Как отличить пилотируемый запуск на орбиту от беспилотного? Очень просто — нужно взглянуть на вершину ракеты-носителя, где размещен полезный груз, и если там находится странная конструкция, похожая на вытянутую башенку, то запуск наверняка пилотируемый: система аварийного спасения ставится в тех случаях, когда на борту планируется разместить экипаж.
Прообразом системы аварийного спасения (САС) стали отделяемые головные блоки баллистических ракет Р-1, посредством которых на полигоне Капустин Яр, начиная с 1947 года, запускали блоки с физическими приборами,
а с 1951 года — герметичные кабины с подопытными собаками.
Когда пришло время проектировать корабль «Восток», то проблема создания надежной САС стала одной из ключевых. Необходимость ее скорейшего решения обусловила авария 28 июля 1960 года, когда ракета с кораблем-прототипом, на борту которого находились собаки Лисичка и Чайка, взорвалась на 24-й секунде полета и упала на территории полигона. Собаки, разумеется, погибли.
Поскольку корабль имел собственные ракетные двигатели, а космонавт размещался в катапультируемом кресле, то логичным выглядело использование этих устройств для эвакуации. Проектом САС для «Востока» занимался сам Сергей Королев, а непосредственную работу вели Борис Супрун и Владимир Яздовский. Предложенная схема спасения космонавта выглядела следующим образом. Если катастрофический сбой происходил до 40-й секунды полета, то по сигналу, подаваемому из бункера полигона, катапультировалось кресло с космонавтом.
Если ракета начинала вести себя ненормально в промежутке с 40-й по 150-ю секунду полета, ее двигатели отключались, и при падении ракеты до высоты 7 км осуществлялось катапультирование по штатной схеме. Если что-то не ладилось с 150-й по 700-ю секунду, снова выключались двигатели, и отделялся весь спускаемый аппарат. При неисправности третьей ступени, которое могло произойти в промежуток с 700-й по 730-ю секунды полета, происходило аварийное выключение ее двигателей, и производилось отделение всего корабля.
К сожалению, эвакуация космонавта в первые 20 секунд не имела надежного технического решения,
поэтому разработчики предложили натянуть металлические сети в районе предполагаемого падения космонавта после его катапультирования. При этом даже если бы космонавт уцелел, пламя пожара могло добраться до него раньше, чем спасательная команда. Королев очень переживал из-за этих «роковых» секунд, но в конце концов пошел на риск, постановив, что первый старт космонавта должен быть проведен только после двух успешных запусков беспилотного варианта корабля — в этом случае вероятность технического сбоя снижалась до приемлемой.
Надо сказать, Королеву повезло. При реализации программы «Восток» лишь однажды САС была проверена в деле: 22 декабря 1960 года при запуске корабля-прототипа с собаками Жемчужная и Жулька из-за сбоя в третьей ступени он на орбиту не вышел, но система отстрелила спускаемый аппарат, который благополучно приземлился в районе реки Подкаменная Тунгуска.
Собаки выжили, были найдены и вывезены в Москву. Много позже по мотивам этой истории сняли художественный фильм «Корабль пришельцев».
При проектировании кораблей «Восход» схему САС пришлось переработать. В «шарик» спускаемого аппарата не влезали три или два катапультируемых кресла, как было необходимо в случаях «Восхода-1» и «Восхода-2» соответственно, поэтому от первоначального варианта эвакуации отказались. В результате «роковой» период увеличился до 44 секунд.
В случае нештатного развития ситуации происходил аварийный сброс головного обтекателя, после чего от корабля отделялся спускаемый аппарат. Чтобы гарантировать отделение, конструкторы увеличили количество пружинных толкателей под головным обтекателем и снабдили его четырьмя небольшими твердотопливными двигателями. Схема выглядела громоздкой, но Королев вновь пошел на осознанный риск, поскольку других вариантов просто не существовало, а запуски «Восходов» имели большое значение для дальнейшего развития космонавтики. К счастью, они прошли безупречно.
Новая система
Для корабля «Союз», рассчитанного на длительные полеты трех космонавтов, схема с катапультированием тоже не годилась. Но и подвергать их жизни опасности при каждом старте никто не собирался. Для решения проблемы первых «роковых» секунд было решено использовать схему САС, примененную на американском корабле «Mercury»: система устанавливается сверху на корабль,
при малейшей опасности «сдергивает» его с ракеты и уводит как можно дальше.
К конструированию корабля «Союз» сотрудники бюро Королева приступили в 1963 году. Тогда же в отделах № 3 и № 11 под руководством Константина Бушуева и Сергея Крюкова началось проектирование новой САС.
Поскольку спускаемый аппарат корабля «Союз», в отличие от «Востока», находится не сверху, а под бытовым отсеком, который отбрасывается перед нормальным возвращением на Землю, то конструкторам пришлось прибегнуть к варианту отделения всего головного блока. Конструкция представляет собой стартующий с аварийной ракеты аппарат, который состоит из уводимой части корабля (спускаемый аппарат и бытовой отсек), головного обтекателя и порохового двигателя увода.
Пороховая двигательная установка с верхним блоком сопел устанавливается непосредственно на головной обтекатель. Корабль соединяется с головным обтекателем тремя опорами, которые «упираются» в нижний шпангоут бытового отсека. На этом шпангоуте «висит» спускаемый аппарат. Кроме того, для сохранения устойчивости в полете на обтекателе установлены четыре решетчатых стабилизатора.
Схема срабатывания САС «Союза» тоже оригинальна. Она вводится в дежурный режим за пятнадцать минут до старта и отвечает за спасение корабля и экипажа в течение двух минут полета —
до отделения боковых блоков ракеты и сброса головного обтекателя.
Если в течение этих минут происходит авария, САС выключает двигатели ракеты-носителя, разделяет космический корабль и фиксирует силовые связи, удерживающие спасаемые части корабля внутри головного обтекателя. Далее разделяется поперечный стык в средней части обтекателя и раскрываются решетчатые стабилизаторы. Одновременно запускается основной твердотопливный двигатель. В процессе его работы включаются рулевые двигатели увода, уносящие головной блок подальше от ракеты: по высоте как минимум на 850 м, по дальности — на 110 м.
На вершине траектории происходит отделение бытового отсека от спускаемого аппарата, после чего на последнем выводится запасной парашют (при аварии на малых высотах) или основной парашют (при аварии на больших высотах). Если авария случится на высотах, где головной обтекатель уже будет сброшен, то корабль самостоятельно разделится на отсеки, спускаемый аппарат сразу войдет в атмосферу и приземлится как должно.
При срабатывании САС в любом варианте экипаж испытает ударные перегрузки 10 g или выше.
Система прошла многократные испытания на земле. Ее дорабатывали с учетом замечаний, и к 1967 году она была полностью готова. САС использовалась при запусках беспилотных лунных вариантов кораблей «Союз», известных под названием «Зонд». При пяти авариях ракет-носителей она сработала идеально. Проблема «роковых» секунд была решена.
Взрыв на старте
В сентябре 1983 года на космодроме Байконур готовился к старту корабль «Союз-Т», который должен был доставить на орбитальную станцию «Салют-7» новый экипаж в составе опытных летчиков-космонавтов Владимира Титова и Геннадия Стрекалова. Казалось, все шло по плану, однако Стрекалова мучило нехорошее предчувствие. В интервью журналу «Новости космонавтики» он рассказывал:
«Вдруг за два дня до старта на меня нашло какое-то непонятное грустное настроение. Казалось, что все это напрасно, что мы зря до такой степени изнуряем себя работой. Тогда я подумал, что это от переутомления. В тот день мы с Володей позволили себе немного отдохнуть и расслабиться.
А за шесть часов до старта я позвонил маме домой. Я всегда ей звонил в день старта с Байконура. А она рыдает в трубку и говорит:
«Сынок! Я тебя умоляю, что угодно придумай, но только не лети. Все у тебя в этот раз будет плохо!».
Я потом еще три раза стартовал, и она всегда говорила: «Все хорошо, благословляю тебя, мягкой посадки». А в тот раз вот такое. Как это объяснить — просто не знаю, не поддается объяснению такое предчувствие. Я был обескуражен. Конечно же, на меня слова мамы произвели сильное впечатление. Но как не лететь? Мы же не школьники — придумал какую-нибудь причину и в школу не пошел. Мы на космодроме, все уже позади, и дороги назад нет».
Запуск был назначен на 26 сентября — на 22:37 по московскому времени. Все шло по заведенному порядку. Космонавты надели скафандры, доложили председателю Госкомиссии о своей готовности, переехали из Монтажно-испытательного корпуса на стартовый комплекс № 1, разместились в корабле. Однако во время заключительных операций, примерно за 1 минуту 48 секунд до расчетного времени запуска, на ракете-носителе «Союз-У» загорелся один из элементов системы подачи топлива в газогенераторы турбонасосных агрегатов.
Пожар быстро перекинулся на ракетные блоки.
За своевременное срабатывание САС в ситуации, когда ракета еще остается на земле, отвечали два человека — командир боевого расчета («стреляющий») Алексей Шумилин и технический руководитель пуска Александр Солдатенков. Последний позднее вспоминал:
«Вы думаете, кнопку нажал — и все, ракета полетела? Нет, это целый цикл. Сначала проверяем, все ли кислородные клапана открылись. Сначала идет кислород, потом керосин, потом зажигание. И мы все время контролируем, все ли закрыто и открыто так, как положено. У нас главный принцип — если идет нештатная ситуация, которая может грозить разрушением ракеты или старта, то автоматика дает команду на отключение. Пусть потом бывают какие-то затраты — скажем, на переборку ракеты, но все же машина сохраняется, и стартовая площадка тоже...
У нас порядок какой? В бункере два человека за перископом — стреляющий и я, технический руководитель. У стреляющего и у меня свои пароли. Мой оператор сидит за двадцать километров. У стреляющего тоже свой оператор. Они сидят на разных этажах, их солдаты охраняют. Мой оператор знает мой пароль, второй оператор знает пароль стреляющего. Если я один кричу, и мой оператор нажимает кнопку, ничего не будет. А вот когда мы вместе крикнем, тогда каждый оператор нажмет свою кнопку, и команда пройдет. А в тот раз мы просто остолбенели сначала, потому что никогда такого не было...»
Паролем в тот день было слово «Днестр». Получив конверты с паролем, «стреляющий» и технический руководитель заняли свои места в бункере. Шумилин спокойно выдавал команды: «Ключ на старт», «Протяжка один», «Продувка».
Однако после команды «Наддув» на телевизионных экранах и в перископах стало видно пламя, окутавшее ракету. Причем выглядело оно необычно:
вместо ярко-белого зарева снизу по ракете поползли багрово-красные коптящие языки.
Шумилин решил, что включились двигатели, и сказал: «Зажигание». Но потом сразу закричал: «Так это пожар! Днестр, Днестр, Днестр!» Солдатенков через секунду присоединился, тоже закричав: «Днестр!»
Летчик-космонавт Владимир Титов рассказывал: «Идет отсчет последних секунд... Ждем легкого толчка и появления гула внизу. Он оповестит о выходе двигателей на режим. Секунда, другая... Ожидание привычного затягивалось. Потом почувствовал, что ракету качнуло. Подумал: «Ветер рванул. Сейчас начнется наддув баков»...
Прошла волна легкой вибрации. Не знаю почему, но это «дрожание» не понравилось. Снова подумал о ветре. Вибрация пошла на спад и через две-три секунды затихла. Взгляд на часы. Время! Но вот возникла вторая волна вибрации. Она быстро нарастала. Не успел сообразить, что происходит, как вдруг — сильный рывок...
«Взрыв», — молнией пронзила мысль. Но испугаться не успел».
На передачу пароля «Днестр» ушло шесть секунд; еще четыре секунды потребовалось на выдачу команд операторами с площадки и полторы секунды — на исполнение команды автоматикой корабля. Наконец запустился двигатель САС. За секунду до этого на ракете произошел взрыв, и она начала заваливаться.
Летчик-космонавт Геннадий Стрекалов вспоминал: «Оказалось, что в одном из двигателей первой ступени (в боковом ракетном блоке «В») ракеты-носителя был неправильно установлен клапан подачи топлива. Этот клапан, кстати, хранится у меня дома как реликвия. Из-за неправильной работы этого клапана турбонасосный агрегат слишком быстро развивал обороты, и одна из его лопаток отлетела, возникла искра и мгновенно начался пожар, который устремился снизу вверх по ракете.
Хорошо, что на командном пункте сразу заметили пожар и очень оперативно сработали. Была выдана команда на включение САС по проводной связи, но она не прошла, так как провода уже обгорели. Слава богу, Шумилин и Солдатенков не растерялись и вовремя успели повторно дать команду на включение САС по командной радиолинии. Всего лишь через две секунды после этого раздался мощнейший взрыв, ракета провалилась в газоотводный желоб и горела там несколько часов... Пожар был потушен лишь к утру. Наша ракета полностью развалила знаменитый гагаринский старт — 1-ю площадку,
откуда в 1961 году стартовал Юрий Гагарин. Эту стартовую площадку потом полтора года восстанавливали...»
В соответствии с логикой работы САС увела головной блок от ракеты, затем на высоте 1 км спускаемый аппарат отделился от него и приземлился в 3,7 км от старта.
«Вскоре в наушниках услышали голос Лени Кизима, ответили ему, стали докладывать о своих ощущениях, — рассказывал летчик-космонавт Владимир Титов. — Но потом оказалось, что нас не слышали... Уже высоко над землей по хлопкам пиропатронов поняли, что произошло разделение отсеков корабля. Сработала парашютная система. Приземлились нормально, на днище, несмотря на сильный ветер. В левый иллюминатор увидели огонь в районе стартовой позиции».
К приземлившемся спускаемому аппарату сразу бросились специалисты. Они прежде всего опасались, что космонавты получили травмы, ведь перегрузки при срабатывании САС довольно ощутимы. Но никаких повреждений не обнаружилось.
«Первым на газике подъехал Юрий Павлович Семенов... Мы попросили закурить, — вспоминал летчик-космонавт Геннадий Стрекалов. — Семенов не курил и бросился к шоферу со словами: «Дай ребятам сигареты». А потом стал нас ощупывать, приговаривая: «Ну, вы целы? Переломов нет?». Потом нас повезли на осмотр к врачам. Они нас проверили, все было в норме. Затем привезли в наши же номера в гостинице на 17-й площадке... Вот такая история.
Теперь наш полет зафиксирован в книге рекордов Гиннеса как самый кратковременный ракетный полет, ведь установка САС — это маленькая твердотопливная ракета».
Аварийный старт не отбил у космонавтов желания вновь отправиться в космос. Всего Геннадий Стрекалов выполнил пять полетов на орбиту, а Владимир Титов — четыре, причем последние два — на американском «шаттле». За спасение экипажа «Союза-Т» Алексею Шумилину и Александру Солдатенкову были присвоены звания Героев Социалистического Труда. Но настоящими триумфаторами в сентябре 1983 года могли себя чувствовать прежде всего создатели надежной системы аварийного спасения.
Варианты САС
В Соединенных Штатах на пилотируемых кораблях также использовались системы аварийного спасения разного типа. На Mercury САС отделяла всю капсулу корабля; на Gemini использовались катапультируемые кресла; на Apollo отделялась только кабина с экипажем.
Рассматривалась возможность установки системы эвакуации астронавтов и на кораблях многоразового использования Space Shuttle. Изначально планировали отделять при аварии всю кабину с экипажем, но конструкция получалась слишком громоздкой, и от идеи отказались. В конечном итоге руководство проектом постановило многократно увеличить требования к надежности «шаттла» — считалось, что таким образом получится компенсировать отсутствие САС.
Тем не менее в первых пяти полетах многоразовых кораблей на них были установлены катапультируемые кресла для двух пилотов-испытателей. Потом кресла убрали, поверив в совершенство «шаттлов».
Как мы теперь знаем, отказ от САС привел в результате к гибели четырнадцати человек — экипажей кораблей «Челленджер» и «Колумбия».
Сегодня специалисты NASA и частных космических фирм вернулись к проверенным схемам. САС корабля Orion, который, как предполагается, будет летать к Луне, напоминает систему «Союза» с отделением головного блока; ее полноценные испытания запланированы на следующий год. Для Crew Dragon компании SpaceX выбрана схема отделения всего корабля, однако нет точных сведений, когда пройдет ее тестирование.
Зато давно и успешно испытала свою САС «толкающего» типа для суборбитального многоразового корабля New Shepard компании Blue Origin, причем и ракета, и отделившийся от нее модуль экипажа приземлились благополучно.
Разработчики систем аварийного спасения стремятся найти оптимальное решение, которое гарантирует эвакуацию экипажа, а по возможности и корабля при аварии ракеты-носителя. Но, конечно, хочется надеяться, что катастрофа, подобная той, что случилась на Байконуре тридцать пять лет назад, никогда больше не повторится.