Возвращение — всегда самая опасная часть экспедиции. Так всегда при переходе из чужой среды в свою, родную. Так — для подводников, так — для альпинистов, так — для разведчиков, так — и для космонавтов. От точного выполнения операций на спуске зависят не только жизни членов экипажа, но и сохранение и доставка на Землю результатов научных исследований и уникальных экспериментов.
За несколько дней космонавты берут в руки корабельную бортинструкцию по спуску и начинают «проигрывать» свои действия, восстанавливая в памяти навыки, полученные в ходе тренировок. Если требуется, к экипажу на связь выходит инструктор по кораблю и дает необходимые консультации.
Укладка возвращаемого груза в спускаемом аппарате — сложная задача, на которую всегда уходит времени больше запланированного, поэтому желательно начать ее пораньше. Обычно из ЦУПа приходит указание, что и куда укладывать. Но жизнь сложнее инструкций, и далеко не всегда удается строго следовать радиограмме с Земли. И тут все зависит от искусства космонавта. Реальная укладка грузов (перечень, маркировка, место размещения) отражается в описи полезных грузов и описи укладок личных вещей членов экипажа. После приземления командир передает встречающим специалистам описи, а также самые срочные грузы, например, живых перепелок, не знавших в своей короткой жизни ничего, кроме невесомости. Их сразу же забирают для продолжения эксперимента. А был случай, когда их забыли в спускаемом аппарате в заснеженной казахстанской степи и они замерзли.
Заканчивается укладка, как ни старайся, в день спуска. По расписанию обязательно будет предусмотрено время для отдыха, но в реальности значительная его часть уйдет на укладку грузов. И тем не менее надо постараться выделить хотя бы час времени, чтобы поспать.
Наступает момент прощания. Улетающий экипаж желает своим сменщикам удачи в полете, а те, в свою очередь, им — мягкой посадки. Пожали друг другу руки, обнялись. Космонавты переходят в космический корабль и закрывают люк В бытовом отсеке они надевают свои спасательные скафандры и по очереди занимают места в спускаемом аппарате: сначала бортинженер-1 — в левое кресло, затем бортинженер-2 или космонавт-исследователь — в правое, и только потом командир садится в свое центральное кресло. Космонавты затягивают ремни и стараются сделать это максимально туго. Сейчас их задача — проверить системы, доложить в ЦУП и приготовиться к расстыковке. Одновременно они поддерживают связь с экипажем станции.
Расстыковку космического корабля и станции осуществляют за полтора витка до расчетного момента включения двигателя. Пружинные толкатели придают кораблю небольшую скорость (0,15 м/сек). После того как корабль отойдет от станции на несколько десятков метров, коротко включаются двигатели, увеличивая скорость разлета корабля и станции до 0,5 м/сек Через полтора витка корабль оказывается выше и позади станции, опасности столкнуться уже нет. Теперь — на спуск!
Спуск — это маневр или последовательность маневров космического корабля, в результате которых спускаемый аппарат должен достигнуть заданного района на поверхности Земли.
Как происходит спуск?
Переход космического корабля с околоземной орбиты на траекторию снижения осуществляется в несколько этапов. Сперва выбирается посадочный виток, проходящий через район посадки.
При штатном спуске посадка осуществляется в заранее выбранный район на любом из трех первых (иногда четырех) суточных витков посадки. Основным посадочным витком выбирают, как правило, первый суточный виток Для безопасного приземления космонавтов район посадки не должен включать в себя крупные населенные пункты, горные массивы, большие водоемы.
Сначала выполняется орбитальный маневр для того, чтобы перевести корабль с исходной орбиты на орбиту, пересекающую условную границу атмосферы. Этот маневр называется сход с орбиты. Для космического корабля спуск начинается с момента выдачи тормозного импульса. Торможение на орбите и должно обеспечивать переход космического корабля на траекторию спуска до границ плотной атмосферы.
Время включения двигателя и длительность его работы для необходимого торможения вычисляется заранее. Чтобы осуществить сход с орбиты, корабль нужным образом ориентируют на орбите по отношению к Земле и стабилизируют его положение (чтобы не вращался). И наконец, включается двигатель, и корабль начинает двигаться по новой траектории к плотным слоям атмосферы.
Это очень ответственный участок спуска. Если слишком круто войти в атмосферу, то можно сгореть. Если слишком полого — можно отскочить от атмосферы, как теннисный мячик отскакивает от корта, и улететь обратно в космос. При крутом спуске и перегрузки больше. Крутизна траектории спуска — не в смысле лихости, а в точном геометрическом смысле слова — определяется прежде всего начальным углом входа в атмосферу. Важна и скорость входа. Допустимые условия входа в атмосферу называются коридором входа.
Через четверть витка после отработки тормозного импульса (примерно 22 минуты) происходит разделение космического корабля на спускаемый аппарат, бытовой отсек и приборно-агрегатный отсек. После разделения приборно-агрегатный отсек двигается вверх и оказывается позади спускаемого аппарата. Бытовой отсек двигается вниз, но из-за того, что масса его невелика, он сильнее тормозится атмосферой и отстает от спускаемого аппарата. Разделение происходит на высоте примерно 130–140 километров. После разделения начинается внеатмосферный участок спуска, длится он не более 17 минут до высоты 80 километров.
Продольная перегрузка в этот момент совсем небольшая — приблизительно 0,2 единицы, но она фиксируется приборами, и экипаж видит мигание транспаранта «Перегрузка». Значит, скоро атмосфера. Экипаж может контролировать по иллюминаторам медленное вращение спускаемого аппарата. Приблизительно за минуту до входа в атмосферу вращательное движение аппарата переходит в колебательное вследствие «захвата» спускаемого аппарата верхними слоями атмосферы.
Атмосферный участок спуска начинается с момента фактического входа спускаемого аппарата в атмосферу. Как только это произойдет, начинается маневр, позволяющий затормозиться об нее. Система управления спуском разворачивает спускаемый аппарат на нужный угол крена, стабилизирует его, вычисляет и поддерживает необходимые параметры. Теперь необходимо обеспечить снижение скорости трехтонного спускаемого аппарата с 200–280 метров в секунду до заданной 6–7 метров в секунду. Спускаемый аппарат в это время летит по траектории, снижающейся под углом 60–66°. При этом возникают тяжелые температурные и перегрузочные режимы. И перегрузка, и нагрев могут оказаться опасными как для космонавтов, так и для корабля. Поэтому торможение не должно быть слишком резким — допустимым как для экипажа, так и для приборов управления, да и вся конструкция должна выдержать. По мере погружения в атмосферу поверхность спускаемого аппарата все больше и больше нагревается. Да не просто нагревается — раскаляется, он летит в плазме, в пламени, он горит, но сгореть не должен.
Схема спуска ТК «Союз ТМ-22»
Насколько можно будет управлять траекторией спуска, зависит от так называемого «аэродинамического качества» — отношения величины подъемной силы к величине лобового сопротивления. Например, у самолетов и планеров благодаря форме корпуса и крыльям аэродинамическое качество весьма высокое, поэтому мы без опаски садимся в рейсовые авиалайнеры. А вот спускаемые аппараты кораблей типа «Союз» имеют сегментально-коническую форму и обладают аэродинамическим качеством около 0,3. Примерно, как у утюга. Вы, наверное, по размышлении, сможете представить себе планирующие качества утюга, и сесть в большой утюг не каждый захочет.
При нарастании перегрузок требуется подтянуть ремни, ведь сейчас перегрузка вдавливает тело космонавта в ложемент, и он как раз занимает нужное для посадки положение. Бортинженерам сделать это труднее, ибо их руки у борта корабля стеснены в движениях. На перегрузке не надо вертеть головой, иначе происходит «растекание» тканей лица, весьма дискомфортное ощущение. Удар о землю лучше воспринимать спиной, но не тазом. Поэтому правильное положение тела в ложементе жизненно важно.
Когда спускаемый аппарат долетит до высоты 12–13 километров, его скорость снизится примерно до 200–280 метров в секунду. Здесь автоматика начинает готовить ввод парашютной системы. После того как из-за деформации парашютного контейнера на самом первом «Союзе» погиб космонавт Владимир Михайлович Комаров, конструкторы сделали так чтобы давление в парашютном контейнере равнялось атмосферному — это исключает искривление его стенок.
