г. станция «Венера-3» впервые достигла поверхности Венеры, доставив вымпел СССР. Это был первый в мире перелет космического аппарата с Земли на другую планету. 3 апреля 1966 г. станция «Луна-10» стала первым в мире искусственным спутником Луны. 20 сентября 1970 г. автоматическая межпланетная станция «Луна-16» совершила мягкую посадку на Луну, а 21 сентября возвращаемый аппарат стартовал с поверхности Луны. Перед стартом был произведен забор образцов лунного грунта, которые были доставлены на Землю.

1 0 ноября 1970 г. ракета-носитель (РН) «Протон-К» вывела на траекторию полета к Луне автоматическую межпланетную станцию «Луна-17» с самоходным аппаратом «Луноход-1» (Слайд 6) на борту. «Луна-17» совершила мягкую посадку на Луну, а через два с половиной часа «Луноход-1» по трапу сошел с посадочной платформы, приступив к выполнению программы. «Луноход-1» – первый в мире планетоход, успешно работавший на поверхности другого небесного тела.

Масса планетохода составила 756 кг, длина с открытой солнечной батареей – 4,42 м, ширина – 2,15 м, высота – 1,92 м, диаметр колес – 510 мм, ширина – 200 мм, ширина колеи – 1600 мм.

В течение первых трех месяцев запланированной работы помимо изучения поверхности аппарат выполнял еще и прикладную программу, в ходе которой отрабатывал поиск района посадки лунной кабины. После выполнения программы луноход проработал на Луне в три раза больше своего первоначально рассчитанного ресурса (3 месяца). За время нахождения на поверхности Луны «Луноход-1» проехал 10540 м, передал на Землю 211 лунных панорам и 25 тысяч фотографий. Более чем в пятистах точках по трассе движения изучались физико-механические свойства поверхностного слоя грунта, а в 25 точках проведен анализ его химического состава.

Для того чтобы получить количество информации хотя бы приблизительно такое же, как получили наши ученые «выкатив» на Луну наши «Луноходы», американцам понадобилось бы совершить не 5, а в десятки раз большее количество экспедиций «Аполлонов».

К тому же все запуски стоили нашей стране в сотни раз меньше, чем их шумная и, как теперь выясняется, никчемная (если не считать рекорда – первого посещения человеком Луны) с научной точки зрения, экспедиция.

По этому поводу в те времена среди ученых мира даже гуляла шутка: «Американцы послали на Луну вагон, а русские – маленькую тележку. В результате американцы получили полезной информации – маленькую тележку, а русские – вагон и маленькую тележку. Вывод: американцы богаче, а русские – умнее».

Новым словом в космической технике явилось создание долговременных орбитальных станций, от первой в мире пилотируемой орбитальной станции «Салют» (запуск РН «Протон» со станцией «Салют» 19 апреля 1971 г.) до многофункционального орбитального комплекса – легендарной станции «Мир» (вывод на орбиту базового блока станции «Мир» РН «Протон» состоялся 20 февраля 1986 г.), с дальнейшим вводом модулей «Квант» (31.03.1987 г.), «Квант-2» (26.11.1989 г.), «Кристалл» (31.05.1990 г.), «Спектр» (20.05.1995 г.) и «Природа» (23.04.1996 г.).

Так, в ходе полета первой долговременной орбитальной станции третьего поколения «Салют-6» впервые на космическом аппарате было проведено более 1550 экспериментальных исследований, с использованием свыше 150 наименований научных приборов суммарной массой более 2200 кг.

Обеспечение работоспособности этих станций было бы невозможно без решения таких проблем, как:

• осуществление первой в мире автоматической стыковки и расстыковки беспилотных космических аппаратов «Космос-186» и «Космос-188» 30.10.1967 г.;

• автоматическое сближение, ручное причаливание и стыковки двух пилотируемых кораблей «Союз-5» и «Союз-4» 14 – 15 января 1969 г. (создание первой экспериментальной орбитальной станции), когда впервые в мире был осуществлен переход космонавтов в космосе из одного корабля в другой;

• осуществление транспортировочных операций по доставке на станции «Салют» топлива для дозаправки двигательных установок, а также продуктов питания и оборудования для обеспечения жизнедеятельности и проведения научных исследований. Стыковка первого в истории космонавтики транспортного корабля «Прогресс» с пилотируемым комплексом «Салют-6» – «Союз-27» была выполнена с доставкой груза 22 января 1978 г.

В 1978 г. было положено начало широкой международной интеграции по выполнению совместных космических программ, в которой приняли участие Чехословакия, Польша, Болгария, Венгрия, Вьетнам, Куба, Монголия, Румыния, Франция, Индия, Сирия, Афганистан, Япония, Великобритания, Казахстан, Австрия, Германия.

В 1984 г. был осуществлен первый выход в открытый космос женщины-космонавта (С.Е. Савицкая).

В 1986 г. впервые был выполнен межорбитальный перелет космонавтов с одной орбитальной станции на другую и обратно («Мир» – «Салют-7» – «Мир»).

В 1995 г. завершился рекордный по длительности полет космонавта В.В. Полякова (438 суток) по программе наращивания продолжительности пребывания человека в космосе.

В 1995 г. осуществлена первая стыковка аппаратов больших масс: орбитальной станции «Мир» массой 105 тонн и американского космического корабля многоразового использования «Шаттл» массой 104 тонны. Впервые был создан орбитальный пилотируемый комплекс «Мир-Шаттл» с объединенным экипажем численностью 10 человек.

В 1996 г. впервые преодолен 10-летний рубеж постоянной эксплуатации станции «Мир» в непрерывном пилотируемом режиме. Всего станция действовала на орбите до 2001 года.

20.11.1998 г. ракетой-носителем «Протон» был выведен на орбиту первый блок «Заря» международной космической станции (МКС).

1 5.05.1987 г. осуществлен первый испытательный пуск ракеты-носителя «Энергия» (Слайд 7). Это было блестящим триумфом ракеты. Машина отработала безупречно в первом же испытательном полете. Ввиду ее высоких технических характеристик, ведущие мировые специалисты по космической технике даже сравнивали эти первые два пуска (15.05.1987 г. и 15.11.1988 г.) по значимости с запуском первого искусственного спутника Земли 4 октября 1957 г.

Так, «Энергия» позволяла выводить на орбиту полезный груз приблизительно в 3 раза больший по массе, чем самые мощные существующие ракетно-космические системы США.