Марсианский проект С. П. Королёва

Глава 3 Проект Королева — экспедиция человека на Марс

Облик марсианского пилотируемого ракетно-космического комплекса (МПРКК) окончательно сформировался к 1964 году — лишь на четвертый год проектирования. Он состоял из двух основных частей: марсианского пилотируемого космического комплекса (МПКК) — для полета экипажа к красной планете, высадки на ее поверхность и возвращения на Землю (иногда тяжелый межпланетный комплекс называли ТМК) — и межпланетного ракетного комплекса (МРК), где в качестве основного элемента использовалась трехступенчатая ракета-носитель Н1, а также имелись технический, стартовый комплексы и другие наземные сооружения. МРК должен был обеспечивать подготовку, старт и выведение на околоземную монтажную орбиту семидесятипятитонных блоков, из которых предполагалось собрать марсианский комплекс.

Компоновка МПКК к тому времени уже приобрела определенный вид (рис. 3.1.1). Для его сборки на орбите был предусмотрен монтажный отсек сферической формы с шестью или восемью стыковочными узлами. К нему с одной стороны стыковались марсианский орбитальный комплекс (МОК) и марсианский посадочный комплекс (МПК), с другой — разгонный ракетный комплекс в виде центрального и 4–6 боковых модулей, который обеспечивал старт МПКК с монтажной орбиты и выведение его на траекторию полета к Марсу.

В состав МОК входили тяжелый межпланетный корабль (ТМК) и разгонный ракетный блок (РРБ) для разгона ТМК с орбиты спутника Марса на траекторию полета к Земле, а посадочный комплекс состоял из тормозных и посадочных устройств, посадочной ракеты и марсианского корабля с двухступенчатой взлетной ракетой и капсулой возвращения.

Сборка на орбите комплекса массой в 400–500 тонн должна была обеспечиваться запусками 4–6 ракет-носителей Н1 и могла продолжаться в течение года. Все его составные части должны были проходить полный цикл проверок и испытаний, аналогичных заводским, выполняемых специальными бригадами космонавтов из числа опытных специалистов ОКБ-1, головного завода и космодрома. Бригады планировалось доставлять на орбиту на корабле типа «Союз» и размещать в специальном жилом блоке. После завершения предстартовой подготовки сборочные бригады возвращались на Землю.

Экипаж прибывал на ТМК заранее и лично проводил подготовку и запуск замкнутого биолого-технического комплекса, а также проверку всех систем корабля, а экипаж перед стартом занимал место в спускаемом аппарате, откуда мог управлять всеми динамическими операциями.

Экспедиция должна была проходить по следующей схеме (рис. 3.1.2). Марсианский комплекс, после выведения с околоземной орбиты на траекторию полета к Марсу и отделения отработавшего разгонного блока, осуществлял автономный полет, постоянно поддерживая ориентацию на Солнце и связь с Землей. Блок, в котором размещался экипаж при полете к Марсу и обратно, представлял собой единую конструкцию и понимался как собственно ТМК. В его состав входили орбитальный модуль, корректирующая двигательная установка и возвращаемый на Землю спускаемый аппарат (СА) весом 2,1 тонны, т. е. около 0,5 % от начального веса комплекса на орбите искусственного спутника Земли. Для всех расчетов было принято, что экипаж экспедиции состоит из трех человек, двое из которых высаживаются на поверхность Марса.

При возникновении аварийной ситуации на любом этапе разгона с ОИСЗ к Марсу экипаж, находясь в спускаемом аппарате, имел возможность отделиться от комплекса вместе с корректирующей двигательной установкой и разгонным блоком и вернуться на Землю.

Переход с траектории полета к Марсу на орбиту его спутника в этом варианте проекта выполнялся за счет аэродинамического торможения комплекса в марсианской атмосфере, которое происходило при многократном погружении в нее на определенную высоту и время. На орбите, после необходимых проверок и подготовки, два члена экипажа перемещались в капсулу возвращения марсианского корабля. Посадочный комплекс отделялся от орбитального, осуществлял сход с орбиты, спуск в атмосфере, торможение и посадку.

Проведя необходимые работы на поверхности планеты, экипаж стартовал, выводился на исходную орбиту, капсула возвращения стыковалась с орбитальным комплексом, и космонавты возвращались на ТМК. При старте к Земле они занимали места в спускаемом аппарате, который при подлете к ней отделялся от ТМК и, осуществляя управляемый спуск в атмосфере, приземлялся.

Описанный облик и компоновка межпланетного комплекса были приняты за основу к середине 1962 года. В дальнейшем эти работы продолжались до середины 1964 года.

Данный марсианский комплекс представляет собой второе направление в проекте С. П. Королева. Его главными отличиями, как отмечалось выше, были разгон комплекса с околоземной орбиты к Марсу и возвращение на Землю с использованием жидкостных ракетных блоков, а торможение для перехода на орбиту спутника Марса — без использования тормозного ракетного блока, за счет многократных погружений в марсианскую атмосферу. Эта схема стала формироваться летом 1962 года.

Предварительный вариант, представленный Королеву, выглядел иначе. Для его разгона к Марсу с околоземной орбиты и последующих маневров планировалось использовать электрореактивную двигательную установку с ядерным реактором (ЯЭРДУ). В ней в результате ядерной реакции горючее (окислитель при этом не требуется) превращается в высокотемпературный газ, истечение которого из сопла с очень высокой скоростью создает тягу. ЭРДУ создает значительно меньшую по сравнению с ЖРД тягу, но за счет длительного включения, постепенно наращивая скорость и раскручивая комплекс в течение нескольких месяцев на околоземных орбитах, может обеспечить его разгон к Марсу. Таким же образом предполагалось выполнять операции при переходе на орбиту спутника Марса и при старте с нее.

Привлекательность ЭРДУ заключалась в том, что она обладает более высокими энергетическими характеристиками, чем ЖРД. Так, по удельному импульсу (параметр, определяющий количество топлива, необходимого для разгона объекта до определенной скорости) ЭРДУ превосходит ЖРД в 200–300 раз и потому не требует гигантских запасов топлива.

Королев на начальных этапах работы не сдерживал инженерной фантазии и творческих поисков, в результате чего у наших разработчиков, не обремененных нудными весовыми расчетами, на поверхности красной планеты появлялись эскадры стотонных сооружений с шестиметровыми колесами. Они разъезжали по планете на тысячи километров и перевозили ракеты возвращения. Ответ на вопрос, как они попадают на Марс, был прост — с помощью ЭРДУ. Возможность не придерживаться жестких весовых ограничений и в дальнейшем соблазняла многих специалистов, поэтому вариант с ЭРДУ служил мифической палочкой-выручалочкой всех марсианских проектов прошлого века.

Однако инъекции фантастики принесли свои плоды. Они побудили энтузиазм и понимание, что прежде чем говорить о многотонных марсианских внедорожниках, нужно спроектировать средства доставки к Марсу их экипажей.

В девятом проектном отделе ОКБ-1, которым руководил Михаил Клавдиевич Тихонравов, решение этой задачи с июля 1960 года было поручено сектору Г. Ю. Максимова, группе В. К. Алгунова, куда я пришел из КБ С. А. Лавочкина. Основной костяк группы — молодые специалисты: Николай Протасов, Виолетта Губанова, Лидия Крупенская, Лев Петров, Рева Кангильдиев, Владимир Ходаков, Вячеслав Никитин. Позднее присоединились Бирюкова, Кирсанов, Буданов, Роксанов, Стаськова. Более опытный Н. Протасов занимался проблемами жизнеобеспечения, остальные — текущими вопросами по мере их появления. Привлекались сотрудники и из других групп нашего сектора: Лидия Солдатова, Александр Луговой, Олег Тихонов, Владислав Борзенко, Иван Трофимкин, а также специалисты из других подразделений: баллистики Валерий Кубасов и Георгий Гречко (будущие космонавты), аэродинамик Виктор Миненко, материаловед Владимир Никитский, а по системам жизнеобеспечения Евгений Церерин, Юрий Жук и Петр Васильевич Флеров — друг Королева со времен их общего увлечения планеризмом.

Начальник группы Вячеслав Алгунов был отцом троих маленьких детей. Его жена Галина Алгунова также работала в нашей группе. Будучи скульптором по образованию, она проектировала интерьеры жилых отсеков, а также изготавливала все памятные медали и вымпелы, доставлявшиеся на Луну, Марс и Венеру первыми автоматическими космическими аппаратами. Жили они без родителей, поэтому при всей своей добросовестности и желании, Алгунову трудно было справляться с обязанностями руководителя, и мое появление в группе он воспринял с удовлетворением. В силу сложившихся обстоятельств, я оказался основным исполнителем по проекту: разрабатывал компоновку, состав и весовую сводку по кораблю и экспедиции. Прежде чем появиться на кульмане или в отчете, черновые технические проработки появлялись в моей совершенно секретной рабочей тетради. В ходе их анализа выявлялся перечень новых работ, которые фиксировались в другой, несекретной рабочей тетради с предложениями по срокам. Алгунов определял исполнителей, согласовывал с ними сроки, записывал эти работы в ежемесячные планы отдела и контролировал их выполнение. Такая организация была эффективной в течение всех четырех лет.

Отличались продуктивностью и совещания у Глеба Юрьевича Максимова. К сожалению, они проходили не часто — в тот период в группах Льва Дульнева и Николая Береснева нашего сектора были сосредоточены все основные проектные работы по нашим первым автоматическим аппаратам. Королев придавал им большое значение — они позволяли «прощупать» проблемы реального межпланетного полета. При полетах автоматов к Марсу, Венере и Луне практически отрабатывались элементы будущей межпланетной экспедиции. Неудачные запуски давали бесценный опыт, а удачные — еще и большой политический эффект.

Из-за постоянной занятости Максимова автоматами мне приходилось часто обсуждать многие вопросы с М. К. Тихонравовым, который регулярно встречался с Королевым и обсуждал с ним детали проекта. Иногда после таких бесед Михаил Клавдиевич приглашал меня и, прохаживаясь вокруг большого круглого стола, начинал увлеченно фантазировать, видимо, под впечатлением от недавней встречи. Чувствовалось, что и для Сергея Павловича обсуждение наших проработок по марсианскому проекту было своеобразной отдушиной в череде бесконечных повседневных проблем по ракете Н1, по «Востокам» и автоматам.

Постоянное взаимодействие с Тихонравовым служило большим стимулом в нашей работе. Было ясно, что главный конструктор, несмотря на свою занятость, внимательно следит за ней, и мы не варимся в собственном соку, а движемся в нужном направлении под его неусыпным контролем и руководством. Меня эти беседы с Михаилом Клавдиевичем очень вдохновляли. Занимаясь проектом практически круглые сутки и уходя домой в 10–11 часов вечера (полтора часа дороги в один конец из Подлипок до дома в Москве), я просыпался утром и хватал карандаш, чтобы успеть записать свежую мысль, пока она не исчезла безвозвратно.

Дело даже не в том, что я осознавал значимость выполняемой мной работы. В то время я об этом даже не думал. Это сейчас осознавая грандиозность замыслов Королева на фоне всего последующего в нашей космонавтике, я иногда пытаюсь осмыслить интересное стечение обстоятельств. В 1933 году двадцатишестилетний Сергей Королев — руководитель ГИРДа, расположенного у Красных ворот, запуская вместе с Михаилом Тихонравовым первые советские жидкостные ракеты, мечтал о межпланетном полете. В этом же году в пятистах метрах от ГИРДа, на Покровке, родился мальчик. Через три десятка лет он оказался за кульманом, на котором мечта Королева и Тихонравова обретала реальные черты межпланетного корабля. Удивительно и то, что обе тетради — совершенно секретную, содержащую черновые расчеты по всем принципиальным техническим вопросам проекта, и несекретную, с ежемесячными планами всех исполнителей за весь период работы, мне удалось сохранить. Они являются единственным неопровержимым документальным доказательством того, что именно экспедиция на Марс, а не «лунная гонка» была главной целью всего творчества Королева. Далее мы проследим за ходом реализации марсианского проекта, листая эти тетради…

Разработку марсианского проекта в варианте с применением ЯЭРДУ на раннем этапе проектирования Королев поручил Борису Андреевичу Адамовичу. Не являясь сторонником подобной схемы, Адамович все же выполнил задание и подготовил первый вариант марсианской экспедиции с ЯЭРДУ, хотя заниматься его совершенствованием ему уже не пришлось. Королев предпочел и утвердил летом 1962 года вариант с ЖРД. В 1963 году по инициативе Королева для решения проблем по данному проекту был образован Институт медико-биологических проблем, куда и был направлен Борис Андреевич в качестве заместителя директора и главного конструктора комплекса систем жизнеобеспечения для марсианского корабля. Дальнейшая разработка собственно электрореактивного двигателя была поручена Королевым его заместителю — Михаилу Васильевичу Мельникову.

Учитывая, что перспектива создания такой двигательной установки в обозримом будущем неясна, сектор Максимова, перед которым была поставлена эта задача, начал с облетного варианта тяжелого межпланетного корабля. ТМК создавался как комплекс средств, обеспечивающих многолетний межпланетный полет экипажа из трех человек в условиях замкнутого изолированного пространства. Выводить его на околоземную орбиту предполагалось одной ракетой Н1 вместе с разгонным блоком на жидкостных двигателях.

После разгона с ОИСЗ и полета к Марсу, войдя в его гравитационное поле, ТМК изменял свою траекторию для возвращения на Землю. Большого научного и технического смысла в этой баллистической эквилибристике не было. Но связка ТМК с разгонным блоком позволяла выполнить полет в околосолнечном пространстве и без посещения Марса, по траектории облета Луны или на орбите ее спутника без создания специальных дорогостоящих облетных программ.

Основное наше внимание было направлено, в первую очередь, на поиск оптимальной компоновки ТМК (рис. 3.3.1). Главным фактором, определявшим облик и конструкцию, являлась длительная невесомость. Бороться с ней пытались путем создания искусственной тяжести за счет вращения корабля вокруг центра масс. Жилые и часто посещаемые отсеки старались разместить на максимальном удалении от центра вращения. Разумным тогда представлялось расстояние в 10–12 метров.

Следующим важным фактором была необходимость обеспечения экипажа пищей, водой и воздухом, запасы которых для трех человек на 2–3 года полета имели неприемлемые весовые характеристики. Снизить их можно было только за счет воспроизводства на борту. Для этого разрабатывался специальный замкнутый биолого-технический комплекс (ЗБТК), призванный обеспечить круговорот веществ, потребляемых и выделяемых экипажем, по существующей в наших земных условиях схеме. Немало разделов в моей тетради посвящено именно ЗБТК.

Основой процесса круговорота веществ в ЗБТК являлся фотосинтез, поэтому была спроектирована оранжерея, где предполагалось выращивать картофель, сахарную свеклу, рис, бобовые, капусту, морковь, салат и другие культуры. Растения планировалось размещать на компактных стеллажах, разумеется, не в земле, а на гидропонике, корни же помещать в специальные капсулы, к которым подводится питательный раствор. Проводились многочисленные расчеты по определению оптимальной площади оранжереи. Она выбиралась из условия получения наилучших весовых характеристик самой оранжереи и элементов корабля, вес которых зависел от ее площади. На каком-то этапе проектирования она достигала 60 м². В состав ЗБТК также входили хлорельный реактор, ферма с животными — кроликами или курами, от которых впоследствии отказались, и система утилизации отходов с запасами реактивов. По вопросам растениеводства проводились консультации с ведущими сельскохозяйственными специалистами страны, в частности, с ленинградским профессором Мошковым, который выращивал до 400 кг помидоров в год на одном м² огорода. Сергей Павлович придавал большое значение разработке оранжерее, видя в ней главную возможность для снижения веса корабля и увеличения за счет этого числа членов экипажа. Наши сельскохозяйственные академики охотно обсуждали возникающие проблемы с Николаем Протасовым.

Для освещения растений использовали естественное солнечное излучение. От искусственного отказались из-за низких весовых характеристик элементов солнечных батарей. В условиях пониженной освещенности у Марса необходимая для освещения растений площадь солнечного потока достигала сотен метров. Ввести такой поток внутрь корабля через прозрачные стенки его корпуса, как в обычной огородной теплице, не представлялось возможным, прежде всего, по тем же весовым соображениям. Поэтому была придумана весьма сложная система питания оптическим излучением Солнца (ПОИС), основными элементами которой являлись концентраторы цилиндрической формы, расположенные вдоль корпуса корабля с двух сторон под определенным углом. При ориентации их на Солнце отраженный и сжатый ими солнечный поток в концентрированном виде вводился через щелевые иллюминаторы, расположенные вдоль корпуса, внутрь корабля, где распределялся между потребителями.

Совместить вращение корабля с его постоянной солнечной ориентацией во время полета также оказалось непросто. Конкретные решения по этим двум проблемам порождали третью — весовую. Вращение корабля, необходимое для создания искусственной тяжести, нужно было организовать в плоскости расположения концентраторов солнечной энергии, которые должны были сохранить постоянную ориентацию на Солнце. При полете ось вращения корабля будет сохранять свое положение в пространстве и постепенно отклоняться от направления на Солнце. Для соблюдения нужной ориентации плоскость вращения корабля должна постоянно поворачиваться на Солнце. Для выполнения таких поворотов вес топлива для двигателей мог достигать 15 тонн, что потребовало бы дополнительного использования нескольких ракет Н1.

Интуитивно мы надеялись, что в длительных полетах можно будет обойтись без искусственной тяжести. Это позволило бы существенно упростить компоновку. Но ведь речь идет о 1962 годе, когда экспериментальных подтверждений благополучной реакции человека на невесомость не имелось, в отличие от фактов плохой ее переносимости. Мы обязаны были решить этот клубок противоречий и придумать другие варианты.

Решение было вскоре найдено, когда плоскость вращения корабля совместили с плоскостью траектории полета по принципу вращения бумеранга. Но концентраторы-то по-прежнему должны были смотреть на Солнце. В результате появились новые немыслимые компоновочные схемы (рис. 3.3.2), на которые сегодня нельзя смотреть без улыбки. Но такова история — именно так рождался марсианский проект.

Это решение сняло прежние противоречия, но породило новую проблему — создание постоянно работающего в вакууме узла вращения между корпусом корабля и концентраторами. Да и сами концентраторы, теперь уже двойной кривизны — для сжатия солнечного потока в двух плоскостях, значительно усложнились. На их проектирование были выданы технические задания Ленинградскому государственному оптическому институту, а нашим материаловедам — задание на разработку высокопрочных тереленовых пленок и их покрытий с высокими и устойчивыми оптическими характеристиками. Еще одной головоломкой стали иллюминаторы, которые при значительных габаритах имели крайне напряженный температурный режим. В частности, рассматривалась конструкция иллюминаторов со сферическими высокопрочными и жаропрочными стеклами на основе ситалов диаметром до 1 м. Узел вращения также представлял особую проблему, поскольку трение в вакууме грозило свариванием металлов. Впоследствии для ее решения была создана специальная смазка на основе дисульфита молибдена.

После решения вышеописанных задач компоновка ТМК упростилась. В начале весны 1962 года корабль представлял собой пятиэтажный цилиндр переменного диаметра в форме бутылки (рис. 3.3.3). Каждый этаж имел определенное функциональное назначение. Первый — жилой, с расположенными в нем тремя индивидуальными каютами для экипажа, туалетами, пленочными душевыми, комнатой отдыха с библиотекой микрофильмов, кухней и столовой. Второй — рабочий, с рубкой для ежедневного контроля и управления всеми системами ТМК, мастерской, медицинским кабинетом с тренажерами, лабораторией для проведения научно-исследовательских работ и надувным внешним шлюзом. Третий — биологический отсек, с размещенными в нем стеллажами с высшими растениями, светораспределительными устройствами, арматурой для подачи питательных растворов, клетками животных, хлорельным реактором, емкостями для хранения урожая, частью арматуры и оборудования ЗБТК. Четвертый — приборно-агрегатный отсек, в котором была сосредоточена основная масса приборов, аппаратуры и арматуры всех систем ТМК. Он же являлся радиационным убежищем.

Пятый этаж располагался снаружи. Это был спускаемый аппарат, который стыковался своим верхним люком к люку в корпусе ТМК, расположенному в специальной сферической нише. На днище СА устанавливалась корректирующая двигательная установка с запасом топлива и частью аппаратуры. Закрывая сферическую нишу, вместе с размещенным в ней оборудованием, они увеличивали радиационную защиту экипажа. На ОИСЗ спускаемый аппарат имел возможность с помощью КДУ автономно маневрировать и приземляться при возникновении нештатных ситуаций.

Снаружи на корпусе ТМК размещались элементы бортовых систем: параболические концентраторы и иллюминаторы системы ПОИС; солнечные батареи в двух вариантах установки — по периферии солнечных концентраторов или на панелях вокруг иллюминатов; радиаторы и жалюзи системы терморегулирования, открытием и закрытием которых регулировался тепловой режим; антенны дальней радиосвязи, в качестве которых предполагалось использовать солнечные концентраторы; люк с надувным шлюзом для выхода и элементы для передвижения по наружной поверхности.

О напряженности нашей работы говорит хотя бы тот факт, что вовремя домой уходили лишь молодые кормящие мамы, а основные «забойщики» освобождались в 20–21, а то и в 22 часа. Нужно сказать, что такой режим распространялся на весь отдел Тихонравова, где проектировались автоматические аппараты к Луне, Марсу, Венере и пилотируемые корабли. Сверхурочные не фиксировались и не оплачивались.

Однажды был такой эпизод. Наша табельная для укрепления трудовой дисциплины (иногда москвичи опаздывали на пару минут из-за задержки электрички) установила на входе аппарат, где каждый сотрудник пробивал на своей карте точное время прихода на службу, а вечером — время ухода. В конце месяца, поскольку факт массовой сверхурочной работы был официально зафиксирован, экономисты обнаружили, что всем сотрудникам отдела нужно выдать зарплату в полтора раза больше обычной. Денег на это, конечно, не было предусмотрено. В дело включились юристы, и запахло грубым нарушением трудового законодательства. В итоге все закончилось тем, что злополучный агрегат убрали.

О напряжении, с каким трудилась наша группа, и о задачах, которые приходилось решать, можно судить и по черновикам ежемесячных планов, например, за первое полугодие 1962 года (рис. 3.3.4). Помимо проблем по компоновке ТМК, проводились проработки теоретических чертежей для определения весовых характеристик корпуса (рис. 3.3.5), а также расчеты весовых характеристик основных систем ТМК (рис. 3.3.6).

В мае 1962 года Сергей Павлович подписал эскизный проект по ракете-носителю Н1, состоящий из 29 томов и 8 приложений. Задачи, ею решаемые, были представлены в общем виде. Королев вынужден был маскировать нашу работу по марсианской экспедиции, поскольку Министерство обороны не было заинтересовано в создании сверхтяжелых носителей, да и межпланетные полеты ему были не нужны. А так как без одобрения военных трудно было утвердить проект на экспертной комиссии, Королев в одном из пунктов предлагал в их интересах: «…вывод тяжелых автоматических и пилотируемых станций боевого назначения, способных длительно существовать на орбитах и позволяющих производить маневр для одновременного вывода на орбиту большого количества ИСЗ военного назначения». Это именно то, что спустя почти 20 лет США начали воплощать в программе СОИ. Наши военные специалисты, глядя на американцев, тоже увлеклись этой затеей, хотя в те времена она их не заинтересовала.

Были и другие причины для маскировки марсианского проекта. Королев опасался его необъективной критики со стороны оппонентов в вышестоящих организациях. Опасения эти были не беспочвенными. В апреле 1962 года Н. С. Хрущев подписал постановления, по которым разработка тяжелых носителей поручалась М. К. Янгелю и В. Н. Челомею, а работы Королева по созданию Н1 ограничивались эскизным проектом. Правда, назначение ракеты не отменялось — продолжала действовать формулировка постановления 1960 года: «…предназначенной для выведения на околоземную орбиту тяжелого межпланетного корабля весом 60–80 т». Но Королев решил «не дразнить гусей».

Летом предполагалось представить эскизный проект экспертной комиссии под председательством президента Академии наук СССР М. В. Келдыша, разделявшего взгляды Королева, и Сергей Павлович готовился впервые обнародовать свои сокровенные и весьма далеко идущие планы по марсианской экспедиции. Он дал указание своему заместителю С. С. Крюкову: «Вместе с М. В. Мельниковым определить потребный вес для полета ЭРДУ для решения главных задач: Луна, Марс, Венера (то есть ТМК)». Приписка в скобках говорит о том, что Королев собирался осваивать и Луну, но только с помощью ТМК.

В начале июня 1962 года главный конструктор дал нам указание подготовить «План освоения космического пространства», и мы тут же приступили к работе (рис. 3.4.1). Была составлена большая таблица — «План освоения Марса и Венеры», черновик которой сохранился в секретной тетради (рис. 3.4.2). Там были указаны четыре этапа освоения: первые полеты автоматических аппаратов к планетам, исследование планет с их помощью, облеты планет человеком и дистанционное зондирование с орбиты, а также экспедиции на планеты. Для каждого этапа задачи разбивались по годам, определялись средства для их решения, аппараты, эскизы их компоновки, схемы и время полета, типы ракет-носителей и двигательной установки для выведения на межпланетную траекторию, стартовый вес на околоземной орбите и весовые характеристики на этапах полета. Был подготовлен проспект «Плана освоения…», содержавший в основном описание и обоснование содержания таблицы. При его подготовке я высказал Тихонравову сомнения по поводу перспектив создания ЭРДУ и они по его совету были отражены в проспекте. Проспект был представлен Королеву для ознакомления. Вернувшись от Королева, Михаил Клавдиевич показал мне написанную главным конструктором записку, которая имела принципиальное значение. Ее текст сохранился в моей рабочей тетради. Но прежде одна деталь — текст написан в тетради не рукой Королева (рис. 3.4.3). Тогда почему это мысли Королева, а не владельца тетради? Такой вполне резонный вопрос мне задавали после одного из докладов. Объяснение простое. Королев чаще всего писал записку на отдельном листке и прикалывал его к документу. На этот раз, возможно, соблюдая режимные требования и учитывая содержание записи, а может, не желая оставлять стратегически важные мысли на неучтенных листочках, он изложил весьма важные соображения по плану освоения космического пространства на обороте моего секретного черновика. Черновик в дальнейшем мог быть уничтожен, и Тихонравов просто хотел сохранить письменное мнение Королева по вопросам, как я потом убедился, кардинальным для нашей дальнейшей работы. Не имея под рукой своей секретной тетради, он попросил меня переписать текст в мою.

Стол Тихонравова был завален документами, и я пристроился на краю стола — писать было неудобно. По этой причине из четырехсот страниц моей секретной рабочей тетради только одна страница с текстом записки Королева написана по диагонали. Так что эти принципиально важные мысли, письменно изложенные главным конструктором в очень напряженный момент работы (перед представлением эскизного проекта ракеты-носителя Н1 экспертной комиссии, где он собирался впервые официально представить марсианскую программу), действительно принадлежат Королеву, хотя написаны и не его рукой.

Теперь по существу содержания:

Записка содержит принципиально важные указания. Во-первых, Королев подтверждает предпочтение марсианской экспедиции перед лунной (п.п. 5, 6: для полета на Луну ЭРДУ и ЗБТК не нужны). Во-вторых, Королев дает прямое указание разрабатывать марсианский комплекс в расчете на жидкостные ракетные двигатели, а не на электрореактивные (пункт 9а — «Нет ЭРДУ — вариант с жидкостными двигателями»).

Как видим, утопая в текучке бесконечных проблем по ракетам, пилотируемым кораблям и автоматам, Королев все-таки лично участвовал в непосредственном проектировании экспедиции на Марс и находил очень важные решения для ее быстрейшего осуществления. Жаль, что оценить их важность могли только Тихонравов, Максимов, я и пара инженеров из нашей группы.

Содержание записки фактически содержало новое направление наших дальнейших действий и немедленно нашло отражение в планировании (рис. 3.5.1). Для выполнения указания Королева у нас был месяц. Необходимо было провести анализ возможности марсианской экспедиции с использованием ЖРД в различных схемах полета и выбрать наиболее оптимальную. Мне пришлось просчитать 17 схем, а с учетом двух вариантов опорных орбит у Марса — 34. Расчеты проводились по формуле Циолковского на логарифмической линейке. С учетом вариаций по трем значениям удельной тяги — 315, 350, 440, по четырем значениям коэффициента воспроизводства продуктов в ЗБТК — от полного воспроизводства до полных запасов пришлось просчитать 408 вариантов. Для всех схем и вариантов были определены исходные весовые характеристики перед стартом на околоземной орбите и на всех этапах полета. Для общего представления на рис. 3.5.2 показано, какую массу должен иметь комплекс на исходной орбите спутника Земли для отправки 20 тонн в район Марса по различным схемам.

Для удобства сравнительного анализа результаты расчетов были сведены в таблицу (рис. 3.5.3), в которой показаны все рассмотренные схемы, а также весовые характеристики межпланетного комплекса на всех этапах полета, для всех схем с учетом принятых вариаций. Результаты проведенного анализа были помещены в кратком отчете (инв. № - П583), основой которого была таблица, и содержались следующие выводы:

Королев, рассмотрев материалы, утвердил их и поручил готовить к заседанию экспертной комиссии.

В июле 1962 года в зале ОНТИ в ОКБ-1 собралась весьма представительная экспертная комиссия для рассмотрения эскизного проекта ракеты Н1 — основы марсианской экспедиции. Кроме председателя — президента Академии наук СССР М. В. Келдыша, присутствовали секретарь ЦК КПСС Д. Ф. Устинов, главнокомандующий РВСН Маршал Советского Союза Н. И. Крылов, министр Минобщемаша С. А. Афанасьев, а также высокопоставленные лица из партийно-хозяйственного аппарата и элита ракетно-космической отрасли. Королев решил впервые познакомить собравшихся со своими межпланетными замыслами, не выделяя их из обширного перечня задач. Марсианское назначение носителя Н1 не акцентировалось — она представлялась как ракета многоцелевого назначения, в том числе для решения комплекса оборонных задач.

Плакаты по марсианской экспедиции я, как мне было сказано, развесил не на самом видном месте. На них были отражены схемы осуществления экспедиции, конструктивное решение внутренней компоновки ТМК, общий вид марсианского комплекса перед стартом с ОИСЗ для разных схем, компоновка межпланетного комплекса в варианте с аэродинамическим торможением. В таблицу «План освоения Марса и Венеры» была внесена строка, отражающая вариант экспедиции на ЖРД, и впервые обозначен срок осуществления первой марсианской экспедиции — 1974 год. Кроме моих, висели плакаты по освоению Луны, решению научных, народно-хозяйственных и оборонных задач.

Доклад Королева был очень ровным и спокойным. Он подчеркнул, что представляет только эскизный проект ракеты Н1, а проекты остальных элементов программы требуют дальнейшей серьезной проработки. Об экспедиции на Марс он сказал очень кратко, но отметил, что она рассматривается с использованием ЖРД. У меня сложилось впечатление, что Сергей Павлович не ставил перед собой задачи вызвать большой интерес к марсианской теме и, по-моему, достиг этого. Думаю, у многих сложилось впечатление, что за нашими красивыми марсианскими плакатами нет никаких реальных проработок.

Выступивший после Королева его первый заместитель Василий Павлович Мишин с оптимизмом и уверенностью дополнил доклад по ракете, а по поводу марсианской экспедиции на ЖРД с широкой улыбкой произнес: «…Ну, здесь показано, как не надо летать на Марс — летать надо на ЭРДУ, но ее нет». Это было сказано не в порядке критики, а как заявление о том, что у нас еще и не такое есть. Похоже, что Мишин, загруженный проблемами по носителю Н1, о наших последних планах по ЖРД не был осведомлен. Присутствующие понимали, что создание ЭРДУ не просматривается в ближайшее десятилетие и вполне могли после выступления Мишина воспринять марсианские материалы как весьма далекую перспективу.

Впечатление от представленного проекта приводит в своих воспоминаниях Б. Е. Черток: «Даже спустя 35 лет приведенный текст представляется удивительным каскадом задач, способных увлечь тысячи энтузиастов. Досадно, что все эти задачи не только не доводились до сведения общества, даже ученого, но закрывались грифом „совершенно секретно“. Нас вправе были бы спросить: „Неужели в 1962 году вы не понимали, что кроме высадки на Луну и посылки автоматов остальные этапы следует планировать на XXI век?“»

В четвертом томе своих воспоминаний — «Лунная гонка» — Черток не упоминает о работах по марсианскому проекту с использованием ЖРД. А ведь его кабинет находился в 20 метрах по коридору от кабинета Тихонравова! Похоже, что он, как и Мишин, не был осведомлен о наших действиях. Он действительно мог этого не знать, ведь все исследования и расчеты проводились тогда в обстановке повышенной секретности. Наша работа не афишировалась и не обсуждалась в курилках, а на совещаниях или не упоминалась, или не воспринималась всерьез людьми, не имевшими к ней непосредственного отношения.

Хочется еще раз подчеркнуть, что причина такой закрытости марсианской программы кроется не только в повышенной секретности. Королев опасался преждевременной недобросовестной критики в высших правительственных кругах со стороны главных своих оппонентов В. П. Глушко, В. Н. Челомея и М. К. Янгеля. Обстановка в тот период наверху была очень сложная. Шла жестокая, спровоцированная Н. С. Хрущевым, «война» за тяжелый носитель, а значит и за лидерство в перспективных космических программах.

О действительных намерениях Королева красноречивее моих черновиков свидетельствуют сохранившиеся подлинники его заметок по ТМК и ТОС, датированные 14.09.1962 года (Приложение 2). Жаль, что о них также забывают поборники «лунного мифа». Эти записи поражают широтой видения всех проблем межпланетного полета и вместе с тем глубиной проникновения в их суть. А ведь сделаны они были всего через два месяца после заседания комиссии, после которого у многих участников, как и у Б. Е. Чертока, сложилось впечатление, что главная задача — это Луна, а значит — «лунная гонка».

При подготовке к заседанию экспертной комиссии в дополнение к «Плану освоения…» была составлена таблица, в которой рассматривались проблемы предстоящего межпланетного полета и были показаны средства и способы их решения (рис. 3.5.4). Черновиков таблицы нет в моей рабочей тетради, поскольку она из-за ограничения по времени сразу выполнялась на секретном листе (подобные плакаты делались художниками по тексту из секретного блокнота, а рамку они потом рисовали сами). Поэтому она восстановлена по памяти. В графе «Пути решения» представлены события, совершившиеся в более позднее время. Таблица красноречиво демонстрирует, что все разработки Королева, как выполненные, так и планируемые, были неотъемлемой частью общего единого замысла — осуществления полета на Марс. С позиций сегодняшнего дня отчетливо видно, что в целом космическая программа Королева строго соответствовала главному принципу системного подхода — цели составных частей системы должны совпадать с целями самой системы.

С начала 1963 года, в соответствии со сделанными выводами, продолжалась проработка варианта с аэродинамическим торможением. Суть его в том, что снижение скорости движения экспедиционного комплекса при подлете к Марсу до величины, достаточной для перехода на орбиту его спутника, осуществляется не за счет импульса тормозного ракетного блока, а путем многократного погружения всего комплекса в марсианскую атмосферу. После каждого погружения до высоты 70–100 км и на время порядка 100 секунд комплекс переходит на вытянутую эллиптическую орбиту. В ее апогее при необходимости проводится ювелирная, с малыми затратами коррекция для обеспечения требуемой высоты следующего погружения в атмосферу. Высоты последующих эллиптических орбит постепенно уменьшаются. Примерно после седьмого погружения высота эллиптической орбиты становится равной высоте будущей круговой орбиты. В ее апогее выдается небольшой разгонный импульс, и комплекс переводится на круговую орбиту, исключая последующее погружение.

Как же возникла идея аэродинамического торможения? Однажды, обсуждая с Виктором Миненко (мы вместе работали у Лавочкина, в ОКБ-1 он проектировал спускаемые аппараты) параметры входа аппарата в атмосферу Земли при возвращении из марсианского полета, мы обратили внимание, что незначительное отклонение траектории аппарата от заданного коридора входа в атмосферу повлечет либо недопустимые нагрев и перегрузки, либо аппарат, коснувшись верхних слоев атмосферы и потеряв скорость на неопределенную величину, уйдет в полет по нерасчетной траектории. На следующее утро я проснулся с вопросом: а можно ли сместить коридор так, чтобы после «чирканья» траектория стала расчетной? Предварительный анализ показал, что можно (рис. 3.6.1). Идея Тихонравову понравилась, и он рассказал о ней Королеву. Были выданы задания нашим аэродинамикам и в ЦАГИ. Процесс пошел.

Такой оборот дела коренным образом менял весь облик и, в первую очередь, конструктивную конфигурацию комплекса. Вспомнили про крылатую ракету «Буря», на которой можно было начать эксперименты в околоземном пространстве, а для ее запуска использовать носитель H11 — модификацию Н1. Пересмотрели все принятые ранее положения на соответствие их новым требованиям. А они оказались весьма существенными. Экспедиционный комплекс при погружении в марсианскую атмосферу будет испытывать нагрузки от скоростного напора и нагрев, допустимые пределы которых весьма ограничены из-за большого количества внешних элементов. Поэтому размеры, форма и прочность элементов должны быть рассчитаны на эти новые условия или защищены от их воздействия. Все это потребовало новых компоновочных схем. Порой приходилось с досадой возвращаться к вопросу искусственной тяжести и искать хотя бы какой-то приемлемый вариант. Эти поиски нашли свое отражение в набросках самых футуристических компоновок, сделанных в тетради (рис. 3.6.2). В дальнейшем от искусственной тяжести отказались, компоновка упростилась и уже прорабатывалась сразу на кульмане. Поэтому многих ее интересных вариантов, к сожалению, нет в тетради, а основной, одобренный Тихонравовым и Королевым, воспроизведен по памяти (рис. 3.6.3).

Проектирование сводилось к конструктивной увязке многих новых противоречивых требований. В первую очередь, внимание было уделено разработке различных вариантов жесткого экрана, который мог одновременно служить защитой внешних элементов комплекса от воздействия скоростного напора, а также обеспечить ему необходимое торможение при прохождении марсианской атмосферы. Форма защитного экрана была выбрана в виде зонтика большого диаметра, расположенного на лобовом торце комплекса и обращенного выпуклой стороной в сторону набегающего потока. Однако это делало комплекс неустойчивым, поэтому для большей устойчивости аэродинамической конфигурации комплекса хотелось придать ему вид бадминтонного волана. С этой целью планетный посадочный комплекс значительной массы был вынесен за лобовую поверхность тормозного экрана, чтобы обеспечить приемлемую центровку комплекса при движении в марсианской атмосфере. Этим также обеспечивалось беспрепятственное отделение посадочного комплекса для спуска на поверхность планеты. Вместе с ним отделялась и ненужная на орбите силовая часть тормозного экрана, что повышало эффективность его торможения в атмосфере при спуске.

Солнечные концентраторы также проектировались в форме зонтика диаметром 15–20 м, расположенного вокруг отсека оранжереи. Внутренняя его поверхность, ориентированная на Солнце, выполнялась в виде отдельных секций. Форма поверхности каждой представляла собой часть параболоида с собственным фокусом, расположенным на обечайке отсека оранжереи, где для каждой секции устанавливался свой иллюминатор. Всего секций с иллюминаторами предполагалось от 12 до 24. Солнечный поток попадал на секции, отражался ими, концентрировался и направлялся через иллюминаторы внутрь корабля, где с помощью линз Френеля и пленочных отражателей распределялся по потребителям.

Концентратор вместе с оранжереей желательно было располагать на торце комплекса вогнутой стороной наружу для ориентации на Солнце. Но, будучи самой ажурной конструкцией, он, в первую очередь, требовал защиты от скоростного напора и поэтому был конструктивно объединен с тормозным защитным экраном, форма которого была геометрически совмещена с формой концентратора и приближена к параболоиду.

С целью дальнейшего улучшения центровки рядом с посадочным комплексом предполагалось разместить разгонный блок, также имеющий значительную массу. Однако это вступало в противоречие с другими соображениями. Спускаемый аппарат с корректирующей двигательной установкой должен был располагаться с противоположного торца комплекса, обеспечивая тем самым возможность экстренного отделения на околоземной орбите в нештатных ситуациях и безопасность экипажа. Разгонный блок с большим запасом топлива, скомпонованный в единый блок со спускаемым аппаратом, мог значительно повысить маневренные возможности СА, в том числе обеспечить при необходимости возвращение его с экипажем на Землю после разгона комплекса с ОИСЗ на траекторию полета к Марсу.

В пользу этого варианта было и то, что размещение разгонного блока рядом с посадочным комплексом не позволяет его включение для проверки перед стартом с ОИСЗ и для коррекции траектории полета к Марсу. А при его включении для старта с ОИСМ к Земле экипаж в СА будет находиться в перевернутом положении.

Приведенные соображения — лишь незначительная часть противоречивых требований, которые пришлось увязывать при выборе оптимальной компоновки марсианского комплекса. Сюда же можно отнести и размещение панелей солнечных батарей площадью 85 м², радиаторов и жалюзи системы терморегулирования площадью 34 м², антенн, обеспечение необходимых полей зрения оптических датчиков системы ориентации, взаимное расположение обитаемых отсеков, выбор оптимального соотношения диаметра и длины комплекса и многое другое. Все эти проблемы приходилось решать при проектировании. Большинство из них нашли отражение в тетради в виде конкретных ежемесячных планов всех участников работ.

Правильность выбора принятой схемы экспедиции на Марс с применением ЖРД и аэродинамического торможения должны были подтвердить новые весовые характеристики межпланетного комплекса. Параллельно с анализом компоновочных схем и определением конструктивного облика ТМК было проведено большое количество расчетов по определению характеристик всех его бортовых систем (рис. 3.7.1).

Это позволило провести ревизию весовых сводок всех 24 систем межпланетного и 22 систем посадочного комплексов (рис. 3.7.2). В результате определены весовые характеристики в варианте с аэродинамическим торможением (рис. 3.7.3). Масса комплекса составила 83,1 т, в том числе: ТМК — 16,8 т, посадочный комплекс — 30 т, разгонный блок — 36,3 т. Затраты веса на обеспечение аэродинамического торможения, включая вес защитного тормозного экрана, составляли по предварительным расчетам примерно 20 % (около 20 т) от тормозимого веса, в то время, как вес ракетного блока мог достичь 200 % (около 180 т).

Иными словами, большая часть полезного груза, выводимого на ОИСЗ при запусках ракеты Н1, приходилась на топливо (около 450 т), необходимое для доставки к Марсу тормозного блока. Сравнительные весовые характеристики двух вариантов — с аэродинамическим торможением и с тормозным блоком — представлены на рис. 3.7.4. Так, масса ракетного комплекса для разгона с ОИСЗ к Марсу для обоих вариантов составляет, соответственно, 211 т и 655 т, а масса всего комплекса на ОИСЗ перед стартом — 378 т и 1141 т.

При использовании схемы с аэродинамическим торможением появлялась перспектива существенно снизить общее потребное количество ракет Н1. Так, для формирования на околоземной орбите комплекса массой порядка 1200 тонн необходимо 14–15 носителей Н1 и время для сборки 3–4 года, что не позволяет относиться к этому варианту серьезно. Если же исключить из схемы тормозной блок и заменить его на тормозные аэродинамические устройства, то ракет может понадобиться всего пять, а время сборки сократится до 1 года. Такой проект имеет право на дальнейшее развитие в качестве основного варианта экспедиции.

В дальнейшем, увеличивая грузоподъемность ракеты Н1 до 95 тонн, улучшая весовые характеристики систем межпланетного и посадочного комплексов и снижая вес тормозных устройств за счет их объединения с конструкцией ТМК и ПК, можно было сократить стартовый вес до 350 тонн, а количество ракет до четырех и даже трех. В этом случае вариант полета на Марс на ЖРД, с учетом перспективных возможностей Н1 выводить на орбиту до 240 тонн, во всех отношениях был весьма перспективным.

Таким образом, проведенные в отделе Тихонравова в 1960–1964 годах проектные проработки по марсианской экспедиции полностью подтвердили правильность принятого Королевым в июле 1962 года решения ориентироваться на жидкостные ракетные двигатели вместо ЭРДУ. Это избавляло от проблем, связанных с созданием ЭРДУ, которые не решены до сих пор, а с учетом аэродинамического торможения обеспечивало удовлетворительное решение весовых проблем и вселяло твердую уверенность в возможности осуществления пилотируемого полета на Марс до конца 70-х годов.

С января 1964 года, в соответствии с главным выводом отчета 1962 года, были развернуты работы по двум направлениям: проектированию тяжелой орбитальной станции (ТОС) для отработки ТМК на ОИСЗ и проектированию ТМК для проведения его наземной отработки в ИМБП (рис. 3.8.1). При создании ТОС выбирались оптимальные высоты орбит станции с учетом ее торможения в атмосфере, необходимости одновременной доставки на нее экипажей и грузов и наличия вокруг Земли радиационных поясов.

Понимая, какие возможности открываются с появлением на орбите такой станции, Королев поручает сформировать комплексную программу исследований, проводимых на ТОС параллельно с отработкой ТМК. Мы ожидали большого интереса у заинтересованных организаций, однако наши надежды не оправдались. Академия наук и военные отнеслись к новым возможностям с прохладцей. Ни о каких официальных предложениях мне, по крайней мере, в то время не было известно. Тем не менее, такая программа в интересах науки, народного хозяйства и обороны была нами сформирована, и предполагаемые задачи были сгруппированы по следующим направлениям.

Летная отработка ТМК. Автономные и комплексные испытания по соответствующим программам должны были пройти все составные части ТМК: отсеки для отдыха, бытовых нужд экипажа и проведения работ с аппаратурой; оранжерея, силовые установки для проведения маневров, системы обеспечения жизнедеятельности, энергопитания, терморегулирования, ориентации и стабилизации, и другие.

Исследования и эксперименты по созданию новой техники. Проверка новых узлов и агрегатов. Испытания двигательных установок, материалов. Исследования по использованию солнечной энергии. Отработка технологии постройки, монтажа и ремонта внешних сооружений. Изучение принципов создания новой аппаратуры. Отработка системы обеспечения жизнедеятельности (СОЖ) для длительных полетов.

Обеспечение космических полетов. Предстартовый контроль и подготовка космических комплексов. Ретрансляция сигналов «земля — космос» и «космос — земля». Слежение за полетом объектов, определение параметров их движения.

Научные задачи. Изучение деятельности Солнца. Астрономические исследования. Геомагнитные исследования. Изучение космических излучений, микрометеоритов. Метеонаблюдения. Изучение распространения радиоволн. Медико-биологические исследования.

Военные исследования и задачи. Исследование принципов решения военных задач. Испытания систем для решения военных задач. Ведение военной разведки. Оборона станции. Перехват космических аппаратов противника. Изучение принципов поражения наземных целей.

При формировании облика ТОС особое внимание уделялось модульности (рис. 3.8.2). Элементы ТМК и ТОС должны были создаваться независимо друг от друга, иметь возможность автономного изготовления, отработки, модернизации, замены, что должно было исключить срыв подготовки всего комплекса из-за неготовности одного из них. Совместимость входных и выходных параметров, геометрия мест стыковки, габариты зон обслуживания составных частей ТМК, а также возможность их доставки на орбиту, стыковки и подключения к системам ТОС должна была обеспечить возможность их замены на модернизированные. А для заменяемых необходимо было предусмотреть возможность складирования, модернизации и ремонтопригодности на орбите.

При формировании перечня исследований особое внимание уделялось совместимости требований к условиям их проведения: к направлению и точности ориентации, к высотам орбит и участию экипажа.

В случаях, когда условия для проведения экспериментов были несовместимы с основным режимом работы станции, экспериментальная аппаратура могла быть размещена на универсальной платформе и доставлена на синхронную орбиту орбитальным буксиром, а при необходимости возвращена на станцию для профилактики и ремонта.

Модульная структура и другие принципы, положенные в основу проектирования ТОС в 1964 году Королевым как первым главным конструктором тяжелых орбитальных станций, на долгие годы определили основные принципы их создания. К сожалению, материалы по ТОС, как и по ТМК, в 1974 году были уничтожены, а идеи Королева начали реализовываться на станциях только через 25 лет — в 1986–1987 годах.

К лету 1964 года были разработаны теоретические чертежи корпуса станции для выпуска рабочих чертежей в конструкторских отделах (рис. 3.9.1). Рассматривалась возможность использования в качестве корпуса топливных баков верхней ступени ракеты-носителя Н1. Были также определены основные положения по ТМК (рис. 3.9.2), применительно к его летной и наземной отработке, а также исходные данные для проектирования составных частей (рис. 3.9.3). Были подготовлены все необходимые исходные материалы, чтобы расширить фронт работ внутри ОКБ-1 и, что гораздо важнее, обеспечить участие в проекте смежных организаций. Практически были созданы все условия для выпуска постановления правительства о привлечении к работам по марсианской экспедиции широкой кооперации предприятий других министерств и ведомств, многие из которых практически уже начали с нами работать.

Однако этим планам не суждено было сбыться. Прежде чем детально проанализировать конкретные причины и обстоятельства, помешавшие фактически начатому воплощению в жизнь грандиозного замысла Королева, хотелось бы показать, что называется «из первых рук», какие события разворачивались вокруг марсианского проекта.