Как происходила разработка системы возвращения с орбиты и катапультирования космонавта

Катапультное кресло первого космонавта, разработанное и созданное на заводе «Звезда». Фото из архива автора

Прежде чем отправить человека в космос, надо было обеспечить его надежное возвращение. Спасать космонавта при аварии ракеты на старте и мягко приземлять после полета планировалось с помощью парашютов. Наиболее богатый опыт в этом деле имел Летно-исследовательский институт имени М.М. Громова (ЛИИ). Неудивительно, что Сергей Павлович Королев привлек его коллектив к созданию первого пилотируемого космического корабля «Восток». Восстановить некоторые подробности создания этих разработок автору помог Виктор Николаевич Свергун – активный участник тех событий.

По баллистической траектории

В 1959 году в ЛИИ даже не предполагали, что работы по созданию пилотируемого космического корабля развернутся столь быстро. Однако визит в лабораторию № 24 Константина Петровича Феоктистова означал, что это время пришло. Он привез предложение об участии в разработке пилотируемого корабля.

Обсуждение этого предложения состоялось в кабинете начальника лаборатории Гая Ильича Северина. В то время в ОКБ С.П. Королева считали, что сначала надо отправить человека в космос на аппарате, летящем по баллистической (суборбитальной) траектории. Феоктистов был разработчиком проекта. Северину предлагалось заняться проблемой приземления и аварийного спасения космонавта.

Сразу возникла идея специальной капсулы, которая обеспечила бы защиту космонавта от высокой температуры, а также стабилизированное снижение до момента ввода парашюта. В результате аэродинамических расчетов и компоновочных прикидок пришли к выводу, что кресло-контейнер должно иметь слегка конический корпус со сферической передней частью и открытой задней, по периметру которой устанавливаются раскрывающиеся щитки – стабилизирующая «юбка».

Требовалось в короткий срок спроектировать и изготовить действующие макеты кресла-контейнера. К работам были привлечены Научно-исследовательский институт парашютно-десантных средств и завод «Искра». Первому заказали стабилизирующий парашют кресла-контейнера, основной и запасной парашюты космонавта, второму – все пиротехнические устройства, в частности стреляющий механизм катапультирования и пушку ввода стабилизирующего парашюта.

Лаборатория Северина стала, по существу, небольшим опытно-конструкторским бюро, которое занималось идеологией и координацией разработок и испытаний. В этой работе участвовали многие, но прежде всего надо вспомнить Э. Неймарка, Б. Юрова, Я. Радина, В. Хлиманова.

Наряду с изготовлением действующих макетов начали оборудовать самолет Ил-28 для их катапультирования. В середине его фюзеляжа создавалась специальная кабина, куда устанавливался макет.

И вот готов первый действующий экземпляр. Катапультирование осуществлялось с высоты 10 км. В бинокль было видно, как отделилась от самолета темная точка, увеличивавшаяся в размерах. «Юбка» хорошо стабилизирует полет. Пора бы появиться белому облачку парашюта, но оно не появилось до самой земли. Первый блин комом. Макет разбит.

Как потом выяснилось, всему виной кусочек стружки, попавший под ударник пушки ввода стабилизирующего парашюта.

Сразу – на орбиту

Стали готовить второй макет, но последовала серьезная вводная генерального заказчика. Решено было отменить суборбитальный полет и сразу отправить человека в орбитальный полет вокруг Земли. Требовалось опередить американцев.

Для разработчиков это решение означало, что необходимость в кресле-контейнере отпадает. Капсулой становилась кабина корабля, которую назвали спускаемым аппаратом (СА). Для него была выбрана форма шара как наиболее изученная аэродинамически. Это позволило выиграть время.

Однако при орбитальном полете по сравнению с суборбитальным увеличивалась степень нагрева СА. Возникли опасения, что выходной люк может быть «заварен» и, если помощь поисковой группы запоздает, находящийся внутри космонавт после приземления погибнет от высокой температуры при прогреве конструкции от раскаленной теплозащиты.

Времени на изучение и моделирование такого процесса не было. Решили катапультировать космонавта в кресле из спускаемого аппарата перед приземлением на сравнительно небольшой высоте, обеспечив открытие люка мощным механизмом «отстрела». Необходимость в катапультном кресле осталась, а им в то время занимался завод «Звезда», и ОКБ С.П. Королева обратилось к специалистам этого предприятия.

Казалось, ЛИИ остается не у дел. Однако после детального анализа новых требований к креслу космонавта инженеры института пришли к выводу, что можно их полностью удовлетворить, модифицировав существующее кресло-контейнер. Парашютные системы и пиромеханизмы оставались теми же. В итоге С.П. Королев предложил ЛИИ и лаборатории № 24 участвовать в разработке кресла на конкурсной основе с заводом «Звезда».

Третий манекен

Достоинства проекта Гая Северина были очевидны, и его приняли, даже не ожидая завершения эскизного проекта завода. Второй действующий макет модифицировали на ходу и изготовили по новому проекту. Сняли переднюю крышку и стабилизирующую «юбку». От нее остались лишь три щитка в задней и верхней частях.

Сброс решили делать прямо над полем аэродрома на небольшой высоте, чтобы наблюдать за работой пиротехнических и парашютных систем. Испытания начались.

Макет выбрасывается из центральной кабины Ил-28 и сразу же раскрывается купол стабилизирующего парашюта. Но вместе с ним тянется «колбаса» другого парашюта, купол которого вяло наполняется. В это время стабилизирующий парашют отцепился и тянет парашют манекена. Становится понятно, что «неправильный» – это купол парашюта спасения макета. Он должен был бы раскрыться лишь после отделения манекена. Полотнища, еще не наполнившись, перепутались, и макет кресла разбился о землю. Причина – слабый притяг манекена к спинке. Манекен отошел от нее, расчековал ранец парашюта, а поток воздуха выдул его из-под манекена. Оставался еще третий макет, последний.

Эта неудача обернулась во благо. Во-первых, модернизировали систему притяга космонавта к креслу. Во-вторых, тщательно проанализировали движение кресла до ввода стабилизирующего парашюта и усовершенствовали его форму. Оказалось, что на сферическое днище действует сила, ухудшающая его траекторию. Подправили верхние стабилизирующие щитки.

В июле – сентябре 1960 года провели восемь катапультирований. Тщательно исследовали движение манекена лицом и спиной к потоку. Определили положение центра масс, проверили и отладили работу стреляющего механизма и парашютных систем, уточнили временную программу работы систем кресла. Сберегли много времени для отработки серийных кресел, рабочим проектированием которых в это время занимался завод «Звезда».

Одновременно с подготовкой пилотируемого полета готовились запустить на первом корабле-спутнике собак. Кресло космонавта оказалось пригодным и для «собачьего» полета, поскольку в нем удачно разместился контейнер с собаками. Приближались летные испытания серийных кресел. В порядке подготовки к ним кроме Ил-28 готовили Ту-16.

Спасти при любой аварии

В это время последовала вторая серьезная вводная от ОКБ С.П. Королева – по системе аварийного спасения космонавта. До этого при аварии на старте планировалось кресло с космонавтом катапультировать из СА. Космонавт при этом должен был отделяться от кресла с принудительно раскрываемым запасным парашютом, расположенным в ранце, и приземляться в 20–30 м от ракеты. Согласно новым требованиям, космонавта приходилось удалять от ракеты на 120 м. Время поджимало. Нужно было искать решение. И «мини-ОКБ-24» его нашло.

Предлагалось использовать ракетные ускорители, но устанавливать их на кресле с небольшим эксцентриситетом относительно его центра масс. При этом кресло свободно катапультировалось из СА и разворачивалось за счет эксцентриситета подголовником назад по полету.

В этом положении вводился стабилизирующий, а затем основной, а не запасный парашют. Космонавт отделялся от кресла и приземлялся на заданном расстоянии 120 м, пролетев на высоте 80–90 м. Эта схема и была реализована на серийных образцах.

Так окончательно сформировался облик катапультного кресла космонавта корабля «Восток-ЗА», обеспечивающего его аварийное спасение и штатное приземление после завершения космического полета. С момента старта до высоты 4 км в случае аварии космонавт катапультировался из СА, не отделенного от ракеты, лицом к потоку. При этом работали пороховые ускорители, через 0,4 с вводился стабилизирующий парашют, а через 2 с – основной, и космонавт отделялся от кресла, имея запасный парашют, который мог раскрыть по своему усмотрению.

При нормальном возвращении с орбиты космонавт катапультировался из свободно летящего СА спиной к потоку на высоте 7 км. Пороховые ускорители не работали. Через 0,4 с вводился стабилизирующий парашют. Спуск на стабилизирующем парашюте продолжался до высоты 4 км, где он отделялся и вводился основной парашют. При аварии выше 4 км на участке выведения СА отделялся от ракеты, и парашютная система космонавта работала как и при штатном спуске.

В случае отказа ввода стабилизирующего парашюта или отказа его отцепки космонавт отделялся от основного парашюта и принудительно выталкивался из кресла. При этом раскрывался запасной парашют. На спускаемом аппарате после катапультирования кресла вводился тормозной парашют площадью 18 кв. м, а на высоте 4 км – основной парашют, который обеспечивал приземление СА со скоростью 9 м/с.

Таким образом, система спасения и приземления была рассчитана буквально «на все случаи жизни».

Кресла, изготовленные заводом «Звезда», начали поступать на испытания в октябре 1960 года. Дело облегчалось тем, что системы кресла уже проверили на действующих макетах. Поэтому для отработки серийных изделий с манекенами на самолетах потребовалось всего 10 катапультирований. Существенных замечаний не было.

Вскоре начались испытания с парашютистами-испытателями Головиным и Долговым. Они также закончились благополучно. Затем – полет «Востока» с манекеном. Все было готово к запуску первого человека в космос. Основная работа лаборатории № 24 ЛИИ по теме «Восток» завершилась.