Семь шагов в небо

А между тем в это время (во второй половине 50-х годов) уже были найдены методы расчета теплозащиты возвращающихся с орбиты объектов и показано, что создание ее вполне реально с конструктивной точки зрения. Это был результат исследований, проведенных академиками М. В. Келдышем, Г. И. Петровым, В. С. Авдуевским (тогда молодым доктором наук) и другими учеными. Специалисты нашего КБ нашли также оптимальный для того времени материал для теплозащитного покрытия: им оказался хорошо известный асботекстолит. Он обладает свойством, поглощая огромные количества тепла, не плавиться, а испаряться в потоке набегающего воздуха. Не очень легкий материал, но достаточно эффективный. Однако создать конструкцию теплозащиты только полдела. Нужно найти такую компоновку аппарата, чтобы масса теплозащиты оказалась минимальной.

Но прежде всего нужно было решить другую принципиальную задачу — выбрать способ возвращения корабля. Вариантов имелось несколько. О крыльях мы уже говорили. Был еще вариант торможения и посадки с помощью авторотирующих винтов, подобных вертолетным. Эта схема очень нравилась Сергею Павловичу. Но наши расчеты показали, что эффективной работы от них добиться трудно.

Мы подготовили и выпустили отчет об этом. Но Королев тогда отказался подписывать его, хотя вроде бы и смирился с тем, что эта схема не получается. Позднее я узнал, что года два спустя он нашел группу инженеров, которые с интересом стали разрабатывать этот вариант. Потом к этому подключился даже один институт. Но прошли годы, и эта разработка, естественно, кончилась ничем.

В марте — апреле 1958 года сделали окончательный выбор: спуск должен быть баллистическим, без подъемной силы, с парашютной системой посадки. Анализ и расчеты показали, что этот способ наиболее прост.

Следующий шаг — выбор формы корабля, вернее, возвращаемой его части. Казалось бы, естественно возвращать на Землю весь корабль. Но в этом случае масса тепловой защиты и парашютной системы, которая зависела от размеров и массы возвращаемого аппарата, получалась слишком большой. Нельзя допустить, чтобы теплозащита «съела» все запасы массы, необходимые для различного оборудования, обеспечения жизнедеятельности, топлива для ориентации и посадки. Значит, размеры возвращаемой части космического корабля нужно свести к минимуму.

Так возникло понятие спускаемого аппарата. А что оставалось вне его? На долю отсека, названного приборно-агрегатным, приходилось все то, без чего мог жить космонавт и без чего можно было обойтись в течение получаса спуска корабля с орбиты: тормозная двигательная установка с топливными баками, система управления, радиооборудование, телеметрия.

Если приборный отсек мог иметь любую форму, которая вписывалась бы в габариты обтекателя ракеты, то спускаемый аппарат мог иметь конфигурацию только вполне определенную. Условия такие: достаточный объем, хорошая устойчивость на спуске и как можно меньший вес теплозащиты. При расчете траектории спуска, тепловых потоков, решении проблемы устойчивости надо было учесть аэродинамику на гиперзвуковых, околозвуковых и дозвуковых скоростях. Рассматривались различные конфигурации: конус с различными углами раскрыва и радиусами затупления, обратный конус, зонт, закругленные цилиндры.

Однажды мы стали анализировать полусферу, вдруг пришла мысль: а почему, собственно, не взять сферу? И мы остановились на сфере.

Теперь это решение может показаться тривиальным, но, по моему мнению, тогда это здорово упростило задачу и помогло нам выиграть время. Дело не только в том, что сфера дает минимальную поверхность, а значит, близкий к минимуму вес теплозащиты при заданном объеме. Любая другая форма спускаемого аппарата потребовала бы проведения множества аэродинамических исследований, создания специальных методов расчета. Сфера была продута и просчитана, как говорится, вдоль и поперек. Все разгрызено и разжевано. Да и сами расчеты ее немного проще. Возьмите заостренное тело — в гиперзвуковом потоке надо считать косые скачки уплотнения, а перед тупым телом, каким является сфера, возникает прямой скачок, а за ним, то есть вблизи поверхности тела, — дозвуковое обтекание. Все сравнительно просто.

Могло показаться, что точность посадки будет невысокой, а это могло бы привести к потере спускаемого аппарата. Но расчеты убедили: точность получается в пределах допустимой — плюс-минус 100―300 километров. Учитывая равнинные пространства нашей страны, это не грозило какими-нибудь случайностями при посадке.