История космического соперничества СССР и США
Шрифт:
С середины 60-х годов число комсатов значительно возросло вместе с их мощностью и возможностями. Они постоянно поддерживали связь, осуществляемую с помощью голоса, и передачу информации, а также передавали развлекательные программы и новости в виде телевизионных и других электронных сигналов.
Когда астронавта Уолла Ширра попросили назвать самое прекрасное из того, что он видел во время космического полета, он ответил: «Это раскрывающийся парашют». Космический корабль на орбите достиг своего рода вершины, достижения, которого добивались огромными усилиями. Однако, подобно альпинисту, достигшему вершины, космический корабль, находящийся на орбите, совершил еще только половину своего полета. «С самого начала мы четко решили, что это будет нечто вроде путешествия туда и обратно», — любил говорить Ширра. Чтобы вернуться домой с вершины или с орбиты, надо спуститься вниз, и следует тщательно обсудить маршрут спуска, так как он может оказаться таким же смертельно опасным, как и подъем.
Чтобы вернуться на Землю, космический корабль должен выйти на точную траекторию вхождения в атмосферу Земли под правильным углом. Подобно тому как реактивный самолет приземляется на короткую посадочную полосу в Андах, космический корабль не имеет права на ошибку. Выберете слишком пологий спуск — и космический корабль выйдет обратно в космос из-за кривизны атмосферы, уже не имея запаса топлива для возвращения. Слишком крутой угол — и космический аппарат разобьется, не успев погасить скорость в плотных слоях атмосферы. Чтобы приступить к благополучному возвращению, космический корабль «Аполлон» входил в атмосферу под углом 6,5° при погрешности в полградуса.
Основная
Трение о воздух создает значительные тормозящие силы, но это же трение порождает огромное количество теплоты. При такой «энергичной» скорости температура носа сверхзвукового авиалайнера Конкорд достигает 350 °C, а фюзеляжа — 95 °C. Конкорд сталкивается с таким нагревом при скорости, превышающей скорость звука всего в два раза. Орбитальная скорость спутника больше скорости звука в 25 раз, значит, космический аппарат, опускающийся в атмосферу, должен выдерживать температуры трения о воздух в тысячи градусов. Создание космического корабля, защищенного от такого ужасного испытания, было серьезной проблемой и для советских, и для американских инженеров. Поскольку проблема была единой для всех землян, каждая сторона разработала незначительно отличающиеся решения.
Американские космические капсулы имели форму короткого конуса с тупым закругленным концом, действующим как теплозащитный экран, предохраняющий от воздействия плотных слоев атмосферы. Лунная миссия «Аполлона» столкнулась с еще более серьезной проблемой, чем возвращение с орбиты, так как скорость космического корабля увеличилась до 32 скоростей звука (это примерно 40 000 км/ч). Температура среды, окружающей капсулу с возвращающимися астронавтами будет около 2760 °C. Ничего из того, что мы можем создать, не способно долго выдерживать всю силу такого воздействия. Поэтому инженеры «Аполлона» создали теплозащитный экран космического корабля по принципу абляционного материала: теплоизоляционный слой изготовлен в форме сот, в ячейках которого находится феноловая смола; она будет расплавляться и поглощать колоссальное количество теплоты, а затем отслаиваться, унося с собой тепло.
Чтобы снизить силу столкновения с атмосферой, космический корабль «Аполлон» использовал небольшие маневрирующие микродвигатели, обеспечивающие автоматическое управление кораблем путем его ориентирования. Тупоносая капсула создавала максимальную силу лобового сопротивления — и падала. Но с помощью микродвигателей пилот мог слегка наклонить корабль и таким образом, как бы слегка планируя, какое-то время «скользить» вверх. Оснащенная такой техникой, капсула «Аполлона» шла по траектории «американских горок», ныряя носом в плотные слои атмосферы, чтобы сбавить скорость, а затем шла носом кверху и охлаждалась, прежде чем снова нырнуть вниз. Два таких подъема снижали максимальную температуру и уменьшали необходимую толщину теплоизоляционного слоя.
Идущая вниз-вверх траектория «Аполлона» также помогала уменьшить перегрузку, которую должны были испытывать астронавты на борту корабля. При нажатии тормозов вашей машины, идущей на большой скорости, вас с некоторой силой бросит вперед. Теперь представьте, что вы жмете на тормоза при скорости 40 000 км/ч! Астронавты, лежащие в своих креслах спиной к теплозащитному экрану, испытывали все возрастающую силу «тормозного» снижения скорости, которая достигала более чем шестикратной перегрузки, делая вес каждого космонавта больше 450 кг.
Конструкция капсулы космического корабля «Аполлон» обеспечивала максимальное управление с помощью высоких технологий и сложного устройства типично американского профиля. Советские конструкции представляли собой поразительную противоположность, так как их создатели руководствовались принципом экономии и простоты. Капсулы космических кораблей «Восток» и «Восход» были сферическими и не имели управляемого маневрирования при вхождении в атмосферу. Они были рассчитаны на «пассивное» управление ориентацией во время возвращения корабля: расположение тяжелого оборудования внутри капсулы намеренно смещало центр тяжести корабля, и таким образом сфера естественным образом поворачивалась одной стороной к атмосфере. Неуправляемым капсулам приходилось камнем лететь вниз по простой баллистической траектории, которая создавала максимальную перегрузку — более чем восьмикратную. Пилоты истребителей обычно теряют сознание при девятикратной перегрузке.
Домой с Луны: «Аполлон-8», сфотографированный во время возвращения на Землю, декабрь 1968 года
Американские космические капсулы были одноместными, размером чуть больше кабины самолета, до появления капсулы «Аполлона», которая предоставляла несколько больше дополнительной полезной площади. Все капсулы этих космических кораблей были сконструированы так, чтобы при возвращении выдержать вхождение в атмосферу. Советские конструкторы при создании космического корабля «Союз», который стал основным кораблем советских космонавтов, иначе подходили к этой проблеме. «Союз» включал модуль возвращения, еще и орбитальный модуль — «жилую комнату». Вместе они представляли два отдельных пространства на корабле. Все, что не надо было возвращать на Землю (столовое, туалетное и рабочее орбитальное оборудование), находилось в орбитальном модуле, который закрывался и отделялся перед вхождением в атмосферу. В оставшемся модуле, возвращавшемся на Землю, находились только сами космонавты, поэтому он был небольшим и компактным, максимально сокращая вес тяжелой дорогостоящей конструкции, которую надо было сделать такой прочной, чтобы она выдержала воздействие сил, возникающих при вхождении в плотные слои атмосферы. Это было еще одно проявление типично советского подхода.
Вхождение в плотные слои атмосферы подвергает чувствительные компоненты сложной операционной системы космического корабля колоссальным нагрузкам и, как оказалось, является самой опасной частью космического путешествия. В 1967 году Владимир Комаров на корабле «Союз-1» справился с целой серией ужасных неполадок на орбите, которые заставили его перейти к опасному ручному управлению, чтобы приступить к возвращению. После того как капсула, в которой находился космонавт, благополучно завершила выход из горячей фазы возвращения, его парашют, по жестокой иронии судьбы, не смог раскрыться. Заключенный в капсуле, падающей в свободном падении, Комаров погиб, разбившись о землю.
В 1971 году «Союз-11» совершил мягкую посадку, но когда команда спасения открыла люк, то обнаружила всех трех космонавтов, которые не могли в тесном пространстве кабины носить скафандры, мертвыми [7] . Прямо перед вхождением в атмосферу открылся неисправный клапан и выпустил весь кислород в космос, лишив их возможности дышать. Космический корабль автоматически вернул их безжизненные тела на Землю.
Такие трагические неудачи позволяют нам ясно представить всю опасность, связанную с возвращением на Землю. Так мы можем оценить невероятные достижения конструкторов, которые делают возможными успешное возвращение. Ужасная перспектива повторения падения Комарова, разрушения корабля или любой другой трагической неудачи заставляет инженеров оборудовать каждый корабль лучшими средствами защиты, которые они могут создать.
Каждый космический путешественник, ступающий на борт корабля, отправляющийся в полет, готовится вступить в царство небес и войти в книгу истории, увидеть потрясающие вещи и совершить отважные поступки, которые предназначены не для многих. Но когда он пристегнут ремнями безопасности и за ним закрывается люк, он должен не только предвкушать награду, но и осознавать, что за возвращение на Землю он может поплатиться по высшей мере.
7
Это были летчики-космонавты В. Волков, Г. Добровольский и В. Пацаев. — Примеч. пер.
На этой фотографии Базза Олдрина на Луне видно отражение Нейла Армстронга, июль 1969 года
7. Далекий приз
К середине 60-х годов проект «Аполлон» широкими шагами двигался к своей цели — посадке на Луну. Миссия «Аполлона» представляла собой кульминацию американского модульного принципа конструирования в применении к пилотируемым космическим полетам. Проект «Меркурий» обеспечил возможность первых пилотируемых полетов, от начальных суборбитальных полетов туда и обратно до кратковременных орбитальных полетов, которые все еще совершались только одним астронавтом. Другим важным шагом был значительно более сложный проект «Джемини», в ходе которого в орбитальное путешествие, длившееся две недели, отправились два астронавта. Проект «Джемини» позволил Соединенным Штатам приобрести навыки, необходимые для полетов на Луну, включая технику орбитального сближения и стыковки. Американская космическая программа была теперь направлена на достижение своей самой смелой цели — наконец высадиться на Луне. Чтобы достичь этого, НАСА ассигновало колоссальные денежные средства и использовало огромные человеческие ресурсы. Успех проекта «Аполлон» опирался на способность НАСА мобилизовать многочисленные кадры талантливых руководителей, инженеров, ученых и астронавтов для достижения этой единственной цели. Эта уникальная по сложности задача требовала проектирования, испытания и запуска космического корабля, способного получить эту далекую награду — Луну.
НАСА было не одиноко в своих стремлениях. Советский Союз в прошлом продемонстрировал свою необыкновенную способность устраивать эффектные космические зрелища; многие наблюдатели НАСА считали это техническое мастерство подготовкой к осуществлению русскими в ближайшем будущем пилотируемого полета на Луну. Они также чувствовали необходимость выполнить распоряжение президента Джона Кеннеди, сделанное им 25 мая 1961 года: послать на Луну людей к концу 60-х годов.
С самого начала призыв Кеннеди произвести посадку на Луну получил широкое одобрение американской общественности. Конгресс выразил свою поддержку, выделив огромную финансовую помощь. Эти факторы помогли вызвать у всех служащих НАСА острое чувство государственной важности цели и высокий моральный дух. Ставки были очень высоки. Все происходило в условиях холодной войны, когда все, кроме триумфа, приводило к унижению национального достоинства. Оглядываясь назад на первые годы президентства Кеннеди, Линдон Джонсон, в то время вице-президент, и другие высокие чиновники рассмотрели вопрос о полете человека в космос и пришли к заключению, что Соединенные Штаты имеют «обоснованную» (реальную) возможность обогнать Советский Союз.
Тем не менее организационные задачи, которые были поставлены руководителем НACA Джеймсом Уэббом, оставались пугающими. Он высказался следующим образом: «Для осуществления проекта „Аполлон“ требуется, чтобы запуск был произведен из точки на Земле, в которой скорость вращения Земли будет равна 1600 км/ч, чтобы выйти на орбиту со скоростью 28 800 км/ч, набрать за определенное время скорость 40 000 км/ч и двигаться к космическому телу, расположенному на расстоянии 380 000 км, которое само движется со скоростью 3200 км/ч относительно Земли, выйти на орбиту вокруг этого тела и посадить специально для этого созданное устройство на Луну». Более того, делал заключение Уэбб: «Люди должны будут вести наблюдения и делать измерения, собирать образцы… и затем повторить во многом обратный процесс возвращения домой… Одна такая экспедиция не справится со всем этим. НАСА должно разработать надежную систему, способную делать это раз за разом».
Как руководитель НАСА, Уэбб будет находиться в эпицентре этого проекта почти все 60-е годы. Его руководство сыграло важную роль в окончательном успехе проекта «Аполлон». Перед тем как прийти в НАСА в 1961 году, Уэбб сделал впечатляющую карьеру способного государственного чиновника и «своего» человека в Вашингтоне. Он был министром финансов и помощником секретаря США в администрации Трумэна. Он умело вел переговоры с Конгрессом и другими многочисленными организациями федерального правительства. Для НАСА он создал широкий и мощный директорат. При нем для НАСА были построены новые полигоны, в основном на юге, и заключены контракты в аэрокосмической промышленности на создание основных космических кораблей и компонентов для многоэтапной космической программы НАСА.
Значительное внимание НАСА уделяло разработке космического корабля для пилотируемых космических полетов. Еще в середине июля 1961 года Уэбб пригласил сотни представителей аэрокосмической индустрии посетить научно-техническую конференцию, посвященную проекту НАСА «Аполлон», проводимую в Вашингтоне. Каждый участник этого конклава получил письменное руководство, содержащее техническую спецификацию будущего космического корабля «Аполлон», включая командный модуль, служебный модуль и модуль, предназначенный для посадки на Луну. Каждый компонент был абсолютно необходим для доставки людей с Земли на лунную поверхность и обратно. Количество технических деталей такого амбициозного проекта отражалось в размере письменного руководства, которое было гигантским и весило 113 кг.
Одна из основных дискуссий в НАСА была посвящена выбору оптимального метода посадки на Луну. Этот «выбор метода» был особо важен, так как он окончательно определял конструкцию ракеты-носителя и космического корабля. На раннем этапе было неясно, каковы намерения русских и их возможности. Более того, перед создателями проекта стояли сложнейшие, ни с чем не сравнимые конструкторские задачи — руководство НАСА полностью осознавало тот факт, что полет на Луну будет прокладывать путь, и нет никакой гарантии, что он будет успешным.
Одним из вариантов, который позднее будет назван «прямая посадка», был предложен фон Брауном и его хантсвильской командой. Предложенная техника посадки на Луну была простой и непосредственной: ракета, стартовавшая с Земли, выходила на траекторию, которая «вывела» бы прямо к Луне — подобно тому, как охотник целится в стаю гусей — так что два объекта встречаются в одном и том же месте в одно и то же время. Но у этого метода были значительные недостатки. Он бы потребовал разработки огромной ракеты, названной «Нова», которую фон Браун представлял оснащенной 10 двигателями только первой ступени. Такой громадный космический корабль вместе со ступенью, предназначенной для обратного полета на Землю, было бы очень сложно построить, и он был бы весьма дорогостоящим.
Вторым вариантом была встреча на орбите Земли. Этот план требовал сборки корабля на орбите из отдельно запущенных туда компонентов — космического корабля, лунного модуля и модуля с оборудованием. Такой вариант предполагал последовательность запусков, которые потребовали бы меньше энергозатрат, чтобы осуществить готовящуюся лунную миссию. Писатель Уильям Берроуз метко описал этот подход как «хай-тэковский караван мулов», направляющийся на Луну. Противники этого варианта указывали на его высокую стоимость, сложность сборки и присущую ему опасность. Многие инженеры сочли столь сложную затею непрактичной и даже безрассудной.
В конце концов был выбран третий вариант. Известный как «встреча на лунной орбите», он вначале преодолел сильное сопротивление. Этот план горячо защищал инженер-конструктор НАСА Джон Хоуболт в Центре Лэнгли. Для такого сближения требовалось, чтобы командный и служебный модуль «Аполлона» были выведены на «парковочную» орбиту вокруг Луны, пока лунный модуль высадил бы астронавтов на лунную поверхность. Первоначально эта идея была встречена яростным сопротивлением как в Лэнгли, так и в штаб-квартире НАСА. Было высказано опасение, что если астронавты не смогут сблизиться с командным и служебным модулем, когда они покинут Луну, они почти наверняка погибнут на лунной орбите, и лунный модуль станет их склепом. Несмотря на возражения, Хоуболт не захотел отказаться от своей идеи. В ноябре 1961 года, пройдя множество административных уровней, он написал страстное письмо в защиту своего проекта непосредственно первому помощнику руководителя НАСА Роберту Симансу. В нем он характеризовал свою борьбу как «глас вопиющего в пустыне». Настойчивость позволила добиться серьезного рассмотрения его предложений, хотя, чтобы убедить сомневающихся и привлечь их на свою сторону, потребовалось много времени и сил. Хоуболт, который с 1942 года работал еще в предшествующей НАСА организации — Национальном консультативном комитете по аэронавтике, — получил за этот проект престижную медаль НАСА «За исключительные научные достижения».