Так что в реальность решения в ближайшие годы стоящей перед нами задачи многие тогда не верили. Но мы знали: решение найдем. Ход мыслей достаточно примитивный, но в какой-то степени верный. При возращении аппарата с орбиты в атмосферу вокруг него возникает поток плазмы с температурой около 10 000 градусов. Величина теплового потока, действующего на поверхность тела, тем меньше, чем больше радиус затупления лобовой части тела. Это было известно давно из экспериментов по исследованию теплопередачи от дозвукового потока горячего газа к обтекаемому телу.
А перед тупым телом при сверхзвуковой скорости полета возникает скачок уплотнения, за которым газовый поток движется относительно тела уже с дозвуковой скоростью. Значит, надо использовать для корабля наиболее тупое тело.
Для тепловой защиты конструкции нужно было найти такой материал, чтобы в этих условиях не горел. Наши материаловеды предложили в числе разных вариантов использовать асботекстолит, армированный, как понятно из названия, негорючей асбестовой тканью. Он обладал тем свойством, что при нагреве, даже очень сильном, не горел, не плавился, а его наполнитель испарялся в набегающий поток плазмы, тем самым создавая дополнительное сопротивление передаче тепла от плазмы к конструкции. Его и решили использовать.
Но одновременно нужно было решить и другую принципиальную задачу — найти приемлемую, достаточно простую, и в то же время надежную, схему спуска с орбиты и посадки. Вариантов могло быть много. Например, использовать аппарат с крыльями. Рассматривался и вариант торможения и посадки с помощью винтов, подобных вертолетным.
Как выяснилось впоследствии, эта схема нравилась Королеву (а может быть, это была именно его идея?), и он через Тихонравова передал просьбу рассмотреть этот вариант. Но наши оценки показали, что эффективной работы винтов и при спуске с орбиты, и при посадке добиться трудно. Подготовили отчет, завизировали и отправили его Королеву на подпись, как это и полагалось в нашем КБ. Но С.П. отчет этот подписать отказался, хотя вроде бы и смирился с тем, что вертолетный вариант мы забраковали. Так и пришлось отправить отчет в архив без его подписи. Позднее я узнал, что Королев не смирился с нашим выводом и года через два нашел группу инженеров, которые заинтересованно, всерьез начали разрабатывать вариант аппарата для спуска с орбиты с использованием винта. Потом к этому проекту подключили инженеров из Академии имени А. Ф. Можайского. Такой шаг можно было объяснить тем, что сами разработчики поняли: дело дохлое и лучше, если оно будет умирать подальше от них. Эта разработка так и не завершилась. В принципе такой аппарат можно сделать. Но трудности при этом возникают громадные, да и непонятно, зачем его создавать, если можно найти более реальное решение.
Рассматривались и другие схемы спуска и посадки, более простые и прагматичные. И наконец, в начале апреля 1958 года, мы пришли к принципиальному выводу: спуск должен быть баллистическим (то есть без использования аэродинамической подъемной силы), с парашютной системой посадки. Анализ и расчеты показали, что такой способ может быть приемлемым и по массе, и по уровню сложности конструкции. Кроме того, перегрузки, возникающие при торможении в атмосфере, оказываются в пределах, допустимых для человека. Можно было надеяться на сравнительно малые сроки разработки аппарата.
Следующий шаг — выбор формы корабля, вернее, формы его спускаемого аппарата. Конечно, естественнее было бы спускать корабль целиком. Но в этом случае массы тепловой защиты и парашютной системы, которые зависят от размеров и массы возвращаемого в атмосферу аппарата, получались слишком большими. Нельзя было допустить, чтобы тепловая защита и парашюты «съели» все запасы массы корабля, выделяемые нами для конструкции, оборудования, средств жизнедеятельности, для топлива и т. п. Отсюда делался однозначный в условиях дефицита массы вывод: спускаемую часть корабля нужно свести к минимуму. Так возникло понятие «спускаемый аппарат». Что же можно было оставить вне его? Резонно решили, что в другой части корабля, которую потом назвали приборно-агрегатным отсеком, нужно разместить то, без чего мог жить космонавт и без чего можно обойтись во время спуска с орбиты, то есть тормозную двигательную установку с топливными баками, систему управления, телеметрию, командную радиолинию и т. д.
Приборный отсек мог иметь любую форму, лишь бы габариты не выходили за допустимые пределы. Но форму спускаемого аппарата еще предстояло найти и, естественно, по возможности оптимальную. Необходимые условия виделись такими: достаточный объем для размещения одного человека (конечно, лучше бы нескольких, но мы вынуждены были исходить из минимума), хорошая устойчивость при движении в атмосфере и как можно меньший вес тепловой защиты. Для расчетов траектории спуска и тепловых потоков нужно иметь аэродинамические характеристики рассматриваемой формы во всем диапазоне скоростей, который проходит аппарат при возвращении на Землю. Это сильно осложняло задачу. Рассматривались самые различные конфигурации: конусы, обратные конусы (то есть движущиеся основанием конуса вперед), зонт, цилиндры и т. п.
Однажды Шустин показал мне вариант формы аппарата в виде полусферы, двигающейся сферической частью вперед, предложенный нашими коллегами из НИИ ТП (потомка знаменитого ракетного НИИ, где в тридцатые годы работали отцы-основатели нашей техники) Евгением Кузминым и Александром Будником. В голове быстро промелькнуло: «Полусфера — неплохо. Для расчетов хорошо, но будет двигаться неустойчиво: за плоским дном возникнет вихревая зона течения воздуха… А почему бы не взять сферу?!» Вот это да! И была выбрана сфера. Теперь это решение может показаться тривиальным (собственно, так и есть), но тогда это здорово упростило задачу и помогло нам выиграть время. Дело не только в том, что сфера имеет минимальную поверхность при данном объеме, наибольший радиус притупления, а значит, и близкий к минимальному вес тепловой защиты при выбранном объеме. Любая другая форма спускаемого аппарата потребовала бы серьезных газодинамических экспериментальных и теоретических исследований. Сфера же была экспериментально и теоретически обследована, что называется, вдоль и поперек. Все было уже разжевано. Существовали практически все необходимые аэродинамические характеристики и данные для тепловых расчетов. Была опасность, что точность неуправляемого баллистического спуска окажется невысокой, но расчеты показали: рассеивание точек посадки можно получить порядка плюс — минус 100 километров, что мы сочли приемлемым.
