Информация о космическом корабле «Восток»

 

Весной 1957 года в ОКБ­1 был организован проектный отдел космических аппаратов, начальником которого назначили М.К. Тихонравова. Отдел незамедлительно подготовил план предстоящих проектных исследований для создания пилотируемого корабля­спутника и автоматических аппаратов для исследования Луны, который базировался на использовании межконтинентальной баллистической ракеты (МБР) Р­7.

К этому времени уже имелся значительный теоретический и практический задел, который позволял ускорить эти работы:

По данным проектных проработок, выводимую на орбиту массу полезного груза ракетой­носителем (РН) Р­7 при введении в ее состав III ступени можно было увеличить до 5 т. Были получены материалы отдела прикладной математики Академии наук СССР, согласно которым при достаточно пологом баллистическом спуске с орбиты ИСЗ перегрузки нарастают плавно, и их максимум составит около 10 g.

С сентября 1957 года по январь 1958 года в ОКБ­1 проводились исследования по оценкам внешних тепловых потоков, температур наружных поверхностей, массы теплозащиты и максимальным перегрузкам для различных схем спускаемых с орбиты ИСЗ аппаратов в большом диапазоне значений аэродинамического качества (от нескольких единиц до нуля).

Исследования показали, что равновесная температура поверхности даже для крылатого аппарата с высоким аэродинамическим качеством и низкой удельной массовой нагрузкой на несущую поверхность превышает уровень, допустимый для жаропрочных конструкционных сплавов.

Работы, проведенные в ОКБ­1, позволили установить:

Основные характеристики

Масса корабля «Восток» — 4,73 т; максимальная достигнутая продолжительность полета — 5 суток («Восток-5»); длина (без антенн) 4,4 м; максимальный диаметр 2,43 м. КК «Восток» состоит из двух основных отсеков: спускаемого аппарата (СА), являющегося орбитальным отсеком, и приборного отсека (ПО). Отсеки механически соединены между собой с помощью металлических лент и пиротехнических замков.

«Восток» имеет системы: автоматического и ручного управления; автоматической ориентации на Солнце и ручной ориентации на Землю, жизнеобеспечения (рассчитана на 10 суток работы при атмосфере, близкой по своим параметрам к земной); командно-логического управления; электропитания; терморегулирования; приземления.

Он снабжен также автономной и радиотелеметрической аппаратурой для контроля и регистрации параметров, характеризующих состояние человека, конструкции и системы, ультракоротковолновой и коротковолновой аппаратурой для двусторонней радиотелефонной связи космонавта с наземными станциями, командной радиолинией, программно-временным устройством, телевизионной системой с двумя передающими камерами для наблюдения за космонавтом с Земли, радиосистемой контроля параметров орбиты и пеленгации КК, тормозной двигательной установкой ТДУ-1 и другие. Для увеличения надежности некоторые основные системы космического корабля дублированы.

 

Спускаемый аппарат

Масса 2,46 т, диаметр 2,3 м, объем 5,2 куб. м, свободный объем 1,6 куб. м — предназначен для размещения космонавта, в нем космонавт спускается до высоты 7 км. Герметичный корпус СА (алюминиевый сплав) имеет сферическую форму (диаметр 2,2 м). Снаружи корпус покрыт тепловой защитой с переменной толщиной (максимально — до 0,18 м в лобовой части; минимально — до 0,03 м в тыльной части СА).

Наружные обводы СА, включая теплозащиту, имеют сферическую форму с диаметром 2,3 м. Форма СА и положение его центра масс обеспечивают аэродинамическую устойчивость СА, рассчитанного на спуск по баллистической траектории. В верхней части корпуса СА расположены три люка диаметром «в свету» 1 м. Один из них, находящийся со стороны ног космонавта, — технологический, обеспечивающий проведение различных операций на Земле. Через второй люк (напротив технологического) осуществляется посадка космонавта и катапультирование кресла с космонавтом при парашютировании СА на участке спуска в атмосфере или при аварии ракеты-носителя на начальном этапе выведения на орбиту. Через третий люк (расположенный между первыми двумя) выстреливается парашют, на котором спускается СА. Второй и третий люки закрыты отделяемыми (с помощью пиротехнических устройств) крышками.

СА имеет три иллюминаторами, два из которых размещены на крышках люков. Внутри СА расположены: парашютный контейнер вместимостью 330 куб. дм (площадь основного купола 574 кв. м, скорость приземления на основном парашюте 10 м/с); катапультируемое кресло космонавта (с 2 твердотопливными ракетными двигателями) с основным и вспомогательным парашютами, аварийным запасом снаряжения и питания (включая средства пеленгации); приборы и оборудование основных и вспомогательных систем корабля (жизнеобеспечения, терморегулирования, электропитания, навигации и управления, телеметрии, пульт космонавта, оптический ориентатор, ручка управления, средства пеленгации, радиосвязи и так далее). Внутри корпус и оборудование СА покрыты теплоизоляцией в сочетании с декоративной обшивкой.

Снаружи СА находятся: антенны командной радиолинии (установлены на металлических лентах, крепящих СА к ПО), отделяемая часть платы кабель-мачты, связывающей СА с ПО, узел крепления лент, соединяющих СА и ПО. Для обеспечения безопасности космонавт на всех участках полета находился в скафандре. На участке спуска (высота 7 км) осуществлялось катапультирование космонавта (с креслом и неприкосновенным запасом). После удаления кресла с космонавтом от СА на безопасное расстояние космонавт отделялся от кресла и спускался на парашюте (скорость приземления 5 м/с); раскрытие парашюта СА происходило на высоте 4 км. Конструкции и системы были рассчитаны на возможность приземления СА с космонавтом на борту (без катапультирования).

 

Приборный отсек

Масса 2,27 т, максимальный диаметр 2,43 м, длина 2,25 м, объем 3 куб. м — предназначен для размещения аппаратуры и оборудования основных систем КК, обеспечивающих орбитальный полет. Корпус ПО, выполненный из алюминиевого сплава, имеет форму двух усеченных прямых конусов, сопряженных основаниями. Со стороны СА корпус представляет собой вогнутую сферическую оболочку, с противоположной стороны в корпусе имеется цилиндрическая ниша, в которой размещается ТДУ-1.

Перед полетом ПО заполняется сухим азотом. Внутри ПО размещаются: приборы системы ориентации и управления движением, командно-логического управления и электропитания; аппаратура и оборудование радиосвязи с Землей; приборы телеметрии; программно-временные устройства. Снаружи ПО установлены шаровые баллоны с азотом системы ориентации КК с управляющими соплами (2 секции по 8 сопел в каждой с тягой одного сопла 14,7 Н), датчик солнечной ориентации, датчики системы телеметрии, радиационная поверхность системы терморегулирования с жалюзи и их приводами, баллоны с кислородом для системы жизнеобеспечения.

В апреле 1958 года на совещании представителей авиационной медицины было сделано сообщение о допустимости для человека, при определенном положении тела, перегрузок порядка 10 g, что сняло основное принципиальное препятствие на пути выбора аппарата более простой баллистической схемы для первых орбитальных полетов человека.

В качестве первоочередных были определены задачи:

Детальная разработка состава, структуры, объема и формы материалов отчета позволила одновременно вести работы по всем основным направлениям в необходимом объеме, в результате чего сроки выпуска отчета сократились в два­три раза. Отчет завершили в середине августа 1958 года.

Одним из энтузиастов проекта, принимавшим основные рабочие решения, был К.П. Феоктистов, который возглавлял сектор проектного отдела. После принятия концепции баллистического спуска область выбора форм СА сузилась до осесимметричных. Была принята сферическая форма, имеющая достоверные и стабильные аэродинамические характеристики во всех диапазонах углов атаки и на всех скоростях, обеспечивающая приемлемую массу тепловой защиты.

Перед проектантами установили обязательный «стратегический» принцип: надежность и безопасность полета человека должны быть обеспечены функциональным дублированием систем и агрегатов принципиально разными способами реализации полетных операций.

Применение только простого, чисто количественного дублирования допускалось как исключение. Такой подход позволил избежать случайностей при создании летательного аппарата принципиально нового типа.

В отчете «Материалы предварительной проработки вопроса о создании спутника Земли с человеком на борту (объекта ОД­2)» были рассмотрены основные летные характеристики, компоновочная схема ОД­2, форма СА и вопросы устойчивости, состав оборудования, компоновка и система его приземления, тепловая защита СА, тепловой режим на орбите, система управления и ориентации, измерение и связь, программа экспериментальных работ, сделаны выводы и рекомендации.

При разработке отчета по космическому аппарату ОД­2 большое внимание уделялось функциональному дублированию в части катапультирования пилота и его приземления в СА; системе обеспечения жизнедеятельности в кабине и в скафандре; ориентации по инфракрасной вертикали и ориентации в ручном режиме; процессу ввода парашюта по сигналам от бародатчиков и инерционных датчиков; разделению отсеков космического аппарата по команде от программно­временного устройства и от термодатчиков и т. д. Из­за массовых и компоновочных ограничений осталась незадублированной лишь тормозная двигательная установка (ТДУ).

В июне 1958 года принципиальные результаты проработок были одобрены С.П. Королевым, и с этого момента работы над пилотируемым кораблем находились под его постоянным контролем. Оформление отчета, в основном, закончилось к 15 августа 1958 года. По указанию С.П. Королева с отчетом, на заключительной стадии его оформления, были ознакомлены все руководители и ведущие специалисты основных подразделений КБ.

Окончательно отчет С.П. Королев подписал 15 сентября 1958 года. Осенью 1958 года началась разработка конструкторской документации на корпусные детали и конструкцию отсеков корабля­спутника, а также выдача технических заданий на бортовые системы.

Постановлением Правительства от 22 мая 1959 года была поставлена задача разработки экспериментального варианта корабля­спутника, который должен создать предпосылки для разработки спутника­разведчика и спутника для полета человека. В нем же были утверждены и основные исполнители. Всего в создании только корабля­спутника участвовало 123 организации, включая 36 заводов.

В апреле 1960 года в ОКБ­1 был разработан эскизный проект корабля­спутника «Восток­1» с изложением основных материалов по экспериментальному кораблю­спутнику (1К), на котором должны отрабатываться основные системы и конструкция спутника­разведчика «Восток­2» (для маршрутной съемки и радиоразведки средств ПВО) и спутника «Восток­3» (для полета человека).

Постановлением Правительства от 10 декабря 1959 года «О развитии исследования космического пространства» была определена задача осуществления первых полетов человека в космическое пространство. Постановлением Правительства от 4 июня 1960 года «О плане освоения космического пространства» установлены сроки запуска кораблей­спутников: май 1960 года — двух спутников без теплозащиты и жизнеобеспечения (1КП), до августа 1960 года — трех спутников «Восток-­1» (1К) для отработки систем корабля и аппаратуры фото­ и радиоразведки и сентябрь — декабрь 1960 года — спутника «Восток-­3» для отработки аппаратуры и системы жизнеобеспечения. Постановлением Правительства от 11 октября 1960 года предписано осуществить подготовку и запуск космического корабля «Восток» (3КА) с человеком на борту в декабре 1960 года и считать это задачей особого значения. Космический корабль «Восток» (3КА), так же, как и корабль «Восток­1» (1К), состоял из СА массой 2,4 т и приборного отсека массой 2,3 т, в котором располагалась ТДУ с двигателем тягой 1 600 кгс. СА крепился к приборному отсеку стяжными лентами, на которых располагалась часть антенн радиосистем. После полета по орбите СА космического корабля вместе с находящимся в нем оборудованием и космонавтом возвращался на Землю. Космонавт находился в специальном скафандре, обеспечивающем при необходимости пребывание его в разгерметизированной кабине корабля в течение 4 ч и защиту при катапультировании из гермокабины на высотах до 10 000 м.

В мае 1959 года был выпущен отчет с баллистическими расчетами вариантов спуска космического корабля с орбиты. Большое опасение вызывала ориентация космического корабля, являющаяся непременным условием выдачи тормозного импульса для спуска с орбиты. Система управления космического корабля разрабатывалась под руководством заместителя главного конструктора Б.Е. Чертока.

Система ориентации корабля «Восток» разрабатывалась в отделе 27 (начальник отдела Б.В. Раушенбах), имела два независимых режима работы: с автоматической солнечной ориентацией (АСО) и ручным управлением. Ее исполнительными органами являлись два идентичных комплекта микрореактивных двигателей (по восемь двигателей в каждом), работающих на сжатом азоте. Запас рабочего тела составлял 10 кг.

Логика управления, предложенная В.П. Легостаевым, могла реализовать как непрерывный режим работы исполнительных органов, так и импульсный, т. е. режимы поиска Солнца (как ориентира) и поддержания положения ориентации были объединены. Ручное управление включало оптический прибор для визуальных наблюдений, датчики угловой скорости, ручку ориентации, блок логики и формирования управляющих сигналов. Оптический прибор (ориентатор «Взор»), установленный на иллюминаторе, имел кольцевую зеркальную зону и матовый экран для проектирования изображения. На  экран были нанесены стрелки, указывающие направление бега подстилающей поверхности Земли при орбитальной ориентации «на торможение» перед спуском при торможении с помощью ТДУ. Зеркальное кольцо обеспечивало наблюдение горизонта Земли при высотах 150–350 км. Непосредственное наблюдение подстилающей поверхности через центр экрана давало возможность контролировать направление полета.

Процесс управления ориентацией корабля условно можно разделить на три этапа:

Разделение отсеков корабля «Восток» проводилось по команде от ПВУ на 10­й минуте после включения ТДУ (в послеполетном докладе 13 апреля 1961 года ошибочно указано время 10–12 с).

Летом 1960 года успешно завершилась разработка и начались испытания всех основных систем и агрегатов корабля. Большую часть из них провели на экспериментальных установках, при этом крышки люка отстреливались 50 раз, головной обтекатель сбрасывался пять раз, макет корабля отделялся от ракеты 15 раз, СА и приборный отсек разделялись пять раз, отрывная плата отстреливалась 16 раз и т. д.; много испытаний было проведено по отработке герметичности.

На макетах были отработаны тепловые процессы, проверена работа системы катапультирования (с вышки, с самолета). Для отработки системы приземления изготовили пять СА, которые сбрасывались с самолетов Ан­12 на высотах 9–12 км. Приземление экипажа в СА не отрабатывалось, катапультирование космонавта было обязательным. В термобарокамере и на самолете Ту­104 отрабатывалась система жизнедеятельности и изучалось влияние невесомости.

Корабль на космодром отправлялся по отсекам. На технической позиции (ТП) он испытывался в объеме работ контрольно­испытательной станции (КИС) завода, а также после сборки корабля (у заправленной ТДУ проверялось исходное состояние). По окончании испытаний на ТП проводились стыковка с РН и накатка головного обтекателя. Для летной отработки было выделено семь кораблей. На стартовой позиции (СП) подготовка РН и корабля проводилась в соответствии со специально разработанными графиками. Космонавт занимал место в космическом корабле только после окончания заправки РН, т. е. по готовности ее к пуску.

С.П. Королев предъявлял к материальной части пилотируемых космических кораблей особые требования: все комплектующие изделия и агрегаты маркировались клеймом «Годен для 3КА», причем за качество деталей с таким клеймом несли ответственность лично главные конструкторы смежных организаций­разработчиков бортовых систем. Положение запрещало вариантность 3КА, изменение технологии сборки, а также их испытаний, применение деталей и узлов, имеющих отступление от технической документации. Корпуса кораблей­спутников 1К и пилотируемых кораблей 3КА (и далее 3КВ и 3КД) были однотипными по форме и размерам и отличались, в основном, составом оборудования и приборов.

Первый корабль изготовили в упрощенном варианте: без тепловой защиты, систем жизнеобеспечения и приземления. Запуск такого корабля (1КП) был осуществлен 15 мая 1960 года только для проверки его основных систем. Корабль массой 4 540 кг был выведен на орбиту, близкую к круговой, высотой около 320 км и наклонением 65°.

Руководство запуском кораблей на орбиту ИСЗ осуществлялось Государственной комиссией по летным испытаниям ракеты Р­7А (8К74), председателем которой был К.Н. Руднев.

В соответствии с программой 19 мая в 2 ч 52 мин для спуска корабля с орбиты была передана команда на включение ТДУ и отделение СА. Однако в результате неисправности прибора системы ориентации направление тормозного импульса отклонилось от расчетного, скорость корабля увеличилась, и он перешел на более высокую орбиту, при этом произошло нормальное отделение СА. Первый запуск корабля (1К) с подопытными животными — собаками Чайкой и Лисичкой на борту был осуществлен28 июля 1960 года. Однако вследствие аварии РН (взрыв камеры сгорания двигателя блока Г на 28,5 сек) вывод корабля на орбиту не состоялся.

Основной задачей этого запуска являлись дальнейшие исследования действия факторов космического полета на биологические объекты с целью проверки систем обеспечения жизнедеятельности человека, а также средств безопасности его полета и возвращения на Землю. В катапультируемом контейнере кроме двух собак находились 12 мышей, насекомые, растения, грибковые культуры, семена кукурузы, пшеницы, гороха, мука, некоторые виды микробов и другие биологические объекты.

С помощью биологических объектов, находившихся в космическом полете более 25 часов, получили уникальные научные данные о влиянии факторов космического полета на физиологические, генетические и цитологические системы живых организмов, которые убедили ученых в правильности выбранных направлений по подготовке полета человека в космическое пространство и наметили конкретные пути осуществления подобного проекта.

22 декабря 1960 года был проведен очередной запуск корабля, но при выведении его на орбиту произошла авария РН (разрушение газогенератора ДУ блока Е на 425­й сек полета). СА корабля аварийно отделился и нормально приземлился, совершив суборбитальный полет. На его борту находились собаки Комета и Шутка, которые остались в СА из­за отказа катапульты, и это спасло их в суровых зимних условиях.

К сожалению, сильно отстала разработка катапультируемого кресла с теплозащитным коконом, особенно его экспериментальная отработка в условиях, имитирующих спасение пилота при аварии РН в конце работы I ступени. В конце августа 1960 года проектный отдел 9 предложил упростить систему аварийного спасения: высоту аварийного катапультирования ограничили до 4 км, а в случае аварии I ступени РН на большой высоте выключались двигатели, сбрасывался головной обтекатель, раскрывались замки крепления СА, космонавт приземлялся по штатной схеме после «естественного» расхождения СА и ступеней РН. Эти предложения С.П. Королев одобрил с одним добавлением: задублировать ТДУ. Решение было найдено: использовать в качестве резервного средства спуска естественное торможение корабля земной атмосферой. Гарантированное время существования на орбите не менее двух и не более десяти суток обеспечивалось выбором эллиптической орбиты с низким перигеем и достаточно высоким апогеем. Для дополнительного внутреннего охлаждения СА предлагалось после отделения его от приборного отсека (по команде от термодатчиков) использовать специальную систему охлаждения с водой в качестве рабочего тела. После контрольных расчетов баллистиков этот вариант был представлен С.П. Королеву и одобрен им. Уточненные проектные материалы на доработку корабля для первого полета человека выпустили в середине октября 1960 года.

В конце 1960 года — начале 1961 года была изготовлена серия кораблей для летной отработки в беспилотном варианте. Для обеспечения надежности С.П. Королев запретил вносить изменения не только в техническую эксплуатационную документацию, но и в расчеты специалистов, подготавливающих корабли к полету.

Эскизный проект космического корабля­спутника 3КА для полета человека выпустили в конце июля 1961 года, уже после первого полета человека.

Внутрь манекена (в грудную полость, полость живота и т. п.) поместили мышей, морских свинок, микробы и другие биологические объекты в целях изучения влияния радиационного излучения, а внутрь СА  — семена растений, элементы крови человека и др. Программа полета была выполнена, аппаратура работала безотказно, СА с собакой нормально приземлился, а манекен катапультировался.

Этот пуск завершил экспериментальную отработку пилотируемого космического корабля «Восток» (3КА) в летных условиях. К моменту окончания летной отработки этого корабля было произведено более 46 пусков РН Р­7 (I и II ступеней ракеты 8К71) и 16 запусков блока Е (III ступень) ракеты­носителя 8К72. Из 16 блоков Е шесть не сработали из­за аварии РН и два — из­за аварий самого блока. Из семи кораблей «Восток» (1К и 3КА) два корабля не вышли на орбиту из­за аварий РН на активном участке траектории и два корабля неполностью выполнили задачи полета.

Опыт также показал, что полеты собак на кораблях «Восток» проходили с некоторыми сдвигами в их физиологическом состоянии. Симптомы стали проявляться после четвертого витка полета. Это заставило планировать первый предстоящий полет человека в космическое пространство продолжительностью не более одного витка с максимальной автоматизацией режимов управления.

Государственная комиссия под председательством К.Н. Руднева приняла решение о возможности полета человека в околоземное космическое пространство на корабле «Восток» (3КА). Программа пилотируемых космических кораблей «Восток» (3КА) включала запуск шести кораблей, в том числе первый полет женщины­космонавта и групповые полеты двух пар кораблей.

 
12 апреля 1961 года в 9 ч 06 мин 59,7 сек  стартовал космический корабль 3КА № 3 массой 4 725 кг, получивший в печати название «Восток-1», с летчиком­-космонавтом Ю.А. Гагариным.

РН 8К72 (впоследствии названная РН «Восток») со стартовой массой 287 т вывела корабль на околоземную орбиту с высотой в перигее 181 км и в апогее 327 км. Пуском первого в мире космического пилотируемого корабля руководили С.П. Королев, А.С. Кириллов и Л.А. Воскресенский. Полет первого космонавта продолжался 108 мин. Приземление произошло в 10 ч 55 мин на мягкую пашню у берега Волги вблизи деревни Смеловка Терновского района Саратовской области. Успешный полет первого космонавта показал, что человек может осваивать космическое пространство. Это было, безусловно, выдающимся достижением. Создатели космического корабля «Восток» заслуженно принимали поздравления.

Корабль состоял из СА массой 2,4 т и приборного отсека массой 2,3 т, в котором располагалась ТДУ с двигателем тягой 1600 кгс. После полёта корабля по околоземной орбите его СА возвращался на Землю по баллистической траектории. Космонавт в специальном скафандре во время старта и полёта размещался в катапультируемом кресле, установленном в гермокабине этого СА. Скафандр был рассчитан на пребывание человека в разгерметизированной кабине в течение четырёх часов и обеспечивал его защиту при катапультировании кресла на высотах до 10 км.

Так началась эра полетов человека в космическое пространство. Теперь ежегодно в нашей стране 12 апреля отмечается как день космонавтики.

Полет корабля «Восток» с человеком на борту стал итогом напряженной работы советских ученых, инженеров, врачей, техников и рабочих, а также специалистов Министерства обороны и различных отраслей науки и промышленности. Были использованы новейшие достижения физики, химии, биологии, радиоэлектроники, металлургии. Ведущую роль во всей этой гигантской работе сыграло ОКБ­1.

На корабле «Восток­2» установили профессиональную репортажную кинокамеру «Конвас», доработанную для бортовых съемок. С помощью этой камеры была выполнена 10­минутная съемка Земли через иллюминатор корабля. Объекты съемки выбирал сам космонавт, стремясь получить материал, иллюстрирующий картины, наблюдаемые им во время полета. Полученная высококачественная съемка широко демонстрировалась на телевизионном и киноэкранах, а снимки были опубликованы в центральных газетах и вызвали интерес научной общественности к изучению изображений Земли из космического пространства.

Орбитальный полет и спуск кораблей «Восток­3» (94 ч полета) и «Восток­4» (71 ч полета) прошли нормально. В ходе полета космонавты вели киносъемку поверхности Земли, программа которой основывалась на анализе изображений, полученных при полете корабля «Восток­2». Так, в частности, А.Г. Николаев снимал поверхность Земли, а П.Р. Попович — линию горизонта и зону терминатора. Кроме того, на борту были установлены кинокамеры для регистрации действий космонавтов во время полета.

В этих полетах съемка велась не только на черно­белой, но и на обычной цветной пленке. Отснятые изображения горизонта Земли были подвергнуты фотометрической обработке с целью получения количественных значений яркости вертикального профиля атмосферы. Надо сказать, что полеты пилотируемых кораблей вызвали необходимость создания службы обнаружения, технического обслуживания и эвакуации частей корабля и летчиков­космонавтов с  места приземления, которая, в случае необходимости, действовала и при возникновении аварийных ситуаций. В составе службы создали подразделение технического обслуживания СА после приземления, которое комплектовалось специалистами ОКБ­1.

Сообщить об ошибке в тексте

Фрагмент текста с ошибкой:

Правильный вариант:

При обнаружении ошибки в тексте Вы можете оповестить нас о ней. Для этого нужно выделить мышкой часть текста с ошибкой и нажать комбинацию клавиш "Ctrl+Enter".