Проект тяжёлого межпланетного корабля
(ОКБ-1)
Одним из самых многообещающих, эффективных и не слишком дорогих в исполнении космических проектов, разрабатываемых в СССР, можно было бы назвать проект тяжелого межпланетного корабля (ТМК).
Прежде чем рассказывать о ТМК, необходимо вернуться к предыстории проекта, который с самого начала шел рука об руку с разработкой ракеты-носителя H1.
Основной задачей ракеты (о создании которой подробно рассказано в брошюре академика В. П. Мишина «Почему мы не попали на Луну?»[1]) должно было стать выведение на околоземную орбиту тяжелых спутников. В задания на проектирование РН было оговорено, что стартовая масса носителя не должна превышать 2200 т при массе полезного груза, выводимого на низкую околоземную орбиту, 75 т. Исходя из условий проекта, ракета H1 была оптимизирована именно на такие исходные характеристики. Под такую ракету разрабатывались наземные сооружения и вся инфраструктура. И хотя разрабатываемая ракета поражала своими размерами, особых вопросов, на которые при проектировании можно было дать строго отрицательный ответ, как и ярого скептицизма со стороны оппонентов проект поначалу не вызывал.
Ракету H1 с полной уверенностью можно назвать главным детищем и мечтой С. П. Королева. О ее создании Сергей Павлович задумывался очень давно, еще до начала космической эры. На представленном в июле 1962 г. эскизном проекте H1 рукой Сергея Павловича сделана пометка: «Мы об этом думали в 1956-57 годах». Он понимал, что со вводом в строй столь мощной РН перед советской космонавтикой откроются очень широкие горизонты. Одной из актуальных задач нового носителя могли стать запуски тяжелых автоматических станций и пилотируемых кораблей к планетам Солнечной системы.
В ОКБ-1, в проектном отделе, которым руководил М. К. Тихонравов, рассматривались различные варианты кораблей для полета к Марсу. Исследования велись сначала в свободное от основной работы время в инициативном порядке двумя группами проектантов под руководством Г. Ю. Максимова и К. П. Феоктистова.
Проект группы Г. Ю. Максимова был нацелен на быструю реализацию программы доступными средствами. Для этого предполагалось создать сравнительно простой по конструкции и небольшой по массе космический корабль с экипажем из трех человек. Проект предусматривал облет Марса с исследованием на пролетной траектории и без посадки на его поверхность или без выхода на околомарсианскую орбиту с последующим возвращением корабля в район Земли. Корректируя траекторию полета, можно было очень точно вывести корабль к Земле, где от него должен был отделиться спускаемый аппарат, входящий в атмосферу со скоростью, превышающей вторую космическую, и выполняющий управляемый спуск и парашютную посадку.
Конструктивно этот вариант ТМК представлял собой цилиндрическую кабину экипажа с приборно-агрегатным отсеком, ДУ для коррекции траектории и панелями солнечных батарей на внешней стороне корабля. Не имея соответствующих исходных данных о надежности огромной ракеты-носителя H1, проектанты предусматривали выведение межпланетного корабля на околоземную орбиту в двух вариантах: с космонавтами на борту или с последующей «подсадкой» экипажа на ТМК. В последнем случае беспилотный межпланетный корабль с разгонным блоком выводился на орбиту с помощью H1, а экипаж доставлялся к нему в одном из кораблей, разрабатываемых в тот период в ОКБ-1. После пересадки космонавтов производился старт ТМК с разгонным блоком с орбиты в направлении к Марсу.
Проект группы К. П. Феоктистова базировался на более сложной многопусковой схеме со сборкой ТМК на околоземной орбите и последующим его разгоном к Марсу. В качестве ДУ комплекса предполагалось применить высокоэкономичные электрореактивные двигатели (ЭРД), получающие энергию от ядерной энергетической установки (ЯЭУ). Из-за малой тяги ЭРД разгон корабля по раскручивающейся спирали должен был продолжаться несколько месяцев. В общем виде этот ТМК напоминал цветок ромашки, в центре которого находилась ЯЭУ, а лепестками служили радиаторы-излучатели. В дальнем конце стебля «цветка» помещалась кабина экипажа. Большое внимание авторы проекта уделяли технической стороне проекта, главным образом разработке ЯЭУ и ЭРД.
Говоря о проекте ТМК, нельзя забывать, что закладывался он в самом начале 1960-х годов. У проекта не было и не могло быть аналогов. В связи с этим перед проектантами во множестве встали сложнейшие проблемы, разрешение которых даже на современном уровне науки и техники требует серьезных усилий. Однако величайший энтузиазм, ничем не скованная фантазия и вера в свои силы, а также в возможности отечественной науки и техники помогали преодолевать трудности, стоящие на пути разработчиков.
Исходя из известной траектории полета корабля с возвращением в район Земли, продолжительность полета по которой превышает год, большое внимание авторов первого проекта было приковано к системе жизнеобеспечения (СЖО) экипажа корабля. Имеющиеся СЖО, основанные на использовании запасов кислорода, воды и продуктов питания без их возобновления, не позволяли реализовать программу полета из-за своей огромной массы. С этой точки зрения можно было использовать СЖО с так называемым замкнутым циклом. Понимая сложность реализации замкнутого цикла жизнеобеспечения с помощью физико-химических процессов, проектанты уповали прежде всего на биологическне системы, упрощенно повторяющие замкнутую экологическую систему Земли, Естественно, полный кругооборот веществ в небольшом объеме КК организовать трудно, но «замкнуть» систему по таким жизненно важным составляющим, как вода и кислород, представлялось возможным.
Воду для питья предполагалось получать главным образом путем выпотевания из выдыхаемой космонавтами в атмосферу кабины влаги с последующей очисткой ее ионообменными смолами. Часть питьевой воды и вода для технических нужд могла быть восстановлена из жидких отходов жизнедеятельности с помощью различных физико-химических и биологических процессов.
Для регенерации кислорода из выделяемого космонавтами углекислого газа должны были применяться контейнеры с водорослями типа хлореллы. Кроме того, эти водоросли могли частично перерабатывать и другие отходы жизнедеятельности экипажа.
Запасы пищи предполагалось хранить в сублимированном виде и очень тщательно отбирать перед полетом с точки зрения пищевой ценности и удельной массы, Для пополнения рациона питания на корабле должны были использоваться овощи, вызревающие в бортовой гидропонной оранжерее, что позволяло экономить от 20 до 50 % массы запасов продуктов. Так как оранжерея составляла неотъемлемую часть ТМК, серьезной проблемой являлся подвод солнечных лучей к растениям. Задача была блестяще решена применением наружных солнечных концентраторов с большими габаритами.
Для отработки элементов и блоков замкнутой СЖО на Земле, а также выяснения психологических вопросов длительного пребывания экипажа в замкнутом объеме корабля при уменьшенном объеме информации, получаемой извне, был построен аналог жилого отсека ТМК — наземный экспериментальный комплекс, в котором испытатели Г. Мановцев, В. Улыбышев и А. Божко провели год[2].
Еще одной проблемой в длительном космическом полете была защита экипажа от солнечных вспышек и галактического фонового излучения. Расчеты и эксперименты со спутниками позволяли вычислить общую кумулятивную дозу облучения за год, которая была признана врачами допустимой. От излучения в период солнечных вспышек предполагалось спасаться в радиационном убежище, которое было устроено в виде канала в приборно-агрегатном отсеке. В убежище, окруженные со всех сторон приборами, космонавты могли переждать солнечную вспышку, ведя при этом управление кораблем с упрощенного пульта.
Предполагалось максимально облегчить труд космонавтов по управлению кораблем, передав его автоматическим устройствам с выводом на пульт управления информации о работе систем корабля, представляемой в виде трех значений: «Норма», «Отклонение от нормы» и «Отказ». Космонавты могли производить в полете ремонт радиоэлектронной аппаратуры корабля, которая была устроена в виде легкодоступных консолей и разъемных плат.
Одним из вопросов, который до конца оставался неясным участникам проекта, было практически полное отсутствие знаний о воздействии длительной невесомости на организм человека в космическом полете. Сначала было предложено организовать на корабле искусственную тяжесть путем вращения отдельных частей ТМК вокруг оси, однако сравнительно небольшие размеры центрифуги приводили к возникновению кориолисовых ускорений, искажающих восприятие человеком тяжести и вредно воздействующих на организм.
Работы групп энтузиастов весьма интересовали С. П. Королева. По его инициативе был организован специальный проектный отдел по ТМК.
