Авария ракеты «Союз-ФГ» на активном участке траектории выявила не только уязвимые места современных отечественных технологий, но и продемонстрировала эффективность конструкторских решений, принятых в части создания систем аварийного спасения (название принято сокращать до САС). Их история полна драматизма и может послужить хорошим уроком проектантам перспективных космических кораблей.
Идея отделения головного блока ракеты с целью спасения оборудования или эвакуации пилота появилась на заре практического ракетостроения, однако реализована была только после войны. В 1945 году инженеры Михаил Тихонравов и Николай Чернышёв предложили превратить трофейную немецкую ракету А-4 (V-2) в пилотируемый вариант под названием ВР-190 («Победа»). Для этого ее собирались снабдить герметичной кабиной в форме «фары» на двух испытателей, отделяемой на вершине баллистической траектории подрывом соединительных пироболтов и спускающейся вниз на парашюте; в момент приземления под кабиной срабатывал двигатель мягкой посадки.
Проект «ВР-190» не был реализован, однако сама идея пригодилась, когда на полигоне Капустин Яр начались испытательные запуски баллистических ракет Р-1, построенных по образцу А-4. Главный конструктор Сергей Королёв высказал свои соображения по теме в апреле 1947 года на первом пленарном заседании ученого совета НИИ-88, а уже в мае сформулировал техническое предложение по доработке Р-1 в вариант Р-1А с отделяемым головным блоком. На реализацию идеи ушел целый год, первый испытательный старт Р-1А состоялся 7 мая 1949 года. В дальнейшем ракету и ее модификации использовали для запусков на космическую высоту блоков физических приборов и контейнеров с подопытными собаками. Сергей Королёв всегда связывал эту работу с практической космонавтикой, что обеспечило преемственность в развитии технологии: от концепции «составных ракет» Константина Циолковского до системы аварийного спасения пилотируемых кораблей.
В период проектирования корабля «Восток» проблема создания надежной САС стала одной из ключевых. Большое впечатление на инженеров произвела авария 28 июля 1960 года, когда ракета с кораблем-прототипом 1К, на борту которого находились собаки Лисичка и Чайка, взорвалась на 24-й секунде полета. Собаки, разумеется, погибли, что Королёв воспринял как личную трагедию.
Поскольку «Восток» имел собственные двигатели, а космонавт размещался в катапультируемом кресле, то САС строилась на использовании этих устройств для эвакуации. Проектом САС занимался сам Сергей Королёв, а непосредственную работу вели Борис Супрун и Владимир Яздовский. Предложенная ими схема спасения космонавта выглядела следующим образом. Если авария ракеты происходила до 40-й секунды полета, то по сигналу, подаваемому из бункера полигона, катапультировалось кресло с космонавтом. Если ракета начинала вести себя ненормально в промежутке с 40-й по 150-ю секунду полета, ее двигатели отключались, и при падении ракеты до высоты 7 км осуществлялось катапультирование по штатной схеме. Если сбой случался с 150-й по 700-ю секунду, отделялся спускаемый аппарат. При неисправности третьей ступени ракеты, которая могла выявиться в промежутке с 700-й по 730-ю секунду полета, происходило отделение всего корабля.
Однако задача спасения на первых 15–20 секундах не имела удовлетворительного решения. Конструкторы посчитали, что достаточно развесить металлические сети в районе предполагаемого падения космонавта после его катапультирования, ведь парашют в этом случае просто не успел бы раскрыться. Но даже если бы космонавт в такой ситуации уцелел, до него могло добраться пламя пожара.
Королёва беспокоило, что пилота нельзя спасти на «роковых» секундах, но поскольку затягивать работы было невозможно, главный конструктор пошел на осознанный риск и постановил, что в данной ситуации пилотируемый запуск следует производить только после двух успешных полетов полностью собранного беспилотного корабля — это снижало вероятность технического сбоя до приемлемой.
Надо сказать, Королёву повезло. В ходе реализации программы «Восток» лишь однажды САС была проверена в деле: 22 декабря 1960 года при запуске корабля-прототипа 1К с собаками Жемчужная и Жулька из-за неисправности в третьей ступени он на орбиту не вышел, однако система «отстрелила» спускаемый аппарат, который благополучно приземлился в районе реки Подкаменная Тунгуска. Собаки выжили, были найдены и вывезены в Москву.
При проектировании многоместных кораблей «Восход» САС пришлось переработать. В «шарик» спускаемого аппарата не влезали два или три катапультируемых кресла, поэтому от первоначального варианта эвакуации отказались. В результате «роковой» период увеличился до 44 секунд. В случае нештатного развития ситуации происходил аварийный сброс головного обтекателя, после чего от корабля отделялся спускаемый аппарат. Чтобы гарантировать отделение, конструкторы увеличили количество пружинных толкателей под головным обтекателем и снабдили его четырьмя небольшими твердотопливными двигателями. Схема выглядела громоздкой, но Королёв вновь рискнул, поскольку других вариантов просто не существовало, а запуски «Восходов» имели большое значение для развития отечественной космонавтики. К счастью, они прошли безупречно.
В корабле «Союз», рассчитанном на длительные полеты трех космонавтов, схема с использованием катапультирования тоже не годилась. Для решения проблемы эвакуации было решено применить систему, схожую с той, которая стояла на американском корабле Mercury: САС устанавливается сверху на корабль, при малейшей опасности «сдергивает» его с ракеты, уводя как можно выше и дальше.
К конструированию корабля «Союз» сотрудники ОКБ-1 приступили в 1963 году. Тогда же в отделах № 3 и № 11 под руководством Константина Бушуева и Сергея Крюкова началось проектирование новой САС. За год инженеры подготовили макет системы и провели серию испытаний совместно с лабораторией Гая Северина в Летно-исследовательском институте, которые подтвердили принципиальную осуществимость предложенных технических решений. Поскольку спускаемый аппарат корабля «Союз» в отличие от «Востока» находится не сверху, а под бытовым отсеком, то конструкторам пришлось прибегнуть к варианту отделения всего головного блока. Конструкция представляет собой стартующий с аварийного носителя модуль, который состоит из уводимой части корабля (спускаемый аппарат и бытовой отсек), головного обтекателя и порохового двигателя увода. Пороховая двигательная установка с верхним блоком сопел устанавливается непосредственно на головной обтекатель. Корабль соединяется с головным обтекателем тремя опорами, которые «упираются» в нижний шпангоут бытового отсека. Кроме того, для сохранения устойчивости в полете на обтекателе установлены четыре решетчатых стабилизатора.
Схема срабатывания САС «Союза» тоже оригинальна. Она вводится в дежурный режим за пятнадцать минут до старта и отвечает за эвакуацию две минуты полета — до отделения боковых блоков ракеты и сброса головного обтекателя. Если в течение первых минут происходит авария, САС выключает двигатели ракеты, разделяет космический корабль и фиксирует связи, которые удерживают уводимую часть внутри головного обтекателя. Далее разделяется поперечный стык в обтекателе и раскрываются решетчатые стабилизаторы. Одновременно запускается основной твердотопливный двигатель. В процессе его работы включаются рулевые двигатели увода, уносящие головной блок подальше от гибнущей ракеты. На вершине траектории происходит отделение бытового отсека от спускаемого аппарата, после чего на последнем выводится запасной парашют (при аварии на малых высотах) или основной парашют (при аварии на больших высотах). Если авария случится на высотах, где головной обтекатель сброшен, то корабль самостоятельно разделится на отсеки, спускаемый аппарат войдет в атмосферу и приземлится по штатной схеме.
Система прошла многократные испытания в наземных условиях. Ее дорабатывали с учетом замечаний, и к началу полетов в 1967 году она была готова. Помимо прочего, САС устанавливалась на беспилотных лунных вариантах кораблей «Союз», известных под названием «Зонд»: при пяти авариях ракет-носителей она сработала безупречно. В дальнейшем САС «Союза» трижды спасла космонавтов: 5 апреля 1975 года, 26 сентября 1983 года и 11 октября 2018 года.
В США на пилотируемых кораблях также использовались системы аварийного спасения разного типа. На Mercury САС отделяла всю капсулу корабля с астронавтом; на Gemini использовались катапультируемые кресла; на Apollo отделялась кабина с экипажем. Рассматривалась возможность установки системы эвакуации и на кораблях многоразового использования Space Shuttle. Изначально планировали отделять при аварии всю кабину с экипажем, но конструкция получалась слишком громоздкой, и от идеи отказались. После долгих споров руководство проектом постановило многократно увеличить требования к надежности шаттла — считалось, что таким образом получится компенсировать отсутствие САС. Тем не менее в первых пяти полетах многоразовых кораблей на них были установлены катапультируемые кресла для двух пилотов-испытателей. Потом кресла убрали, поверив в совершенство Space Shuttle. Как мы теперь знаем, отсутствие САС привело в результате к гибели четырнадцати человек — экипажей кораблей Challenger и Columbia.
Сегодня специалисты NASA и частных космических фирм вернулись к проверенным схемам. САС корабля Orion, который, как предполагается, будет летать к Луне, напоминает систему «Союза» с отделением головного блока; ее полноценные испытания запланированы на будущий год. Для Dragon V2 компании SpaceX выбрана схема отделения всего корабля; она пока испытывалась только в «стендовом» варианте. Зато компания Blue Origin давно и успешно испытала свою САС «толкающего» типа для суборбитального многоразового корабля New Shepard, причем и ракета, и отделившийся от нее модуль экипажа приземлились благополучно.
Антон Первушин
Иллюстрации взяты из книги «Ракетно-космическая корпорация „Энергия“ имени С. П. Королёва: 1946–1996» (М.: Менонсовполиграф, 1996)
- Афанасьев И., Шлядинский А. Спасение на старте // Новости космонавтики. — 2009. — № 10.
- Галковский В., Москаленко Г. Проект ВР-190 — шаг на пути к созданию космических кораблей // Из истории авиации и космонавтики: вып. 42. — М.: АН СССР, 1980.
- Мировая пилотируемая космонавтика. История. Техника. Люди. — М.: РТСофт, 2005.
- Молодцов В. История проектирования корабля «Восток» // Космический альманах № 5. — М.: Слово, 2001.
- Ракетно-космическая корпорация «Энергия» имени С. П. Королёва: 1946–1996. — М.: Менонсовполиграф, 1996.
- Феоктистов К. Траектория жизни. — М.: Вагриус, 2000.
- Формин Г. Почему полеты «Востоков» и «Восходов» были безаварийными // Новости космонавтики. — 2004. — №№ 6, 7.