Беляев П. И. Подобный метеору // Авиация и космонавтика. - 1966. - № 11. - С. 55-59. - (Космонавты отвечают на вопросы читателей).
ПОДОБНЫЙ МЕТЕОРУ
Полковник П. БЕЛЯЕВ,
"Как осуществляется посадка космического корабля?" и "В чем разница в посадке корабля на Землю, на Луну, Марс и другие планеты Солнечной системы?" - спрашивают старший техник-лейтенант А. Рассохин, капитан В. Смирнов и другие читатели журнала. Ответить на эти вопросы редакция попросила летчика-космонавта командира "Восхода-2" полковника П. Беляева. Он первым из космонавтов пользовался ручным управлением при спуске корабля с орбиты.
Понятен интерес читателей к посадке космических кораблей. Это чрезвычайно сложный в теоретическом и практическом отношении вопрос.
У английского писателя Джеймса Олдриджа есть хороший рассказ "Последний дюйм" о трудной судьбе летчика в буржуазном мире. Во время последнего полета герой рассказа Бен объясняет сыну, как надо сажать машину:
"Все дело в том, чтобы правильно рассчитать, - сказал Бен. - Когда выравниваешь самолет, надо, чтобы расстояние до земли было шесть дюймов. Не фут и не три, а ровно шесть дюймов! Если взять выше, то стукнешься при посадке и повредишь самолет. Слишком низко - попадешь на кочку и перевернешься. Все дело в последнем дюйме".
Речь шла о легком самолете, скорость которого не превышала двухсот километров в час. А каково сажать космический аппарат, имеющий на орбите скорость около 28 тыс. км в час?!
Я вспоминаю, как все мы дотошно расспрашивали Юрия Гагарина, Германа Титова и всех товарищей, побывавших до нас е космосе. Хотелось знать буквально все. Они рассказывали по многу раз. Но нам все казалось мало. Мы продолжали наседать. Особенно силен был натиск тех, кому предстояло отправляться в очередной рейс.
Говорят, что дети задают в день в среднем двести вопросов. Смело могу сказать: у нас их было гораздо больше. И это, конечно, не было праздным любопытством.
"Братцы, отпустите душу на покаяние, - взмолился однажды Герман Титов, - вы же все знаете. Наверняка слетаете без сучка, без задоринки. На корабле же такая автоматика! Не проспите только спуск - это такое роскошное зрелище, что не увидишь ни в каком кинематографе".
Об этом роскошном зрелище мы уже были наслышаны.
Представляли себе картину: корабль входит в плотные слои атмосферы. Его теплозащитная оболочка быстро накаляется, вызывая яркое свечение обтекающего воздуха. Розовый свет, окружающий корабль, все более сгущается, становится алым, пурпурным и, наконец, превращается в багровый. Слой за слоем обгорает жаропрочная обмазка. Плавятся антенны радиопередатчиков. Вокруг бушует огонь самых ярчайших расцветок.
Перед снижающимся кораблем образуется скачок уплотнения, за которым происходит плазмообразование, сопровождающееся резким повышением температуры и давления. Сильно нагретый газ омывает корабль и нагревает его. При этом колоссальная кинетическая энергия корабля переходит в тепловую. Все космические аппараты, не имеющие жаропрочной обмазки и тормозных устройств, попадая в плотные слои атмосферы, сгорают.
Подобно метеору влетает космический корабль в атмосферу Земли. С каждой секундой растут перегрузки. Огромная сила вжимает космонавта в кресло. Ощущение такое, будто тяжесть вот-вот расплющит тело. Но постепенно навалившаяся сила слабеет. Прекращается свечение воздуха снаружи корабля. Становится легче.
Так что роскошное зрелище, обещанное нам Германом Степановичем, наблюдать приходится не совсем в удобном положении!
Но я несколько забежал вперед.
Итак, космический корабль возвращается на Землю. Если это был орбитальный полет вокруг Земли, то возвращение будет происходить с первой космической скоростью, величина которой зависит от высоты орбиты. Так, например, для высоты в двести километров над поверхностью Земли она равняется 7,79 км/сек. При возвращении из полета на Луну, Марс и другие планеты скорость корабля будет значительно больше. А с возрастанием скорости возрастают и трудности посадки космических летательных аппаратов.
Пока спуск пилотируемых кораблей осуществлялся только с околоземных орбит. Расскажу для примера о посадке "Восхода-2".
В буржуазной прессе было много досужих вымыслов о заключительном этапе нашего полета. Были сообщения о "потере радиосвязи", о "воцарившемся полном молчании корабля", "о невозможности спуска" и т. п. На самом деле все выглядело совсем иначе.
Все наши "Востоки" и "Восходы" был" снабжены как автоматическими системами управления, которые работают по командам с Земли, так и ручной системой управления. Диктуется это, конечно, соображениями надежности и безопасности. Известно, что две системы всегда лучше, чем одна.
В соответствии с программой мы должны были посадить корабль на 17-м витке по автоматическому циклу спуска, использовав солнечную систему ориентации. Следует сказать, что все предыдущие пилотируемые космические корабли осуществляли посадку именно таким способом. Но в случае нарушений в работе автоматической системы посадки космонавты всегда имели возможность пользоваться дублирующими системами ориентации.
Откровенно говоря, все мы самого начала надеялись на такой спуск, были к нему готовы. Каждый в душе думал, что это выпадет ему. Но полет проходил за полетом, однако возможности все не представлялось. А ведь рано ли поздно надо же было кому-то опробовать ручную систему посадки! И такая возможность выпала нам с Алексеем Леоновым.
До середины 16-го витка наш полет проходил строго по программе. Выход Алексея в открытый космос являлся, конечно, главным ее моментом. Мы уже приготовились к спуску, но тут оказалось, что одна из команд на включение автоматической ориентации не прошла. Чтобы корабль сошел с орбиты и начал спускаться, надо уменьшить его скорость до определенной величины. Для этого на какое-то время включается тормозной двигатель. Его импульс должен лежать в плоскости орбиты под определенным углом к местному горизонту. Только при этом условии корабль снизит скорость до расчетной и войдет в атмосферу Земли с необходимым углом снижения или, как его иначе называют, углом входа.
Что произойдет, если эти требования не будут соблюдены?
Очевидно, всем памятен случай с нашим первым кораблем-спутником, когда еще только готовились послать человека в космос. Тогда вместо спуска корабля на Землю, вместо уменьшения скорости, произошло ее наращивание. В результате корабль перешел на орбиту со значительно большим апогеем.
Но может случиться и другое - снижение корабля под углом, значительно превосходящим расчетный. В этом случае он окажется в плотных слоях атмосферы, торможение будет настолько сильным, что теплозащитная оболочка корабля сгорит гораздо быстрее, чем следует, а нагрузка окажется для людей непосильной.
Назову несколько цифр. Например, если угол входа в эффективную атмосферу (ее верхняя граница находится на высоте 80-100 км от поверхности Земли) не превышает 2-3 градусов, то перегрузка достигает 8-10-кратной величины, что близко к пределу физиологических возможностей человека.
Отсюда понятно, насколько серьезные требования предъявляются к системе управления спуском. Она должна решать две задачи: путем поворотов корабля направлять ракетный двигатель спуска нужным образом и после запуска двигателя все время, пока он работает, удерживать корабль в этом положении. Когда же автоматика отключена, делать это, естественно, приходится летчику-космонавту.
Советские специалисты успешно справились с созданием такой системы. Она получилась простой и надежной. Я имею в виду систему одноосной ориентации по Солнцу, которая устанавливалась на кораблях-спутниках "Восток".
Не буду вдаваться в детали, скажу лишь, что в определенных условиях посадочный импульс ракетного двигателя оказывается возможным направить в сторону Солнца. При этом совмещается лишь одна ось корабля (параллельная оси ракетного двигателя) с направлением на Солнце. Правда, двигатель может быть запущен лишь над освещенной частью Земли, а направление корабль - Солнце не должно составлять больших углов с плоскостью орбиты. Это накладывало известные ограничения на время и районы спуска. Но на первых порах от системы большего и не требовалось. И она зарекомендовала себя наилучшим образом: посадка всех "Востоков" отличалась исключительной точностью. В будущем, очевидно, корабли будут оснащаться системой, позволяющей совершать посадку в любых условиях.
Итак, обнаружив, что одна из команд на включение автоматической ориентации не проходит, я попросил руководителей полета разрешить мне ручной спуск корабля с орбиты на 18-м витке.
Полминуты понадобилось на Земле для принятия решения. Но для нас это время тянулось очень долго. Мы понимали, что на следующем витке опять можно воспользоваться системой автоматического спуска, и с волнением ждали ответа. "Неужели и на этот раз не придется воспользоваться системой ручкой посадки?" - думал я. Однако опасения оказались напрасными. Нам дали "добро".
Сориентировав корабль, и убедившись, что все сделано, как надо, я с особой внимательностью выбирал момент включения тормозной двигательной установки.
Не скажу, что все это я делал с олимпийским спокойствием. И я, и Алексей Леонов прекрасно понимали, как много зависит сейчас от простого нажатия кнопки. Кроме того, ведь еще ни один человек не управлял спуском космического корабля. Понять наше состояние поэтому, думаю, нетрудно.
Система ручной посадки сработала безупречно, и мы приземлились примерно там, где и рассчитывали, правда, с небольшим перелетом.
Как летчик-истребитель, я совершил немало посадок на современных скоростных самолетах. Но скорость нашего "Восхода-2" не идет с ними, конечно, ни в какое сравнение. Тем не менее то, что мне удалось успешно справиться с посадкой, я отношу за счет качеств летчика-истребителя. Во время управления кораблем я его чувствовал, как летчик чувствует самолет.
Сейчас не только летчики знают, что посадка самолета наиболее ответственный момент полета. Командиру воздушного лайнера нужно обладать исключительной собранностью, вниманием, умением производить точный расчет, безупречно знать технику. Только в этом случае гарантируется безопасность машины и пассажиров.
В последнее время предпринимаются весьма энергичные попытки автоматизировать посадку скоростных самолетов в сложных метеорологических условиях. Не секрет, что туман, низкая облачность нередко служат помехой для полетов самолетов Аэрофлота. Но я не думаю, чтобы когда-либо всерьез встал вопрос о полной замене пилота автоматам. Я имею в виду прежде всего, конечно, такие летательные аппараты, на борту которых находятся люди. Пилот необходим на них для того, чтобы в любой момент, когда окажется, что в работе приборов допущен просчет, ошибка, взять на себя управление. Также твердо я убежден и в том, что летчики-космонавты будут возглавлять экипажи всех кораблей, которым придется совершать посадку на Луну, Марс, другие планеты.
Я вовсе не хочу преувеличивать значение своей профессии и бросать тень на автоматику. Но это как раз тот участок работы, который нельзя полностью передоверять технике, хотя бы и самой совершенной.
Всегда ли возвращение из космоса на Землю будет выглядеть так, как я рассказал? Безусловно, конструкторы создадут более совершенные системы управления, корабли будут приземляться на космодромы, но в общих чертах, мне кажется, все будет происходить примерно так же.
Теперь несколько слов об отличии посадки на Луну, Марс и другие планеты.
Одна из сложнейших задач посадки корабля - снижение скорости от первой или второй космической до такой величины, при которой удар о поверхность планеты будет безопасным для конструкции аппарата и его экипажа, т. е. фактически до нулевой. В цифрах это выглядит так. При возвращении на Землю из межпланетного полета скорость корабля составит 11,2 км/сек, при посадке на Марс - 5,1 км/сек, на Юпитер - самую большую планету солнечной системы - 60,2 км/сек. Наименьшей скорость будет для Луны - всего 2,4 км/сек. Но, чтобы погасить такую скорость, оказывается, необходимо затратить энергию, равную энергии разгона.
Сейчас реально возможны два способа торможения: либо при помощи реактивных двигателей, либо за счет аэродинамических сил.
Реактивное торможение для снижения космического корабля связано с преодолением значительных технических трудностей. Даже применив высокоэффективное топливо и имея сравнительно малый относительный вес конструкции, не всегда можно добиться снижения корабля, потому что скорости торможения быть довольно высокими, а полезная нагрузка небольшой. Тем не менее при отсутствии атмосферы это единственный возможный способ снижения. Такая посадка предстоит, в частности, кораблю, посланному на Луну. Впервые в истории мягкую посадку на другое небесное тело совершила советская автоматическая станция "Луна-9", передавшая затем панораму лунной поверхности.
Аэродинамическое торможение можно при наличии достаточно плотной атмосферы. Кроме 3емли, газовая оболочка окружает Марс, Венеру, Юпитер и некоторые другие планеты. Однако, в каждом конкретном случае для расчета посадки нам понадобятся сведения о плотности атмосферы на разных ее химическом составе и другие данные.
Надо полагать, что все это мы будем иметь заранее, еще до посадки: такие сведения доставят автоматические межпланетные станции или же специальные разведчики, посланные с кораблей перед спуском.
В дальних межпланетных полетах трудно рассчитывать на помощь, подсказку с Земли. Самые совершенные наземные средства не смогут точно и оперативно замерять координаты корабля, его скорость, так как время прохождения радиосигналов, например, при посадке на Луну составит более двух секунд в оба конца. А в такой ответственный момент дорога не только десятая, но и каждая сотая доля секунды.
Поэтому на борту корабля придется иметь специальное вычислительное устройство - своеобразный быстродействующий автоматический "мозг", который бы перерабатывал всю информацию, поступающую от бортовых приборов, измеряющих скорость станции, направление ее движения, расстояние, остающееся до поверхности планеты.
Не следует думать, что все эти параметры получить просто. Приборы, определяющие скорость космического корабля - акселерометры, - должны фиксировать ее уменьшение до долей метра в секунду!
Посадка на планету может происходить или с орбиты ее спутника, на которую предварительно выводится корабль, или непосредственно на планету, без так называемой промежуточной орбиты. Такую посадку именуют прямой.
Американский проект "Аполлон" предусматривает вывод на орбиту спутника Луны космического корабля с экипажем из трех человек. От него отделится лунная кабина с двумя космонавтами. Они будут пытаться совершить посадку на Луну, используя бортовые ракетные двигатели. Тем временам третий космонавт будет дожидаться их возвращения на орбите. После завершения намеченных исследований космонавтам придется взлетать с поверхности Луны, выходить на орбиту ее спутника и осуществлять сближение и стыковку с основным кораблем.
Это один из возможных и не очень простых вариантов посадки на Луну. Возможна и прямая посадка, поскольку скорость покидания Луны не велика (2,4 км/сек) и обратный старт к Земле не потребует чрезмерно больших энергетических затрат. Однако при полете на Марс прямую посадку нельзя признать целесообразной, так как нет никакого смысла сажать на планету, а затем поднимать запасы топлива, необходимые для обратного полета к Земле.
Посадка космических кораблей на планеты представляет собой чрезвычайно сложную проблему. Но современной науке она по плечу.
