Корабли в небе. Развитие пилотируемой космонавтики

12 апреля 2020
Антон Первушин
12.04.2020
150693
8 минут на чтение
Корабли в небе. Развитие пилотируемой космонавтики

12 апреля наша страна отмечает День космонавтики. Пятьдесят девять лет назад советские ракетчики запустили на орбиту пилотируемый космический корабль «Восток» с лётчиком Юрием Гагариным на борту. Именно с этого момента принято вести отсчёт космической эры в истории человечества, хотя ещё до полёта «Востока» неоднократно стартовали спутники, лунники и корабли с собаками. Первый рейс космонавта на орбиту был важен прежде всего тем, что до этого среди учёных не было единого мнения, как длительная невесомость будет влиять на человека: некоторые даже полагали, что пилот сразу потеряет сознание или сойдёт с ума. Для технического прогресса это тоже был важный шаг — «Восток» стал реальным воплощением идеи, которая совсем недавно считалась фантастической.

Теория полёта

Вероятно, первым, кто всерьёз задумался о проблематике космических путешествий, был английский епископ Джон Уилкинс. В 1638 году вышла его книга «Беседа о новом мире и другой планете», в которой он, размышляя о грядущих полётах к Луне, указывал на необходимость снаряжать внеземную экспедицию запасами воды и провианта. Правда, Уилкинс ошибочно полагал, что до Луны можно добраться на воздушном шаре. Проект Жюля Верна, изложенный в романе «С Земли на Луну прямым путём за 97 часов 20 минут», который впервые увидел свет в 1865 году, основывался на более адекватных представлениях о физике космического пространства, поэтому в его снаряде для полёта на Луну предусмотрена герметизация и противоперегрузочные средства. Однако даже элементарный расчёт показывал: чтобы снаряд развил хотя бы первую космическую скорость, ему необходимо придать такое ускорение, которое просто убьёт пассажиров.

Корабли в небе. Развитие пилотируемой космонавтики 1

В начале XX века фантасты всё чаще обращались к теме межпланетных полётов, не забывая описывать конструкцию космических кораблей. В то время учёные полагали, что скоро создадут антигравитационный сплав, поэтому в романах сплошь и рядом встречались шарообразные аппараты, которые перемещались в пространстве за счёт открытия экранирующих заслонок, «включающих» силу отталкивания. Конечно, схема была неработоспособна, потому что для появления антигравитации, то есть открытия заслонки, нужно приложить ровно такую же энергию, как для отправки аппарата в точку, удалённую от всех центров масс, — фактически за пределы обозримой Вселенной. Впрочем, на это мало кто обращал внимание.

Проблему решил калужский изобретатель Константин Циолковский, который в статье «Исследование мировых пространств реактивными приборами», опубликованной в 1903 году, показал, что единственное технически доступное средство для покорения космоса — ракеты на жидком топливе. Именно так он представлял межпланетный корабль в своей фантастической повести «Вне Земли» (в 1918 году она вышла с сокращениями в журнале «Природа и люди») — как ракету, снабжённую герметичной кабиной для экипажа. Позже аналогичные идеи высказали и другие основоположники теоретической космонавтики: американец Роберт Годдард, француз Робер Эсно-Пельтри и немец Герман Оберт.

Корабли в небе. Развитие пилотируемой космонавтики 2

Схема ракеты Циолковского 1927 года

Первые ласточки

На заре практического ракетостроения стало ясно, что незачем тащить в космос всю ракету целиком. Наоборот: чем меньше будет масса космического корабля на том или ином этапе полёта, тем легче им управлять — и тем меньше топлива надо брать с собой. Поэтому корабли, вопреки ожиданиям фантастов, проектировались как аппараты, которые после достижения орбитальной скорости отделятся от носителей.

Первым космическим кораблём стал советский «Восток» в трёх модификациях: 1КП, 1К и 3КА. Первые два варианта предназначались для испытательных запусков с собаками; последний — для полёта одного пилота по низкой орбите длительностью до 10–12 дней. «Восток» состоял из двух частей: герметичного спускаемого аппарата и приборного отсека, в котором находился тормозной двигатель, сводящий корабль с орбиты.

Тем временем конструкторам американского корабля Mercury предоставили ракету Atlas с грузоподъёмностью ниже, чем у советской Р-7А (1,3 против 4,7 тонны), поэтому они создали маленькую тесную капсулу, снабжённую простым твердотопливным двигателем и теплозащитным экраном, который можно было сбросить.

Корабли в небе. Развитие пилотируемой космонавтики 3

Макеты кораблей Mercury (слева) и «Восход» / Tim Evanson / [CC BY-SA 2.0]

Хотя конструкция Mercury была примитивнее, она потребовала много времени на доработку. В результате «Восток» с Юрием Гагариным на борту отправился на орбиту 12 апреля 1961 года, а Mercury с Аланом Шепардом стартовал только 5 мая, причём его полёт продолжался всего 15 минут. Орбитальный рейс американцам удалось совершить только в феврале 1962 года, когда в космос отправился Джон Гленн. Впрочем, на фоне суточного полёта Германа Титова на корабле «Восток» новое достижение выглядело скромно.

Поражение на начальном этапе космической гонки больно ударило по самолюбию американцев. 25 мая 1961 года президент Джон Кеннеди выступил с обращением к нации, призвав до конца десятилетия запустить пилотируемую экспедицию на Луну. Чтобы воплотить его замысел, конструкторы создали два космических корабля: двухместный Gemini массой 3,8 тонны для отработки необходимых манипуляций на околоземной орбите и трёхместный Apollo, который состоял из командно-служебного модуля CSM массой 30 тонн и лунного модуля LM массой 16 тонн. Принципиальным новшеством в конструкции этих кораблей была возможность осуществлять сложные манёвры, стыковки и расстыковки. Полёты кораблей Gemini с экипажами начались в марте 1965 года, кораблей Apollo — в октябре 1968-го.

Корабли в небе. Развитие пилотируемой космонавтики 4

Космический корабль Gemini 7 в полёте, снятый с борта корабля Gemini 6 / NASA

В Советском Союзе долго не могли согласовать лунную экспедицию. Пока шли обсуждения, ЦУП успел организовать два полёта на кораблях «Восход» — по сути, тех же «Востоках», но с глубокой модернизацией всех систем: «Восход-1» предназначался для полёта экипажа из трёх человек, а «Восход-2» — для выхода одного из пилотов в открытый космос. Каждая из новых моделей была оборудована дополнительным тормозным двигателем на случай отказа основного и системой мягкой посадки, вместо которой на исходном «Востоке» использовалось катапультируемое кресло. Понятно, что масса при этом возросла: «Восход-1» весил 5,3 тонны, «Восход-2» — 5,7 тонны.

Для пилотируемого полёта к Луне советским учёным необходимы были новые корабль и ракета. Однако ни один из предложенных проектов так и не был завершён. Вместо мощных ракетно-космических комплексов удалось довести до серийного выпуска только трёхместный орбитальный корабль «Союз» массой 6,5 тонны и двухместный корабль «Зонд» массой 5,2 тонны, предназначенный для облёта Луны. Их первые запуски сопровождались авариями. 24 апреля 1967 года при возвращении «Союза-1» из космоса погиб Владимир Комаров. Из-за трагедии советское руководство так и не решилось отправить к Луне «Зонд» с экипажем и фактически вышло из космической гонки с США.

В дальнейшем корабли «Союз» в двухместном и трёхместном вариантах использовались для доставки космонавтов на орбитальные станции. По образцу «Союза» построены отечественный грузовой корабль «Прогресс» и китайский корабль «Шэньчжоу».

Корабли в небе. Развитие пилотируемой космонавтики 5

Лунный модуль корабля Apollo 11 на Луне / NASA

Космические рейсы

Когда в 1975 году завершилась программа «Аполлон», в которую входили не только полёты на Луну, но и работа с орбитальной станцией Skylab, американские специалисты сосредоточились на проекте корабля Space Shuttle с экипажем из семи астронавтов. Конструкторы хотели построить его по самолётной схеме и сделать полностью многоразовым; стоимость его эксплуатации должна была быть не сильно выше, чем у больших авиалайнеров, что сделало бы ненужными одноразовые ракеты-носители. Однако в условиях экономического кризиса от многих передовых технических решений пришлось отказаться, и в результате получился довольно громоздкий космоплан сухой массой до 72 тонн с подвесным топливным баком и твердотопливными ускорителями. Тем не менее первый шаттл «Колумбия» стартовал 12 апреля 1981 года, и дальнейшее развитие астронавтики, включая строительство большой орбитальной станции Freedom и организацию экспедиций на Марс, стали связывать именно с этими кораблями. Все планы пришлось пересматривать после того, как 28 января 1986 года при взлёте погиб шаттл «Челленджер». На коммерческих перспективах крылатых кораблей поставили крест— их продолжили запускать под эгидой государства, в интересах учёных и военных. С помощью шаттлов в конце века началось строительство Международной космической станции.

Гибель «Колумбии» 1 февраля 2003 года привела к тому, что президент Джордж Буш — младший решил отказаться от многоразовых ракетно-космических систем в пользу одноразовых, а заодно использовать их в программе возвращения на Луну, получившей название Constellation. Для полётов на соседнее небесное тело разрабатывались два корабля: межорбитальный Orion массой 22,6 тонны и лунный Altair массой 45,9 тонны. Их планировалось выводить на орбиту по отдельности, после чего стыковать и отправлять на траекторию полёта к Луне. Придя к власти в январе 2009 года, президент Барак Обама распорядился свернуть Constellation, оставив от всей программы только корабль Orion. В новом четырёхместном варианте этот аппарат мог бы совершать длительные полёты по орбите, к Луне и в перспективе к Марсу. Проект продолжает развиваться и сегодня. Планируется, что первый полёт беспилотного варианта Orion в рамках лунной программы Artemis состоится в 2021 году, пилотируемого — в 2023 году.

Корабли в небе. Развитие пилотируемой космонавтики 6

Концепт космического корабля Orion / NASA

Решив тоже поучаствовать в создании ракетно-космических комплексов нового поколения, российские конструкторы предложили в 2009 году проект многоразового корабля «Федерация» массой от 16,5 тонны в зависимости от цели полёта. Он сможет вместить экипаж из шести человек и будет использоваться для полётов к МКС, к Луне и для высадки на поверхность спутника. Судя по данным на январь 2020 года, первый пилотируемый полёт опытного образца, получившего название «Орёл», состоится в 2025 году.

Когда корабли Space Shuttle вывели из эксплуатации, перед американцами встала проблема: МКС нуждается в постоянном присутствии экипажа, но российские «Союзы» могут доставить туда лишь троих. Поэтому в 2010 году NASA инициировало программу Commercial Crew Development, в рамках которой частным компаниям предлагалось сконструировать пилотируемые корабли для полётов на орбиту.

В сентябре 2014 года были объявлены победители условной «гонки»: ими ожидаемо стали проекты Starliner корпорации Boeing и Dragon 2 компании SpaceX. При этом у последней было очевидное преимущество — её многоразовые беспилотные грузовики летают на орбиту с 2012 года, снабжая МКС наравне с российскими «Прогрессами». Испытательный полёт нового корабля в беспилотном варианте в марте 2019 года прошёл успешно. Планировалось, что уже в июне-июле новый корабль полетит к МКС с астронавтами Робертом Бенкеном и Дугласом Хёрли. Однако один из тестов, необходимых для получения лицензии, обернулся неудачей, что привело к разрушению Dragon 2.

Корабли в небе. Развитие пилотируемой космонавтики 7

Концепт космического корабля Starliner от компании Boeing / NASA

Из-за этого конкуренты из Boeing получили значительную фору. Система аварийного спасения Starliner прошла успешные испытания 4 ноября 2019 года, и 20 декабря стартовал беспилотный вариант корабля. Если бы всё прошло по плану, астронавты отправились бы на Starliner к МКС до конца 2020 года, однако во время беспилотного пробного запуска возникли проблемы: из-за сбоя в системе расчёта полётного времени корабль истратил много топлива, и оставшегося могло не хватить для стыковки с МКС. Специалисты решили отменить стыковку и вывели Starliner на орбиту, с которой он вернулся на Землю в течение 48 часов.

Тем временем SpaceX доработала Dragon 2: корабль успешно прошёл испытания 13 ноября. Планируется, что пилотируемый полёт состоится в мае 2020 года, но из-за пандемии COVID-19 его могут отложить.

* * *

Меньше чем за шестьдесят лет человечество перешло от единичных полётов астронавтов на орбиту к регулярным рейсам. Успехи в пилотируемой космонавтике и строительстве кораблей возродили интерес к внеземной экспансии. Теперь транспорт нужен не только для полётов к МКС: уже сейчас США вместе с другими странами планирует строительство окололунной станции. А там недалеко и до путешествия к Марсу.

Корабли в небе. Развитие пилотируемой космонавтики 8

Crew Dragon во время тестирования двигателей, ноябрь 2015 года / SpaceX

Оставляя комментарии на сайте «Мира фантастики», я подтверждаю, что согласен с пользовательским соглашением Сайта.

Читайте также

Статьи

Юн Ха Ли «Возрождённое орудие»: финал космической трилогии... которой не планировалось
0
2840
Юн Ха Ли «Возрождённое орудие»: финал космической трилогии… которой не планировалось

Самые сильные элементы цикла «Механизмы Империи» так и остались в первом томе.

Марина и Сергей Дяченко «Контроль»
0
23107
Марина и Сергей Дяченко «Контроль»

«Как хорошо, что с изобретением совершенного детектора лжи мы все избавлены от унизительных проверок!»

«Энола Холмс»: детский детектив про сестру-бунтарку Шерлока 5
0
47872
«Энола Холмс»: детский детектив про сестру-бунтарку Шерлока

«Одиннадцатая» наводит шороху в викторианской Англии.

«Опиумная война» Ребекки Куанг: фэнтези как терапия
0
51166
«Опиумная война» Ребекки Куанг: фэнтези как терапия

Наша читательница делится размышлениями о первой книге цикла.

«Фантастический подкаст #9»: Xbox vs PlayStation
0
122023
«Фантастический подкаст #9»: Xbox vs PlayStation

Евгений Пекло, Данил Ряснянский и Дмитрий Кинский обсуждают грядущее поколение консолей.

Читаем артбук по сериалу The Expanse («Пространство»)
0
64662
Читаем артбук по сериалу The Expanse («Пространство»)

Книга уже поступила в продажу.

Тимоти Зан: «Траун. Доминация». Что мы узнали из нового романа о синекожем адмирале галактической империи
0
107858
Тимоти Зан: «Траун. Доминация». Что мы узнали из нового романа о синекожем адмирале

Основные факты из свежего романа, открывающего трилогию о ранних годах синекожего флотоводца

Что почитать из фантастики? Книжные новинки сентября 2020-го 2
0
126742
Марко Клоос «Сроки службы»: будущее глазами бывшего солдата бундесвера

Простая, но любовно выписанная военная НФ.

Спецпроекты

Top.Mail.Ru

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: