Первая стыковка

 

Еще задолго до начала космических полетов теоретики космонавтики пришли к выводу о возможности модульной сборки космических конструкций на орбите. Вместо того, чтобы сразу выводить на орбиту огромные конструкции, легче будет по частям запускать отдельные блоки, и затем на орбите осуществлять сборку. Так можно собирать орбитальные станции, обеспечивать переход из космического корабля в находящуюся на орбите орбитальную станцию и обратно. В будущем межпланетные корабли (например, для полета к Марсу) также целесообразно собирать именно на орбите. Поэтому одним из первых шагов в освоении космоса стало освоение стыковки.

Однако разработка стыковочных узлов впервые началась не при сборке орбитальных конструкций, а при подготовке лунной программы. Еще Ю.Кондратюк, разрабатывая проект полета к Луне, пришел к выводу, что лунный корабль должен состоять из двух разделяющихся модулей – орбитального и посадочного. Долетев до окололунной орбиты, корабль должен разделиться на орбитальный модуль, который останется на окололунной орбите, и лунный модуль, который опустится на поверхность Луны. Затем с луны стартует взлетная часть лунного модуля, которая на орбите стыкуется с орбитальным блоком (в котором находится запас топлива для возвращения к Земле). Когда американцы разрабатывали свою лунную программу, они использовали точно такую же схему. Взяли они ее у Кондратюка или придумали самостоятельно – история умалчивает.

«Джемини-8» - первая стыковка. Успехи американской лунной программы объясняют тем, что все этапы ее подготовки проводились в лучших традициях плановой экономики. Задолго до высадки «Аполлона-11» на луну были детально спланированы все этапы. Так, с помощью космических аппаратов «Пегас» велась регистрация метеорных частиц и изучалась радиационная обстановка (3 запуска в 1965 году). С помощью «Рейнджеров» отрабатывалась наиболее благоприятная траектория вывода аппаратов к Луне, велась съемка на всем участке сближения с поверхностью Луны. Образно говоря, проверялась дорога, по которой предстояло лететь астронавтам (9 запусков в 1961-1965 годах, (правда,  до Луны долетели только 3 – ред. сайта.)). С помощью аппаратов «Лунар Орбитер» велись съемки Луны с окололунной орбиты с целью поиска потенциальных участков посадки лунной кабины корабля «Аполлон» (5 запусков в 1966-1967 годах). Аппараты «Сервейер» по конструкции и внешнему виду напоминали посадочную ступень лунной кабины корабля «Аполлон» и были рассчитаны на мягкую посадку на Луну с так называемой падающей траектории. С помощью этих аппаратов изучалась несущая способность лунного грунта, процессы взаимодействия струи двигателя с грунтом при посадке, отрабатывались системы мягкой посадки (7 запусков в 1966-1968 годах).

Одновременно готовились и кадры астронавтов для будущих полетов. По программе «Джемини» - подготовительному этапу программы «Аполлона» - астронавты пять раз выходили в открытый космос. В полетах отрабатывалось сближение на орбите со спутниками-мишенями и стыковка с ними (12 полетов в 1964-1966 годах).

Чтобы достичь поставленной цели — полета человека на Луну и обратно, — руководству и специалистам НАСА необходимо было выбрать способ осуществления такого полета. Группа предварительного проектирования рассмотрела два варианта — прямой перелет с поверхности Земли на поверхность Луны и полет с промежуточной стыковкой на околоземной орбите. Прямой перелет потребовал бы разработки огромной ракеты для выведения лунного корабля на траекторию прямого перелета к Луне. Промежуточная стыковка на околоземной орбите потребовала бы запуска двух ракет меньшего масштаба («Сатурн-5») — одной для выведения космического корабля на околоземную орбиту и другой для дозаправки его топливом перед полетом с орбиты к Луне.

 

В обоих этих вариантах предусматривалась посадка 18-метрового космического корабля сразу на Луну. Поскольку руководство и специалисты НАСА считали эту задачу слишком рискованной, они в 1961-1962 разработали третий вариант — со встречей на окололунной орбите. При таком подходе ракета «Сатурн-5» выводила на орбиту два космических аппарата меньших размеров: основной блок, который должен был доставить трех космонавтов на окололунную орбиту и обратно, и двухступенчатую лунную кабину, которая должна была доставить двух из них с орбиты на поверхность Луны и обратно для встречи и стыковки с остающимся на окололунной орбите основным блоком. Этот вариант был выбран в конце 1962.

НАСА опробовало различные способы встречи и стыковки, которые предполагалось использовать на окололунной орбите, в ходе осуществления программы «Джемини» («Близнецы») - серии полетов возрастающей сложности на двухместных космических кораблях, оборудованных для сближения с космическим аппаратом-мишенью (беспилотная верхняя ступень ракеты «Аджена») на околоземной орбите. Первый этап начался с беспилотных полетов «Джемини-1» и -2 (8 апреля 1964 и 19 января 1965) и трехвиткового полета В.Гриссома и Дж.Янга на борту «Джемини-3» (23 марта 1965). В полетах «Джемини-4» (Дж.Макдивитт и Э.Уайт мл., 3–7 июня 1965), -5 (Л.Купер и Ч.Конрад-мл., 21–29 августа 1965) и -7 (Ф.Борман и Дж.Ловелл-мл., 4–18 декабря 1965) исследовалась возможность длительного пребывания человека в космосе путем постепенного увеличения продолжительности полета до двух недель – максимальной длительности полета к Луне по программе «Аполлон». Полеты «Джемини-6» (У.Ширра и Т.Стаффорд, 15–16 декабря 1965), -8 (Н.Армстронг и Д.Скотт, 16 марта 1966), -9 (Т.Стаффорд и Ю.Сернан, 3–6 июня 1966), -10 (Дж.Янг и М.Коллинз, 18–21 июля 1966), -11 (Ч.Конрад и Р.Гордон-мл., 12–15 сентября 1966) и -12 (Дж.Ловелл и Э.Олдрин-мл., 11–15 ноября 1966) первоначально планировались для стыковки с кораблем-мишенью «Аджена».

Частная неудача вынудила НАСА осуществить один из наиболее драматических орбитальных экспериментов 1960-х годов. Когда ракета «Аджена», корабль-мишень для «Джемини-6», взорвалась на старте 25 октября 1965, он остался без мишени. Тогда руководство НАСА решило вместо этого осуществить сближение в космосе двух кораблей «Джемини». По этому плану нужно было сначала запустить «Джемини-7» в его двухнедельный полет, а затем, быстро проведя ремонт стартового стола, запустить «Джемини-6». В ходе совместного полета был снят красочный фильм, показывающий сближение кораблей вплоть до касания и их совместное маневрирование.

«Джемини-8» осуществил стыковку с кораблем-мишенью «Аджена». Это была первая успешная стыковка двух кораблей на орбите, но полет был прерван менее чем через сутки, когда не выключился один из двигателей системы ориентации, в результате чего корабль получил такое быстрое вращение, что экипаж едва не потерял контроль над ситуацией. Однако, используя тормозной двигатель, Н.Армстронг и Д.Скотт восстановили контроль и осуществили экстренное приводнение в Тихом океане.

Во время полета «Джемини-4» Э.Уайт стал первым американцем, осуществившим выход в открытый космос - через два с половиной месяца после Леонова.

Таким образом, первая стыковка – это одно из немногих достижений в космосе, которое в 1960-е годы удалось американцам раньше, чем нам. Однако это не вполне полноценное достижение, поскольку речь шла о стыковке пилотируемого аппарата с непилотируемой болванкой. Полноценное достижение – стыковка двух пилотируемых кораблей – была впервые осуществлена в СССР.

Первая стыковка двух пилотируемых аппаратов. 16 января 1969 года на орбите произошла первая в мире стыковка двух пилотируемых аппаратов – космических кораблей «Союз-4» и «Союз-5». 15 января был осуществлен запуск космического корабля "Союз-4" с Владимиром Шаталовым на борту. На следующий день взлетел "Союз-5" с Борисом Волыновым, Алексеем Елисеевым и Евгением Хруновым. "Союз-5" пристыковался к "Союзу-4", Елисеев и Хрунов через открытый космос перешли в корабль к Шаталову, и это была большая победа советской науки и техники - первая стыковка. Впервые пилотируемые космические корабли образовали экспериментальную орбитальную станцию. Впервые был осуществлен переход космонавтов из одного корабля в другой. В итоге образовалась первая в мире орбитальная станция. Впоследствии один из участников этого события – А.С.Елисеев – вспоминал подробности тех событий:

«Полет планировалось выполнить немного раньше. Готовилась другая четверка, во главе с Владимиром Михайловичем Комаровым. Но тогда произошла трагедия, полет не получился. И уже вторая попытка выполнялась нашей четверкой. Если говорить о самом нашем полете, у нас все прошло гладко. Никаких отступлений от того, что мы планировали, не было. У нас были осложнения, вернее, не у нас, а у Бориса Волынова во время посадки. Там не было нормального разделения корабля на отсеки. Из-за этого у него сорвался управляемый спуск, и он, скажем так, не очень мягко приземлился. И тогда помимо того, что отрабатывались принципы работы самой станции, одной из задач полета было - отработать возможность аварийного спасения экипажей, когда нельзя войти в корабль, терпящий бедствие, то есть нельзя подстыковаться к этому кораблю и сделать внутренний переход между кораблями. И тогда решили проверить, можно ли спасти через открытый космос. И вот к такому сложному варианту спасения мы готовились. Были созданы корабли, были созданы системе жизнеобеспечения, методика. Мы ее проверили, все получилось. И слава богу, что до сих пор не понадобилось этого делать».

Первая стыковка двух автоматических аппаратов – то есть в полностью автоматическом режиме – тоже произошла в СССР. Это были беспилотные корабли типа «Союз», которые были запущены под названиями «Космос-186» и «Космос-188».

Однако, после успешной стыковки и перехода из одного корабля в другой через стыковочный узел, необходимо было перейти к следующему этапу – стыковка и переход из одного космического аппарата в другой через стыковочный узел, не снимая скафандров. Эта задача стала особенно актуальной в связи с необходимостью работы на орбитальных станциях. Первый такой опыт совершили советские космонавты Владимир Шаталов, Алексей Елисеев и Николай Рукавишников, стартовавшие на корабле «Союз-10» 23 апреля 1971 года, когда было проведено испытание стыковочного узла между кораблем и станцией "Салют-1". Космонавты не входили внутрь орбитальной станции. После этого удачного опыта 16 июня 1971 года стартовал корабль «Союз-11» с экипажем: Георгий Добровольский, Владислав Волков, Виктор Пацаев. Они успешно осуществили стыковку с орбитальной станцией «Салют-1», переход космонавтов в орбитальную станцию и пребывание в ней в течение 23 дней. Экипаж погиб при возвращении на Землю вследствие разгерметизации корабля.

«Союз»-«Аполлон». В ходе эксплуатации орбитальных станций стыковки стали привычными. Следующим важным шагом стала стыковка советского космического корабля «Союз» и американского корабля «Аполлон» на околоземной орбите 15 июля 1975 года.

Этот проект получил название ЭПАС (сокращение от «Экспериментальный полет Аполлон-Союз». Программа ЭПАС была утверждена Соглашением между СССР и США о сотрудничестве в исследовании и использовании космического пространства в мирных целях (24 мая 1972). Основные цели ЭПАС: испытание элементов совместимой системы сближения на орбите; испытание андрогинных (активно-пассивных) стыковочных агрегатов (см. Стыковка); проверка техники и оборудования для взаимного перехода космонавтов из корабля в корабль; накопление опыта в проведении совместно полетов КК СССР и США, включая, в случае необходимости, оказание помощи в аварийных ситуациях. Кроме того, в задачи ЭПАС входили изучение возможности управления ориентацией состыкованных кораблей, связи (межкорабельной), а также координация действий американского и советского центров управления полетом. В процессе подготовки полета советскими и американскими конструкторами был решен комплекс сложных проблем по обеспечению совместимости средств взаимного поиска и сближения космических кораблей, их стыковочных агрегатов, систем жизнеобеспечения, средств связи и управления полетом и т. д.

15 июля 1975 в 15 часов 20 минут по московскому времени с космодрома Байконур был запущен корабль «Союз-19» с космонавтами А. А. Леоновым и В. Н. Кубасовым, а в 22 ч 50 мин с космодрома на мысе Канаверал — корабль «Аполлон» с космонавтами Т. Стаффордом, Д. Слейтоном и В. Брандом. 17 июля в 19 ч 12 мин (на 36-м витке полета КК «Союз») была осуществлена стыковка обоих КК. 19 июля на 64-м витке КК «Союз» была проведена расстыковка кораблей, на 66-м витке корабли были вновь состыкованы. Окончательно корабли расстыковались на 68-м витке, после чего их полет проходил по самостоятельным программам. Общее время полета КК «Союз-19» составило 5 сут 22 ч 31 мин, КК «Аполлон»— 9 сут 1 ч 28 мин, общее время полета кораблей в состыкованном состоянии — 46ч 36 мин. В совместном полете были проведены следующие научные исследования и технические эксперименты: «искусственное солнечное затмение» (изучение с КК «Союз» при затмении Солнца КК «Аполлон» солнечной короны и окружающих КК газов); «ультрафиолетовое поглощение» (измерение концентрации атомарного кислорода и азота в космосе на высоте полета); «зонообразующие грибки» (изучение влияния совокупности факторов космического полета — невесомость, перегрузки, космическое излучение — на основные биологические ритмы); «микробный обмен» (исследование обмена микроорганизмами в условиях космического полета между членами экипажа и экипажами разных КК); «универсальная печь» (выяснение влияния невесомости на некоторые металлургические и кристаллохимические процессы в металлических и полупроводниковых материалах). Важным результатом полета стала унификация стыковочных узлов, что пригодилось в последующих международных полетах, в том числе и на МКС.