Этой проблемой еще во время работ над «Востоком» занялись наши оппоненты по выбору формы и расчету тепловой защиты спускаемого аппарата «Востока» — специалисты по аэродинамике и теплообмену во главе с Андреем Решетиным, очень энергичным человеком, решительным и инициативным инженером, способным искать и находить новые и в то же время достаточно прагматичные решения. Изучив возможные варианты, они пришли к заключению, что наиболее выгодно, исходя из наших возможностей по массе и по размерам, использовать способность любого несферического тела развивать подъемную силу при определенных углах атаки.
Говоря о «Востоке», я уже упоминал различные формы тел, оптимальных с точки зрения объема, веса, теплозащиты и подъемной силы. На этот раз все эти формы были исследованы заново, и выбор пал на усеченный конус с небольшим, в несколько градусов, углом раскрытия конуса, нижний и верхний обрезы которого закрыты сферическими сегментами, летящий нижним (большим) основанием вперед. Что то вроде автомобильной фары. Такая форма, если сместить центр масс аппарата от оси симметрии, позволяет при движении в атмосфере получить аэродинамическую подъемную силу, действующую в плоскости, проходящей через центр масс и ось симметрии аппарата. Спускаемые аппараты всех американских кораблей также имели форму обратного конуса: у «Меркурия» и «Джемини» с углом раскрытия около 55 градусов, «Аполлона» — более 60-ти, — а у «Союза» — всего 14 градусов. У «Аполлона» аэродинамическое качество было несколько выше. Но, с другой стороны, у «Союза» получался больший объем при том же диаметре аппарата, проще решалась задача центровки и размещения оборудования, и мы смогли уложиться в меньшие размеры.
Итак, спуск корабля должен стать управляемым.
Управление положением точки приземления достигалось изменением вертикальной составляющей подъемной силы спускаемого аппарата за счет поворота его вокруг продольной оси, так как при этом вместе с корпусом при повороте его вокруг продольной оси поворачивается и вектор аэродинамической подъемной силы. Максимальные перегрузки при спуске, по расчетам, должны были составлять 3–4 единицы (у «Востока» — 8–10).
Система посадки включала парашюты и твердотопливные двигатели, установленные прямо на корпусе спускаемого аппарата, которые, включаясь на высоте 1–2 километра, должны были гасить скорость примерно до 4 метров в секунду.
В «Востоке» и во всех американских космических кораблях спускаемые аппараты располагались в головной части комплекса носитель-корабль. И это понятно. В случае аварии ракеты при такой схеме легче отделить аппарат с космонавтами и увести его от ракеты. А в «Союзе» впереди спускаемого аппарата располагается еще орбитальный отсек. Тогда мы много думали и спорили над этой компоновкой. И вот какие возникли доводы в пользу такой, в общем-то, не очень удобной в случае аварийного спасения компоновки. Все корабли, созданные до «Союза», были рассчитаны на сравнительно кратковременные полеты, до двух недель. В этом случае космонавты (два-три человека), могут потерпеть друг друга в едином помещении, однако комфорта при этом, мягко говоря, нет. Попробуйте втроем сесть в бочку диаметром два метра, большая часть объема которой занята оборудованием, и жить в ней безвылазно недельку: и работать, и есть, и спать, тут же, разумеется, должен быть и туалет.
Мы решили сделать жилую часть «Союза» двухкомнатной. Один отсек — спускаемый аппарат, в котором должны находиться космонавты на участках выведения на орбиту и спуска на Землю. Другой — орбитальный, для работы на орбите. Здесь же туалет. Естественно, орбитальному отсеку не нужна тепловая защита — он отделится перед входом в атмосферу одновременно с приборно-агрегатным отсеком.
Конечно, двухкомнатная квартира удобнее, но ведь так сложнее устроить аварийное спасение. Почему бы орбитальный отсек не разместить между спускаемым аппаратом и приборно-агрегатным отсеком? Ведь если спускаемый аппарат разместить впереди, система аварийного спасения легко устанавливается прямо на спускаемый аппарат. Но в этом случае возникает необходимость сделать переходной люк-лаз в лобовом теплозащитном экране, а это приводит к всевозможным техническим и технологическим сложностям. Например, космонавтам пришлось бы лезть под кресла для перехода в орбитальный отсек. Пусть кресла будут откидными, но дело еще в том, что именно здесь, возле лобового экрана, в целях обеспечения необходимой (достаточно передней) центровки аппарата должна располагаться основная масса оборудования. И свободного объема в этом месте быть не должно, и перевернуть спускаемый аппарат нельзя — тогда и стыковочное устройство будет в лобовом теплозащитном экране. И потом, если спускаемый аппарат перевернуть, космонавты на старте будут не лежать в креслах, а висеть на ремнях, и на участке выведения на орбиту четырехкратные перегрузки будут действовать не в самом благоприятном направлении: от спины — к груди. Сделать поворотные кресла? — понадобятся специальные механизмы и, главное, потребуется дополнительное пространство. Можно не размещать космонавтов в креслах вниз животом, а, например, подвесить их в специальных ложементах. Но все это неудобно.
Рассматривались другие варианты. И в конце концов пришли к решению: спускаемый аппарат нужно располагать теплозащитным экраном вниз, и между орбитальным и приборно-агрегатным отсеками. Конечно, при этом космонавтам будет трудно визуально наблюдать за сближением и причаливанием кораблей — ведь впереди орбитальный отсек. Поэтому решили применить перископ. Обзор через перископ хуже, но работа с ним все же особой сложности не представляет. Обычное дело: хочешь иметь преимущества — плати недостатками.
Для спасения космонавтов при аварии на участке выведения приняли решение отрывать спускаемый аппарат вместе с орбитальным отсеком от остальной части корабля и ракеты, с последующим их разделением. Но в этом решении имелась одна сложность: в случае аварии для увода от носителя пришлось бы тянуть корабль за орбитальный отсек, что привело бы к необходимости делать этот отсек неоправданно прочным (с точки зрения величины нагрузок, действующих при нормальном полете), а, следовательно, тяжелее. Поэтому решили установить двигатели системы спасения на головном обтекателе, механизмы которого должны были при аварии подхватывать корабль в месте соединения орбитального отсека со спускаемым аппаратом и тянуть оба блока вверх, а потом, после ухода от аварийного носителя, они должны были разделяться.
Читатель вправе недоумевать: зачем так много технических подробностей? Кому это может быть интересно? Понятно — почему. Во-первых, хочется проиллюстрировать сам процесс работы. Но есть и во-вторых: одновременно это иллюстрация нашей полной неподготовленности к генерированию достаточно логически стройных и смелых решений. Как бы сейчас поступил с решением только что названных чисто технических проблем? К орбитальной станции надо было летать без орбитального отсека, спускаемый аппарат со стыковочным узлом располагать сверху. Для автономного полета лететь с орбитальным отсеком, располагаемым под спускаемым аппаратом между ним и приборно-агрегатным отсеком. В этом случае орбитальный отсек должен быть снабжен упрощенным стыковочным узлом, который используется после выведения корабля на орбиту, когда спускаемый аппарат с помощью простейшего механизма отводится от орбитального отсека, разворачивается на 180 градусов и уже через стыковочный узел соединяется с орбитальным отсеком. После этого экипаж может работать и в спускаемом аппарате, и в орбитальном отсеке. В этом варианте можно было бы получить дополнительные лимиты массы для транспортного варианта (а он должен был рано или поздно стать основным), несколько увеличить его размер и обойти ряд других трудностей. То есть в данном случае решением проблемы был бы отказ от надуманной универсальности. Попытка найти универсальное решение — это попытка убить одним выстрелом двух зайцев. Соблазнительно, конечно, но во что это обойдется такой выстрел? В нашем случае задача универсальности явно была надуманной: мы нечетко сформулировали задачи работы. Наверное, можно было предложить и более эффективные варианты. Работа проектанта и состоит в том, чтобы найти оптимальное решение. Так что проект «Союза» на самом деле был отнюдь не совершенным. Хотя он и эксплуатируется уже более тридцати лет. Просто спорщики мы были более активные.
