Після запусків перших супутників на навколоземну орбіту і міжпланетні траєкторії, наприкінці 1950-х років стало зрозуміло, що наступною віхою, однією з найважливіших в історії людства, стане політ людини в космос. Це завдання було значно складнішим, ніж запуск будь-якого космічного апарата без екіпажу.
Пілот космічного корабля повинен був не лише вийти в космічний простір, а й залишатися у ньому безпечно для свого здоров’я, мати можливість виконувати там завдання, а також безпечно повернутися назад на Землю. Повітря всередині космічного корабля повинно було залишатися на комфортному для людини рівні як під нагрівом Сонця, так і в холодній тіні Землі. При спуску на поверхню пілот мав витримати перевантаження та екстремальні температури за бортом, а також скинути швидкість з величезної орбітальної до низької, придатної для посадки.
Усі ці та безліч інших, маленьких та великих викликів, зробили створення перших космічних кораблів одним із найвидатніших інженерних досягнень людства. При цьому, робота над такими системами відбувалася одночасно в двох ізольованих одна від одної командах, у США та СРСР. Отже, і винайдені способи подолання викликів часто значно відрізнялись одне від одного. Про те, як перші космічні інженери підійшли до проблем відправки людини в космос і чим були схожі та різні створені ними космічні кораблі, буде моя серія статей.
Будова
Ось вони, перші два космічні кораблі в історії — американський Mercury та радянський Восток. Саме з цих, двох невеликих і зовсім не схожих один на одного апаратів, почалася історія пілотованої космонавтики. Розробляючи свої перші космічні кораблі, американська та радянська команди не мали інформації про те, які рішення в розробці приймає команда суперників. Зрозуміло було лише те, що обидві країни рано чи пізно побудують і запустять такі кораблі, а з ними і перших людей в космос. США хотіли обігнати СРСР в космічній гонці та здійснити такий політ першими, а СРСР — зберегти свою першість. Тому обидві країни намагалися якомога швидше і простіше побудувати свої космічні кораблі, при цьому зробивши їх достатньо надійними, щоб зберегти їх першим пілотам життя.
Оскільки в той час уже була значно розвинута авіація, то як в США, так і в СРСР, одними з перших ідей для космічних кораблів були саме космічні літаки. В США такий проєкт був окремим від проєкту “пілотованого літального апарата, здатного лише на супутникову орбіту”. Американський космічний літак називався X-20 Dyna-Soar, цей дельтавидний планер так і не був реалізований. Радянські інженери, на відміну від американських, бажали зробити саме перший космічний корабель дельтавидним планером. Розглядаючи таку схему, а також інші форми для спускного апарата корабля, вони прийшли до значно простішої ідеї — сферичний спускний апарат і приєднаний до нього приладовий відсік. Про те, чому саме інженери Востока зробили свій спускний апарат сферичним, а Mercury виконаний у формі конуса з плоским днищем, я розповім у одній з наступних частин.
Як зрозуміло з назви, спускний апарат — це та частина космічного корабля, яка спускається. В цьому випадку — на Землю. Спускний апарат повинен розміщувати в собі екіпаж, мати засоби для м’якої посадки, а також підтримувати безпечні умови для людей всередині під час спуску. Ним може бути як весь космічний корабель, так і лише його окрема, призначена саме для спуску з орбіти, частина.
При проєктуванні Востока стало зрозуміло, що якщо розмістити усе обладнання на одному відсіку, то воно буде заважати безпечному входу в атмосферу. Інженери прийшли до висновку, що більш доцільним буде збудувати окремий приладовий відсік, на який буде перенесена більшість інструментів, що необхідні лише під час орбітального польоту. Цей відсік від’єднуватиметься від спускного апарата перед поверненням в атмосферу, після чого у ній згоратиме.
Перші концепти корабля Восток передбачали розміщення приладового відсіку перед спускним апаратом, в носі ракети. Пізніше компоновка корабля змінилася і приладовий відсік перенесли під спускний апарат.
Оскільки Восток будувався для запуску на модифікації перевіреної в польотах ракети Р-7, у якої досить великий і широкий обтічник, то весь корабель можна було сховати під обтічником і не хвилюватись про його аеродинаміку під час запуску. Спускний апарат Востока має форму сфери, а приладовий відсік складений з двох зрізаних конусів. Верхній конус всередині підлаштований за формою до сферичного спускного апарата, а нижній збудований таким чином, щоб вміщатися посередині тороїдального паливного баку блока Е — останнього ступеня ракети.
Багато інструментів корабля знаходилися всередині герметичного, наповненого азотом приладового відсіку, оскільки для їх роботи у вакуумі необхідні були б значні допрацювання, а також складніша система регулювання температури. Деякі інструменти, все ж, розташовувалися ззовні корабля, де вони захищені обтічником ракети. Обтічник скидався в польоті на такій висоті, де зовсім не аеродинамічна апаратура Востока уже не заважатиме польоту, бо повітря навколо майже не залишилося.
Серед інструментів, які можна або необхідно було розмістити ззовні апарата, були антени зв’язку, двигуни для системи орієнтації, балони зі стисненим газом для двигунів, герметичного відсіку з космонавтом і приладового відсіку, жалюзі терморегуляції, а також датчики, що спостерігали за горизонтом і Сонцем. На кінці приладового відсіку знаходилася гальмівна рушійна установка ТДУ-1, яка дозволяла Востоку зійти з орбіти і повернутись на Землю.
Всередині герметичного приладового відсіку знаходилась апаратура для навігації та орієнтації, система керування, система електропостачання, апаратура для радіозв’язку, телеметрії, а також логічний годинник.
Інженери Mercury не могли дозволити собі настільки впевнено додавати масу і об’єм до системи. В США на той час було лише дві ракети, достатньо надійні і випробувані, щоб запускати в космос людей. Це була суборбітальна Redstone і орбітальна Atlas D. Друга, хоч і могла вивести космічний корабель на орбіту, мала значно меншу вантажопідйомність, ніж радянська ракета Восток (модифікована Р-7). Поки корабель Восток комфортно почував себе з масою 4.5 тонн і важким обтікачем, масу Mercury прийшлось обмежити до 1.3 тонн. Крім того, корабель повинен бути сам собі обтікачем, заради економії маси.
Корабель Mercury мав аеродинамічну конічну форму, а з задньої сторони — плоский тепловий щит. До теплового щита був прикріплений пакет гальмівних (ретроградних) двигунів, біля яких розташовувалися маленькі позиградні двигуни для віддалення від ракети після виходу на орбіту. На відміну від Востока, Mercury не мав окремого приладового відсіку. Усе обладнання знаходилось за і перед астронавтом всередині спускного апарата. Під час спуску на Землю корабель відділяв двигуни, щоб звільнити тепловий щит, а пізніше — обтікач антени на носі корабля, під яким знаходились парашути.
Під час запуску над кораблем Mercury знаходилася вежа аварійного порятунку, здатна віднести корабель з астронавтом якомога далі від ракети у випадку аварії. Після досягнення достатньої висоти вежа відділялася від корабля і звільняла обтікач з антенами зв’язку, що знаходився під нею. У Востока замість такої системи порятунку використовувалося просто крісло-катапульта з космонавтом. Воно ж використовувалося і для штатної посадки. Більше про системи посадки і аварійного порятунку обох кораблів я розповім у наступних частинах.
Корабель Mercury входив в атмосферу плоским днищем вперед. Це також було стандартним положенням корабля на орбіті, щоб у випадку аварійної ситуації можна було швидко ввімкнути двигуни і зійти з орбіти. Через це частина корабля з плоским тепловим щитом називається носовою, а все інше — кормовою.
Астронавт знаходився у кормовій частині корабля, герметично закритий від носової частини та відсіку повернення гермошпангоутами. При стандартному положенні корабля на орбіті астронавт рухався спиною вперед.
У носовій частині корабля, за спиною астронавта, знаходились паливні баки для системи орієнтації, частина двигунів орієнтації, вже згадані тепловий щит і гальмівні двигуни, а також надувна подушка для м’якої посадки. У кормовій частині знаходився сам астронавт, його панель керування, а також інші системи, які, на відміну від Востока, потрібно було всі вмістити під аеродинамічним корпусом корабля. За малим гермошпангоутом знаходились парашути, антени, а також двигуни орієнтації та сканери горизонту.
У Mercury, ідентично до Востока, був малий ілюмінатор, обладнаний для навігації на орбіті. У Востока такий інструмент називається Взор, а у Mercury — перископом. Проте, оскільки Mercury повинен був бути якогома більш аеродинамічним при запуску з Землі, цей перископ ховався за люком, який відкривався лише на орбіті.
У першому польоті Mercury з Аланом Шепардом, окрім перископа, на кораблі були тільки два невеличкі ілюмінатори. В наступних польотах, за проханнями астронавтів, інженери замінили їх на великий ілюмінатор, що знаходиться прямо перед астронавтом. Він дозволяв спостерігати за горизонтом позаду корабля, а також за Землею і небом. У Востока набір ілюмінаторів був більш схожим на ілюмінатори Mercury Шепарда — окрім Взора, космонавт міг спостерігати за навколишнім середовищем лише через два невеличкі ілюмінатори справа і зверху над кріслом.
У корабля Mercury були два люки для астронавта. Один люк знаходився справа від крісла, через нього астронавт сідав на корабель, а другий — у малому гермошпангоуті, через нього астронавт виходив з корабля після приводнення. У Востока був тільки один люк для входу і виходу з корабля. Оскільки екіпаж Востока не приземлявся разом зі спускним апаратом, а катапультувався, то цей люк відстрілювався на висоті, а потім через нього вилітало крісло з космонавтом.
Спускний апарат Востока був значно просторнішим за герметичний відсік Mercury. Це зв’язано з їх розмірами, а також з тим, що Mercury мав набагато більше інструментів керування для астронавта.
У наступних частинах я розгляну те, як відбувався запуск, орбітальний політ, керування і посадка обох кораблів, детальніше розповім про обладнання для польоту і життєзабезпечення, а також про схожість і різницю між інженерними рішеннями, які приймались при розробці Mercury і Востока.
Пишу про космонавтику на особистому каналі в Телеграм, чекатиму вас там ;)
