Р акеты – носители "Восток" и «Восход»

     В 1957 году в ОКБ-1 был подготовлен план проектных исследований по созданию пилотируемого корабля-спутника и автоматических аппаратов для исследования Луны. Представленный план проведения проектных работ по пилотируемым космическим кораблям базировался на использовании межконтинентальной баллистической ракеты Р-7. К этому времени уже был создан значительный теоретический и практический задел, который позволил ускорить эти работы. Накоплен опыт по разработке головных частей, завершена отработка их отделения от ракеты и входа в плотные слои атмосферы, уточнены методики расчётов тепловых потоков, воздействующих на головные части при входе их с гиперзвуковой скоростью в плотные слои атмосферы. По данным проектных проработок - выводимая на орбиту масса полезного груза ракетой-носителем Р-7 при введении в её состав 3 ступени может быть увеличена до 5 т. Получены материалы отдела прикладной математики Академии наук СССР, согласно которым при достаточно пологом баллистическом спуске с орбиты ИСЗ перегрузки нарастают плавно и составляют около 10 единиц.

С сентября 1957 г. по январь 1958 г. в ОКБ-1 проводились исследования по оценкам внешних тепловых потоков, температур наружных поверхностей, массе теплозащиты и максимальным перегрузкам для различных схем спускаемых с орбиты ИСЗ аппаратов в большом диапазоне значений аэродинамического качества (от нескольких единиц до нуля).

Проведённые исследования показали, что 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.

В основу проектирования был положен обязательный "стратегический" принцип: надёжность и безопасность полёта человека должны быть обеспечены функциональным дублированием систем и агрегатов принципиально разными способами реализации полётных операций. Применение только "простого", чисто количественного, дублирования допускалось как исключение. Такой подход позволил избежать случайностей при создании летательного аппарата принципиально нового типа.

1. На орбиту ИСЗ с помощью доработанной трёхступенчатой ракеты можно вывести космический аппарат массой 4500...5500 кг.

2. На космическом аппарате массой 4500...5500 кг можно разместить человека, необходимое служебное и научное оборудование.

3. Для первых полётов человека целесообразно использовать баллистическую схему спуска с орбиты, обеспечивающую реализацию полёта в наиболее сжатые сроки.

4. При спуске космического аппарата с орбиты температура его поверхности достигает 2500...3500⁰С, а максимальные перегрузки 8...9.

5. Воздействие высоких температур потребует тепловой защиты, масса которой составит 1300...1500 кг.

6. Для первых полётов целесообразно выбрать круговую орбиту с минимально допустимой высотой 250 км.

7. Основной параметр, определяющий характеристики спуска (угол вектора скорости входа в плотные слои атмосферы на высоте 100 км) целесообразно выбрать равным минус 2⁰.

8. Тормозной импульс должен составить 65000...85000 кгс.

9. В качестве формы СА можно рекомендовать сферу.

10. Для устойчивого движения СА в плотных слоях атмосферы и обеспечения низких знакопеременных нормальных перегрузок необходимы малые углы атаки и малые угловые скорости космического аппарата при входе в атмосферу.

11. На космических аппаратах для первых полётов в космос человек во время полёта может находиться в СА, т.е. не нужна вторая орбитальная кабина.

12. Надёжное приземление пилота обеспечивается программным катапультированием его на высоте 8...10 км.

13. Необходимы меры для ограничения в кабине уровня шумов и вибраций.

14. Космический аппарат должен иметь систему управления и ориентации, при этом в качестве исполнительных органов управления можно использовать вращающиеся массы и реактивные силы (сжатый газ, воздух).

15. Необходимы система контроля орбиты и выдачи команд с наземных пунктов управления, а также двухсторонняя радиотелефонная связь.

16. Оборудование для орбитального полёта и тормозную двигательную установку (ТДУ) целесообразно разместить в отдельном отсеке.

17. Для обеспечения надёжности необходимо провести экспериментальную отработку систем космического аппарата в стендовых условиях; систем катапультирования и приземления при бросковых испытаниях с самолетов и при пусках ракет Р-2 или Р-5 в условиях, близких к аварийным для 1 ступени РН; тепловой защиты в натурных условиях в процессе пуска моделей по "пологой траектории", а также объекта с животными вместо пилота в суборбитальном полёте и объекта по штатной программе с животными вместо пилота (один - два пуска).

Осенью 1958 г. началась разработка конструкторской документации на детали корпуса и конструкцию отсеков корабля-спутника, а также выдача технических заданий (ТЗ) на бортовые системы.     В апреле 1960 г. в ОКБ-1 был разработан эскизный проект корабля-спутника "Восток-1", в котором излагались основные материалы по экспериментальному кораблю-спутнику "Восток-1" (1К), на котором должны отрабатываться основные системы и конструкция спутника-разведчика "Восток-2 и спутника "Восток-3" - для полёта человека.

Система ориентации корабля "Восток" имела два независимых режима работы: с автоматической ориентацией на Солнце (АСО) и ручным управлением (РУ), а её исполнительными органами являлись два идентичных комплекта (по восемь двигателей в каждом) микрореактивных двигателей, работающих на сжатом азоте. Запас рабочего тела составлял 10 кг.

В состав АСО входили блоки датчиков положения Солнца и датчиков угловой скорости и счётно-решающий блок.

Ручное управление включало оптический прибор для визуальных наблюдений, датчики угловой скорости, ручку ориентации, блок логики и формирования управляющих сигналов.

Процесс управления ориентацией корабля условно можно разделить на три этапа: первый - гашение начальных возмущений, второй - поиск Солнца (при АСО) или Земли (при РУ) и третий - поддержание ориентированного состояния.

Летом 1960 г. успешно завершилась разработка и начались испытания всех основных систем и агрегатов корабля. Большая часть из них была проведена на экспериментальных установках, при этом крышки люка отстреливались 50 раз, головной обтекатель сбрасывался 5 раз, макет корабля отделялся от ракеты 15 раз, спускаемый аппарат и приборный отсек разделялись 5 раз, отрывная плата отстреливалась 16 раз и т.д.; много испытаний было проведено по отработке герметичности.

Корабль на космодром отправлялся по отсекам. На ТП он испытывался в объёме испытаний КИС завода. А также в собранном виде после сборки корабля (у заправленной ТДУ проверялось исходное состояние).

Для лётной отработки было выделено семь кораблей.

На стартовой позиции подготовка РН и корабля проводилась по специально разработанным графикам. Космонавт занимал место в КК только после окончания заправки РН, т.е. по готовности её к пуску.

Первый корабль был изготовлен в упрощенном варианте: без тепловой защиты, систем жизнеобеспечения и приземления. Запуск такого корабля (1КП) был осуществлен 15 мая 1960 г. только для проверки его основных систем. Корабль массой 4152 кг был выведен на орбиту, близкую к круговой, высотой около 320 км и наклонением 65⁰.

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 расчётного, скорость корабля увеличилась и он перешел на более высокую орбиту, при этом произошло нормальное отделение СА.

28 июля 1960 г. был осуществлен первый запуск корабля (1К) с подопытными животными (собаки Чайка и Лисичка) на борту. Однако вследствие аварии РН (взрыв камеры сгорания двигателя блока Г на 28,5 с) вывод корабля на орбиту не состоялся.

19 августа 1960 г. запуск корабля был успешным и подопытные животные (собаки Белка и Стрелка) - впервые 20 августа возвратились с орбиты на Землю. Основной задачей этого запуска являлись дальнейшие исследования действия фактов космического полёта на биологические объекты с целью проверки систем обеспечения жизнедеятельности человека, а также средств безопасности его полёта и возвращения на Землю  1 декабря 1960 г. был запущен четвёртый корабль. Программа его орбитального полёта была выполнена, однако из-за отказа в системе управления работой ТДУ спуск произошёл в нерасчётном районе и СА был подорван. На его борту находились собаки Пчелка и Мушка.

22 декабря 1960 г. был проведён очередной запуск корабля, но при выведении его на орбиту произошла авария ракеты-носителя (разрушение газогенератора ДУ блока Е на 425 с полёта). СА корабля аварийно отделился и нормально приземлился, совершив суборбитальный полёт. На его борту были собаки Комета и Шутка, которые остались в СА из-за отказа катапульты и благодаря этому остались живы в суровых зимних условиях.

Э тим пуском была закончена экспериментальная отработка пилотируемого космического корабля "Восток" (ЗКА) в лётных условиях. К моменту окончания лётной отработки КК "Восток" (ЗКА) было произведено более 46 пусков ракеты-носителя Р-7 (I и 2 ступеней ракеты 8К71) и 16 запусков блока Е (III ступень) ракеты-носителя 8К72. Из 16 блоков Е шесть блоков не сработали из-за аварии РН и два блока - из-за аварий самого блока. Из семи кораблей "Восток" (1К и ЗКА) два корабля не вышли на орбиту из-за аварий РН на активном участке траектории и два корабля не полностью выполнили задачи полёта.

12 апреля 1961 г. в 9 час 06 мин 59,7 с был запущен космический корабль "Восток" (ЗКА), получивший название в печати "Восток", с лётчиком-космонавтом Ю.А.Гагариным. Космический корабль массой 4725 кг был выведен на орбиту с перигеем 181 км и апогеем 327 км. Полёт продолжался около 108 мин. Приземление космонавта произошло в 10 ч 55 мин на мягкую пашню у берега Волги вблизи деревни Смеловка Терновского района Саратовской области.

6 августа 1961 года был запущен корабль, получивший название "Восток-2", с лётчиком-космонавтом Г.С.Титовым. Полёт продолжался 25 ч. Орбитальный полёт и спуск прошли нормально.

На корабле "Восток-2" была установлена профессиональная репортажная кинокамера "Конвас", доработанная для бортовых съемок. С помощью этой камеры была выполнена 10-минутная съёмка Земли через иллюминаторы корабля. Объекты съёмки выбирал сам космонавт, стремясь получить материал, иллюстрирующий картины, наблюдаемые им во время полёта. Полученная высококачественная съёмка широко демонстрировалась на телевизионном и киноэкранах, была опубликована в центральных газетах и вызвала интерес научной общественности к изучению изображений Земли из космоса.

11 августа 1962 года был запущен корабль "Восток-3" с лётчиком-космонавтом А.Г.Николаевым, а 12 августа 1962 г. - корабль "Восток-4" с лётчиком-космонавтом с П.Р.Поповичем. Запуск двух ракетно-космических комплексов с одной стартовой площадки в течение 2 сут потребовал очень четкой, слаженной работы всех служб космодрома, и в первую очередь испытательной бригады. Орбитальный полёт и спуск кораблей "Восток-3" (94 ч полёта) и "Восток-4" (71 ч полёта) прошли нормально.

В ходе полёта космонавтами проводилась киносъёмка поверхности Земли, программа которой основывалась на анализе изображений, полученных при полёте корабля "Восток-2". Так, А.Г.Николаев вёл съёмку поверхности Земли, а П.Р.Попович снимал линию горизонта и зоны терминатора. Кроме того, на борту были установлены кинокамеры для регистрации действий космонавтов во время полёта.

14 июня 1963 г. стартовал корабль "Восток-5" с лётчиком-космонавтом В.Ф.Быковским на борту (полёт 120 ч), а 16 июня 1963 г. - корабль "Восток-6" с первой женщиной-космонавтом В.В.Терешковой (полёт 72 ч). Полёт и спуск кораблей прошли нормально.

В ывод на орбиту всех последующих кораблей (в связи с увеличением их масс) осуществлялся ракетой-носителем 11А57, которая в своем составе вместо блока Е (III ступень) имела блок И (III ступень ракеты-носителя 8К78), что позволило увеличить массу выводимого груза примерно на 1 т.

12 октября 1964 г. был запущен трёхместный пилотируемый корабль (ЗКВ), получивший название "Восход" с лётчиками-космонавтами В.М.Комаровым, К.П.Феоктистовым (ученый), Б.Б. Егоровым (врач). Полёт продолжался 24 ч. Программа полёта была выполнена.     При разработке конструкции корабля "Восход-2" были сделаны доработки, связанные с выходом космонавта в открытый космос

22 февраля 1965 г. был дан старт беспилотному кораблю ("Космос-57"), а 18 марта 1965 г. - кораблю "Восход-2" с лётчиками-космонавтами П.И.Беляевым и А.А.Леоновым. Во время полёта корабля "Восход-2" А.А.Леонов впервые в мире вышел в открытый космос.

22 февраля 1968 г. был запущен корабль "Восход" ЗКД N9 ("Космос-110") с собаками Ветерок и Уголек для проверки работы бортовых систем при длительном орбитальном полёте. Он летал на орбите 20 суток и полностью выполнил программу полёта. Этим полётом завершилась программа космического корабля "Восход" и всех его модификаций.