В 1960 году была построена и испытана ракета-носитель, способная вывести на орбиту полезный груз весом около 41/2 тонн.
Этот груз, эти 41/2 тысячи килограммов и явились нашими первыми «исходными данными». Проведенные расчеты показали, что космический корабль, предназначенный для полета человека и спуска его на Землю, может «уложиться» в такой вес.
Итак, ракета может вынести на орбиту космический корабль с человеком на борту. А что значит — вынести? Это значит поднять, оторвать от Земли, преодолевая силу земного тяготения и сопротивления атмосферы в начале полета, и разогнаться вместе с кораблем до скорости, необходимой для того, чтобы стать искусственным спутником. А скорость эта около 28 тысяч километров в час, или чуть меньше 8 километров в секунду.
Специалисты-баллистики определили, какой формы может получиться орбита: это эллипс с определенным числом километров при минимальном удалении от Земли (в перигее) и определенным — при максимальном удалении (в апогее).
Что еще есть в распоряжении проектантов? Немного. Им дано не слишком большое время, ограниченное жестким графиком. У них есть большое желание сделать все как можно лучше. Им может быть обещана и преподнесена куча неприятностей за то, что предлагаемое ими неоптимально или очень оптимально, но невыполнимо «по таким-то и таким-то соображениям», или… Да мало ли еще найдется этих «или».
Как только проектные работы разворачиваются полным ходом, почти сейчас же появляются сомнения, что вообще-то задачу можно решать не одним способом, придумать не эту, а другую конструкцию. Предлагается несколько вариантов. Появляются сторонники и противники этих вариантов. Начинаются споры, проводятся расчеты и рисуются первые «картинки» — компоновочные схемы.
Если в это время зайти в проектный отдел конструкторского бюро, то на чертежных досках (почему-то до сих пор именующихся кульманами) можно увидеть предполагаемые общие контуры корабля. Их несколько. Но во всех существует одно — главное: корабль должен состоять из двух частей. Это основная схема.
Основной она стала не сразу, а лишь тогда, когда все в ней более или менее «завязалось», когда она была внимательно рассмотрена Константином Дмитриевичем, а потом доложена Сергею Павловичу и, наконец, утверждена для дальнейшей разработки на совещании у Королева с участием всех его заместителей и начальников ведущих отделов конструкторского бюро.
Что же представляла собой эта «завязанная» схема?
Ну, естественно, на корабле, предназначавшемся для полета человека, прежде всего должно быть помещение: кабина, в которой будет находиться космонавт. Поскольку кабина должна спуститься на Землю, то часть корабля вместе с кабиной и получила название «спускаемый аппарат».
Спуск — это ответственнейший этап всего космического полета. Происходит он в плотных слоях атмосферы и характеризуется уменьшением скорости с 28 тысяч километров в час почти до нуля в момент приземления. Очевидно, что гасить такую скорость аппарата интенсивным ракетным торможением невыгодно. Гашение же за счет силы лобового сопротивления будет сопровождаться большими перегрузками и сильным аэродинамическим нагревом. При этом конструкция будет претерпевать испытание и на прочность и на термостойкость, а космонавт — подвергаться перегрузкам.
Проектантам необходимо все учесть: и количество тепла, которое «обрушится» на спускаемый аппарат, и максимальную скорость его притока, и величину максимальной перегрузки, и продолжительность ее действия.
Понятно, конструкция кабины должна обеспечить такой вход с орбиты в атмосферу, такое торможение и посадку, чтобы перегрузки не превысили определенной величины, переносимой человеком.
Почему разговор прежде всего идет о перегрузках? Это очень легко понять, но трудно представить. На орбите корабль летит со скоростью около 8 тысяч метров в секунду; затем он должен затормозиться и к поверхности Земли, к посадке, подойти со скоростью не более 10 метров в секунду. Если скорость окажется большей — это уже опасно. Отсюда и задача: уменьшить скорость кабины от 8 тысяч до 10 метров в секунду, причем уменьшить очень плавно и постепенно.
Кто хоть раз проехал в автомобиле, автобусе или троллейбусе, хорошо представляет, сколь неприятно резкое торможение. Но это при скорости около 20 метров в секунду, а каково на космическом корабле!
Если автомобиль, затормозив, все же проходит каких-нибудь 10–15 метров, то космический корабль — около 10 тысяч километров! Понятно, форма спускаемого аппарата играет при этом немалую роль: тела разной формы испытывают и разное воздействие атмосферы, в которой они перемещаются. Если при движении в атмосфере тело должно сохранять определенное положение, то тогда надо иметь какие-то средства, чтобы это положение поддерживать, — стабилизаторы, рули или другие средства управления.
Но есть форма, которая безразлична к воздействию атмосферы — шар. Его движение в атмосфере хорошо изучено, он не обладает так называемым аэродинамическим качеством, то есть никогда не может создавать подъемной силы; он движется по законам баллистики, падает на Землю по вполне определенному пути и может не иметь органов управления.
Именно это предложение проектантов и было принято Сергеем Павловичем: форма опускаемого аппарата — шар, спуск — по баллистической кривой.
Мы перечислили далеко не все доводы и соображения, которые привели к выбору шара, но, чтобы не загромождать ход рассуждений многочисленными техническими понятиями и терминами, допустим, что упомянутых причин достаточно.
Схема для прохода через атмосферу была выбрана, но как с посадкой? Конечно же, «падая с неба», шар не может подойти к Земле со скоростью не более 10 метров в секунду и на последнем участке должен вступить в действие тормозящий парашют.
Нелегко сейчас детально проследить за ходом мыслей проектантов при компоновке «Востока». Для этого надо было или самому сидеть за чертежной доской, или хоть бывать в проектном отделе каждый день по нескольку часов. Ни для того, ни для другого возможности у меня не было, и потому в этих воспоминаниях, может быть, отсутствуют целые этапы работы над «Востоком». Однако главную идею увидеть можно.
Итак, спускаемый аппарат — шар. И кажется, хорошо бы поместить в нем все необходимые устройства, приборы и системы, тогда весь корабль состоял бы из одного шара, и все. Чего проще? Но анализ, проведенный в проектном отделе, показал, что это нерационально. Некоторые приборы и узлы закончат свою службу на орбите и при спуске окажутся вредным балластом, и понятно, что совсем не все равно затормозить и посадить на Землю аппарат весом в 5 тонн или, скажем, в 2,5 тонны.
После пересмотра нескольких вариантов остановились на корабле, состоящем из двух частей: собственно спускаемого аппарата и приборного отсека. Прежде всего нужно было определить их объем, вес, форму.
И вот тут-то началась неизбежная при всяком проектировании борьба противоположностей. Вес потребный — и вес допустимый; объем потребный — и объем допустимый; прочность потребная — и прочность допустимая. И еще много-много разных «потребных» и «допустимых». И все они друг с другом не хотят ладить.
Для корабля нужны приборы, системы, механизмы, источники энергии, и все это должно быть максимально надежно, но почти всякое повышение надежности, за редким исключением, «прибавляло» килограммы, а лишний вес — «враг»!
То же самое с объемом: конструкторам приходится втискиваться в отпущенные «урезанные» кубометры.
И талант проектанта состоял, пожалуй, прежде всего в том, чтобы найти «золотую середину» между этими крайностями. Но перед тем, как начать «увязывать» веса и объемы, надо было определить, чем же должен быть начинен корабль.
При внимательном исследовании оказалось, что часть нужных для корабля приборов уже создана для предыдущих космических аппаратов. Другая часть, причем большая, еще не существовала и должна была создаваться вновь.
