Первая космическая ракета под руководством

Первая космическая ракета: фото, видео

Ракета – летательный аппарат, передвигающийся в пространстве благодаря действию реактивной тяги, которая возникает в результате отброса части рабочего тела (собственной массы) аппарата и без использования вещества из окружающей среды. Поскольку полет ракеты не нуждается в обязательном наличии окружающей газовой или воздушной среды, то он возможен как в атмосфере, так и в вакууме. Под понятие «ракета» может подпадать широкий спектр летающих объектов: начиная от праздничной петарды и заканчивая космической ракеты-носителя.

Слово ракета в военной терминологии обозначает класс, чаще всего, беспилотных летальных аппаратов, используемых для поражения удаленных целей и применяющих для полета принцип реактивного движения. В связи с широким разнообразием использования ракет в вооруженных силах, разными родами войск, образовался широкий класс разных типов ракетного оружия. Но когда была запущена первая космическая ракета? Именно об этом мы и расскажем вам ниже.

Первая космическая ракета

Появлению ракет-носителей предшествовала разработка баллистических ракет. Одной из них была, немецкая «Фау-2». Ее использовали американцы в надежде «дотянуться» до космоса. В начале 1944 года было осуществлено несколько попыток запусков. Ракета смогла набрать высоту в 188 км.

Но более существенных результатов смогли добиться только через 5 лет. Тогда американцы на полигоне Уайт-Сэндз выполнили запуск ракеты, которая состояла из 2 ступеней: ракет «Фау-2» и «ВАК-Капрал», которая смогла подняться на 402 км.

Советская наука и техника во второй половине 50-х годов одержала крупнейшую победу – разработана и запущена в космос первая в мире космическая ракета «Спутник» под руководством С.П. Королева.

4 октября 1957 года ракета была запущена и вынесла в космос искусственный спутник земли весом 836 г. Он был примитивным и назывался пс 1. Запуск был состоялся на космодроме Байконур. Ракета справилась со своей задачей – она смогла вывести на орбиту первый искусственный спутник Земли. Разработка ракеты носителя «Спутник» предоставило новые возможности для научных исследований.

Запуски ракеты «Спутник», а также его модификаций «Спутник-3» производились 4 раза, 3 из которых оказались успешными. Затем на его базе создано целое семейство ракет-носителей, которые отличались повышенными значениями мощности и другими важными характеристиками.

Двухступенчатая ракета-носитель состояла из пяти блоков: 4 боковых (блоки Б, В, Г, Д), составлявших в сумме перde. Ступень, и 1 центрального (блок А), который выступает второй ступенью ракеты.

Вес первой ракеты с полным запасом топлива составляет 267 тонн, а вес второй – 58 тонн. Сухой вес ракеты «Спутник» 22 тонны. Эти показатели говорят о высоком конструктивном совершенстве системы. В ней на долю топлива проходилось 93 процента веса обеих ступеней и около 7 процентов – на остальные компоненты конструкции, включая двигатели.

• Абсолютная длина ракеты – 29,167 метров.
• Диаметр по воздушным рулям – 10,3 метров.
• Длина боковых блоков – 19 метров, диаметр – 3 метра.
• Длина центрального блока – 28 метров, диаметр 2,95 метра.

На «Спутнике» установлены жидкостные ракетные двигатели, отличающиеся высокими для того периода энергетическими характеристиками. Над их разработкой работал коллектив ГДЛ-ОКБ, которым руководил В.П. Глушко. На всех блоках первой ступени установлен двигатель РД-107 с 4 основными камерами сгорания и 2 рулевые с 1 общим турбона-сосновым агрегатом. При старте ракеты все двигатели развивали тягу 99,5 т. Общая тяга всех двигателей 4 блоков первой ступени – 398 т.

Центральный блок ракеты (вторая ступень) имела двигатель РД-108 с тягой 93 тонны у Земли. Его 4 рулевые и 2 основные камеры сгорания питались общим турбо-насосным агрегатом. И рулевые, и основные двигатеил работали на жидком кислороде и керосине, а турбина ТНА работала на продуктах разложения 82 процента перекиси водорода.

Во время старта сразу включались двигатели всех пяти блоков, первой и второй ступени «Спутника». Их общая тяга – 491 тонна. По мере подъема во все более разряженные слои воздуха тяга только увеличивалсь. В «пустоте» тяга РД-107 достигала 102 тонны, а РД-108 – 96 тонн. Удельная тяга Двигателей первой ступени на Земле составляла 250 с, а двигателя второй ступени в «пустоте» достигала 308 с.

Ракета «Спутник» оснащена надежной системой управления, отвечающей строгим самым жестким требованиям. Ее создала группа специалистов, которой руководил Н.А. Пилюгина.

Через 1 месяц после запуска первого искусственного спутника Земли, 3 ноября 1957 года вторая ракета-носитель вывела на орбиту первый биологический искусственный спутник Земли, в абсолютно герметичной кабине которого находилась собака Лайка.

Общая масса аппаратуры, источников электропитания второго ИСЗ и подопытного животного превышал 500 килограмм. В мае 1968 года ракета такого же типа «Спутник» подняла в космос 3 советский ИСЗ, весом 1327 кг. В этот раз это была многоцелевая автоматическая летающая лаборатория с огромным количеством разных научных приборов, многоканальной телеметрической системой и прочим бортовым оборудованием. Благодаря запуску этих ИСЗ и было положено начало всестороннего освоения и развития космического пространства.

Космическая программа СССР, разработанная в конце 50-гг., предусматривала необходимость увеличения энергетических возможностей ракет-носителей, в результате чего, увеличилась бы масса полезного груза. В соответствии с поставленной задачей коллектив во главе с С.П. Королевым (главный конструктор ракетно-комических систем) приступил к активному совершенствованию двухступенчатой ракеты и на ее основе создал трехступенчатую, после чего четырехступенчатую ракеты. При несущественном увеличении стартового веса такие ракеты поднимали полезный груз в 3, а то и в 4 раза больший, чем «Спутник».

Современный этап

В настоящее время самым мощными являются ракеты-носители «Протон-М» отечественного производства, европейские «Ариан-5», американские «Дельта-IV Heavy». Запуск ракеты подобных типов позволяет вывести на орбиту (200 км в высоту) полезный груз массой до 25 тонн. Такие аппараты могут донести до геопромежуточной орбиты приблизительно 6-10 тонн и до геостационарной – 3-6 тонн.

Отдельного внимания заслуживают ракеты-носители «Протон», так как они отыгрывали немалую роль в освоении космоса. Их использовали для реализации разных пилотируемых программ, в т.ч. для отправки модулей орбитальной станции «Мир». С его помощью в космос были доставлены «Звезда» и «Заря», важнейшие блоки МКС. Невзирая на то, что не все полезные запуски подобных ракет были успешны, «Протон» и сейчас остается самым востребованным ракетным-носителем: каждый год осуществляется примерно 10-12 стартов.

Запуски ракет: статистика

В целом с начала 20 века активность на космодромах мира существенно упала. Если сравнивать двух лидеров в этой отрасли – Россию и США, то последние каждый год производят намного меньше запусков, по сравнению с первой страной. В период с 2004 по 2010 год с космодрома Америки было запущено 102 ракеты, которые успешно справились с поставленными задачами. К тому же, было 5 неудачных запусков. В России успешно завершилось 166 стартов, а 8 закончились аварией.

Среди числа неудачных запусков аппаратов особо заметными являются аварии «Протон-М». С 2010 по 2014 год в результате таких неудач были потеряны не только амии ракеты-носители, но и несколько спутников и даже один иностранный аппарат. Конечно же, подобная ситуация с одной из самых мощных ракет-носителей не могла остаться без внимания: были уволены чиновники, а также причастные к возникновению таки неудач. Кроме того, начали создаваться проекты по совершенствованию космической индустрии России.

Сегодня, как и 50 лет назад, человек не менее заинтересован в освоении космоса. Современный этап отличается возможностью плодотворного международного сотрудничества, что эффективно реализуется в проекте МКС. Но многие моменты нуждаются в доработки, пересмотра или модернизации. Хочется верить, что с использованием новых технологий и знаний статистика запусков в будущем будет более радужной.  

<

Р-2 — первая советская двухступенчатая ракета, поднявшаяся в воздух в 1948 году — и фактически следующий шаг человека в космос, сделанный после запуска ФАУ-2

Немецкое наследие в ракетостроении

В 1944 году случилось важнейшее событие, в мирное время потрясшее бы мир. Но, вовсю шла Вторая Мировая война, поэтому триумф конструкторов утонул в грохоте орудий. Что же случилось? Немецкая ракета ФАУ-2 была запущена вертикально вверх и поднялась на высоту 188 километров. Напомню – высота 100 километров, считается границей ближнего космоса.

ФАУ-2 была в первую очередь оружием, причем оружием гитлеровского режима. Страшного и преступного. Поэтому о том рекордном полете особенно говорить не принято, хотя факт остается фактов: ФАУ-2 была настолько быстрой, что буквально опередила свое время. После войны и США и СССР заполучили документацию на эту ракету (а США даже её конструктора заполучили, и позволили ему работать “по профессии”!) и наладили производство аналогов у себя.

У американцев эта ракета называлась “Гермес“, у нас – “Р-1“, однако и в СССР и в США она рассматривалась только как “действующий прототип”. Всем было очевидно – нужно совершенствовать конструкцию, улучшать, обновлять, в общем делать что-то свое.

Работы над “своей” ракетой в СССР возглавил Сергей Павлович Королёв. Его детище носило рабочее название “Р-2“. В октябре 1947 года, министр вооружений Устинов Д. Ф. и начальник отдела НИИ-88 этого же министерства Королев С. П. были приглашены в Кремль. Королев С. П. доложил о результатах проведенных пусков ракет ФАУ-2, эскизных проработках новой ракеты Р-2.

Сталин сдержанно воспринял доклад Королева: «Сначала надо завершить работы по Р-1». Это было его решение. Оно было продиктовано необходимостью быстрейшего задействования КБ, НИИ, заводов, выделенных для развертывания в стране новой отрасли промышленности – ракетостроения. Заводы не могли простаивать, пока будут получены положительные результаты испытаний новой ракеты. Поэтому и была принята ракета Р-1 в качестве первого живого образца, в процессе освоения которой была бы налажена необходимая кооперация разработчиков, отработана технология производства подобного рода изделий.

Отличия ракеты Р-2 от Р-1

В чем же состояло конструктивное отличие ракеты Р-2 от Р-1? Основное – в отделении головной части от корпуса в конце активного участка полета, чем решалось множество задач: снижалось требование к прочности корпуса ракеты, так как исключалась необходимость в нем на пассивном участке траектории, где тепловые нагрузки были значительно больше, чем на активном участке; вышеуказанное, в свою очередь, позволяло применять алюминиевые сплавы вместо стали на баке горючего и использовать его несущим – как корпус, а также отказаться от теплозащиты.

Это выявило разительные достоинства новой конструктивной схемы: масса незаправленной ракеты Р-2 была только на 350 кг больше массы незаправленной ракеты Р-1, притом стартовый вес первой был на 7 тонн больше, чем достигалась дальность стрельбы 600 км, против 300 у ракеты Р-1.

Компоновка ракеты Р-2 предусматривала расположение приборного отсека непосредственно над хвостовым отсеком, а не возле головной части, как у ракеты Р-1. Это существенно облегчало обслуживание аппаратуры системы управления. Указанные работы были выполнены коллективом ракетчиков С. П. Королева.

Коллективом двигателистов под руководством Валентина Петровича Глушко была проведена работа по форсированию двигателя РД-100 ракеты Р-1 по тяге на 7 тонн и другие изменения, в результате для ракеты Р-2 был изготовлен новый двигатель РД-101, на треть мощнее и на четверть легче предшественника.

Для улучшения точности попадания система управления, коллективом Николая Алексеевича Пилюгина была дополнена системой боковой радиокоррекции, снижающей параллельный снос ракеты, к которому автономная система управления была нечувствительна. Для реализации радиокоррекции требовалось размещение за стартовой позицией на расстоянии 25-30 км от старта, специальной аппаратуры БРК контролировавших поведение ракеты в полёте. Радиопередатчик БРК работал в метровом диапазоне волн.

Его мощность передавалась через специальный антенный коммутатор на две директорные антенны, разнесенные на 100 м друг от друга. Коммутатор обеспечивал симметричное качание луча, относительно линии прицеливания. В крайних положениях сигнал модулировался разными частотами. Это позволяло бортовому приемнику ракеты определить направление отклонения, а системе управления дать сигнал на коррекцию траектории.

Изменение габаритов ракеты Р-2 по сравнению с Р-1, новая компоновка приборного отсека потребовали от коллектива В. П. Бармина разработки новой системы наземного оборудования, обеспечивающей мобильность и безотказность действия всех агрегатов…. В итоге, Р-2, хотя и базировалась на идее и наработках Р-1, на деле представляла собой совершенно новую ракету, отличную от прародителя по всем параметрам. На основе осмысления чужого опыта, советским ученым действительно удалось создать собственную ракету.

25 мая 1949 года на полигоне был впервые в СССР проведен вертикальный пуск экспериментальной ракеты Р-1А, с целью отработки для ракеты Р-2 принципов отделения головной части ракеты: определения характера изменения тяги двигателя после его выключения для выбора момента отделения головной части и расчета необходимой отталкивающей силы.

В головной части ракеты, кроме того, устанавливались два контейнера с научной аппаратурой для исследования параметров верхних слоев атмосферы и прохождения в них дециметровых и сантиметровых радиоволн. Контейнеры спасались при помощи парашютных систем. Всего было четыре пуска на высоту 110 и 210 км.

Серийное производство ракеты Р-2

В сентябре 1949 года на стартовую площадку полигона (пл. № 4) была доставлена ракета нового типа Р-2Э (экспериментальная). Это был первый отечественный образец, выполненный по новой конструктивной схеме.

За два осенних месяца 1949 года было проведено 5 пусков этой ракеты, которые подтвердили работоспособность систем и агрегатов, надежность конструкции, правильность исходных теоретических предпосылок. В период 1950 – 1951 годов было проведено 30 летно-конструкторских пусков ракеты Р-2, из которых 24 были удачными. Надежность ракеты составила 80%.

27 ноября 1951 года ракетный комплекс с ракетой Р-2 был принят на вооружение. В 1952 году на полигоне были проведены 14 пусков серийных ракет Р-2, изготовленных на Днепропетровском ракетном заводе (предшественнике Южмаша). Надежность серийных ракет составила 86%. Разработка ракетного комплекса и систем ракеты Р-2, выполненной по новой конструктивной схеме, заложила основу дальнейших ракетных комплексов.

Как бы пафосно это не звучало: именно эти события были первыми шагами нашей страны на пути исследования Космоса. Что особенно приятно – шаги эти были сделаны самостоятельно.

В этот день многое было иначе, чем сегодня. В этом старте многое было непросто и, главное, было впервые. Первого космонавта Земли поднял в космос исторический старт машины, жизнь которой продолжается и поныне в сегодняшних потомках.

Ракета

Ракета, создаваемая как боевая межконтинентальная Р-7, стала космической раньше, чем боевой. Этот парадокс объясним: космической ракете не нужно нести заряд к цели сквозь атмосферу. Выполнить полностью боевую полетную задачу — доведение головной части до земли без разрушения в атмосфере — удалось лишь через полгода после первого космического пуска, в мае 1958 года. В сравнении с этим выведение на космическую орбиту оказалось проще — нужно только отработать ракете.

С двухступенчатой боевой ракеты сняли все, что делало ее оружием,— боевую головную часть и тяжелый (потому что прочный, он нес головную часть) аппаратный отсек системы управления полетом. Систему управления упростили, сделав легче. Космический вариант боевой ракеты, названный «Спутник», только после подтверждения выхода первого спутника на орбиту слетал в космос два раза, запустив с месячным интервалом первый и второй спутники. У его доработки «Спутник-3» было два пуска: один — с разрушением ракеты (ее разорвало возросшими колебаниями конструкции в конце второй минуты полета), один — успешный. Итог четырех пусков космической ракеты — три выведения на орбиту.

Но выводимый груз нужно было увеличивать. Космическая грузоподъемность даже улучшенного двухступенчатого «Спутника-3» была меньше сегодняшней «Газели» — 1300 кг. А конструкцию, на которой предстояло лететь и возвращаться человеку, требовалось везти полноценным грузовиком. Она выходила под 5 т. Нужен был в разы более грузоподъемный космический носитель.

Для кардинального увеличения грузоподъемности сверху поставили третью ступень, удлинив ракету до привычного нам вида. Ступень, названная блоком Е, осуществляла конечный разгон массивного груза до орбитальной скорости на низкой орбите. Получившуюся ракету-носитель назвали «Восток». Она (высота — 38 м, размах по концам стабилизаторов — 10 м, стартовая масса — 287 т) поднимала на низкие орбиты максимальную массу в 4,725 т — столько должен был весить корабль с человеком. «Восток» и отработал 12 апреля 1961 года историческое полетное задание.

Ракета, предназначенная к запуску в этот день, по степени надежности была совсем не такой, как сегодняшние изделия. Она показывала неважную статистику полетов. Неважную по меркам сегодняшнего дня, конечно; тогда другой не было, и работали с тем, что создавалось. Первые 14 пусков ракета имела индекс 8К72, и половина из них закончилась авариями. Иными словами, надежность первого варианта трехступенчатой ракеты составляла 50%, с равновероятным «полетит — не полетит». И тем не менее ее эксплуатация продолжалась. Доработанный вариант ракеты с индексом 8К72К слетал три раза: первый — авария, два — успешных. На нем и предстояло лететь Гагарину.

До старта Гагарина этой ракете удалось успешно полететь в космос всего 12 раз, начиная с первого спутника. С первым стартом трехступенчатого «Востока» с «Луной-1» 2 января 1959 года, за два с небольшим года до пилотируемого полета. Считаясь успешным, пуск не выполнил свое полетное задание, промахнувшись по Луне (с первым в истории выходом на гиперболическую траекторию и покиданием гравитационной хватки Земли). Наряду с успешными пусками произошло девять аварийных. Надежность ракеты по доле успешных пусков, таким образом, составляла 57% — значение, которое сегодня для эксплуатируемой техники представляется с трудом, не говоря уже о космических средствах для пилотируемых полетов.

Аварийные и успешные пуски «Востока» шли вразнобой, сериями и одиночно, чередуясь между собой. Серии аварий начинались с трех подряд (что нормально для первых пусков), аварийную «двойку» дополняли одиночные аварии. Успешные серии не превышали двух пусков — три успешные «двойки» непременно обрывались авариями. Перед стартом Гагарина как раз было два успешных пуска подряд — успешная «двойка». По фактической статистике полетов, за этим всегда следовал аварийный пуск. Успешные серии-«тройки» не удавались еще ни разу.

Предварительная… Промежуточная… Главная… Поехали!

Старт ракеты с Гагариным происходил не так, как автомобильный: повернул ключ зажигания, завел и поехал. Исполнительная команда зажигания прошла в виде электрического тока на тонкие проводки внутри пиротехнических воспламенительных устройств, засунутых на концах толстых березовых палок в каждую камеру сгорания. Это были прессованные шашки зажигательного состава, похожие на фальшфейеры или настольные фейерверки. Наружное зажигание, то есть поджигание через сопло. Как только воспламенители хором загорелись, всяк в своей камере сгорания, в каждой шашке тут же перегорел тонкий медный проводок-сигнализатор. Электрический сигнал, проходивший через этот медный волосок, пропал. Потеря сигнала — это тоже сигнал. Он через серию воздействий привел к приоткрыванию клапанов жидкого кислорода и керосина в недрах ракеты.

Сначала кислород, а потом и керосин просто самотеком — никаких насосов! — начали сливаться из водонапорной (точнее, топливонапорной) башни ракеты, как вода из крана на первом этаже. И заливать соответствующие полости в двигателях — трубопроводы, расширения, различные каналы, объемы, коллекторы. Наконец, топливные компоненты потекли внутрь камер сгорания, навстречу друг другу. В этих тайных газодинамических пещерах они смешались при выходе из форсунок, и топливной смесью попали прямо на горящую пиротехнику, от которой зажглись мощно и ярко, как и положено керосину с жидким кислородом. Внизу ракеты полыхнуло. Появились клубы огня.

В этой фазе запуска, через 9 сек. после зажигания, на стартовом столе стояла высокая островерхая дюралевая башня, залитая под завязку топливными компонентами, а в ее низу ярко пылал льющийся самотеком керосин вместе с жидким кислородом. Это состояние простого горения в камерах самотечного топлива называется режимом предварительной ступени (первая стадия работы двигателей). Первой ступенькой устойчивого режима горения, который можно спокойно измерить. Контроль давления в камерах начался через полсекунды после выхода на предварительную ступень и длился целую секунду.

За эту контрольную секунду ничего не изменилось: подача, горение и давление в камерах, еще совсем небольшое, были стабильными. Лишь теперь, при спокойно пылающих камерах сгорания, в каждый двигатель пришла команда на запуск турбонасосного агрегата, до этого не работавшего. Специальное топливо для турбонасосного агрегата (концентрированная, маловодная перекись водорода H2O2) начало поступать в особый реактор — газогенератор, в котором перекись разлагалась твердым катализатором на кислород и водяной пар. Эта горячая и сильно сжатая смесь направилась в сопловой аппарат турбины, откуда струя парогаза ударила в лопатки газовой (и одновременно паровой) турбины, раскручивая ее все быстрее.

Вал турбины обвешан гидравлическими насосами, образуя турбонасосный агрегат. Два больших топливных насоса — главные насосы горючего и окислителя — являются основными. Они закачивают — уже под большим создаваемым давлением — керосин и кислород в камеры сгорания двигателя. Давление нужно для форсунок камеры сгорания, чтобы керосин и кислород распылялись интенсивнее, сильнее, тоньше, лучше смешиваясь и одновременно больше поступая в камеру.

Лучше смешалось — значит, ровнее, полнее и сильнее сгорело, выше температура продуктов сгорания. Больше поступило и сгорело топлива — выше давление в камере сгорания. Горячий газовый поток с высокими температурой и давлением проходит через канал реактивного сопла, становится в нем сверхзвуковой реактивной струей и создает тягу двигателя, которая сейчас пока еще невелика.

Заодно турбина раскручивает насос перекиси водорода для своей работы и насос жидкого азота. В соседнем теплообменнике жидкий азот испаряется и в виде газа идет в топливные баки ступени для их наддува. Ведь топливные компоненты из баков выкачиваются, а чем заполнять освобождающееся пространство, возникающую там пустоту? Без наддува слив топлива из баков будет слабый, а наружный воздух сомнет баки своим давлением.

Турбина раскручивается и разгоняется все сильнее. Давление за главными насосами окислителя и горючего растет. Наконец, турбонасосный агрегат начинает подавать топливо в камеры сгорания с такой силой, что давление огня вырастает до 25 атмосфер. Топливные компоненты текут теперь из баков мощным потоком, создаваемым сильно раскрутившимися топливными насосами. Площадку старта затянули грохот и рев набирающих силу реактивных струй. Развивается большая тяга, сильно подпирающая ракету снизу. Эта стадия запуска называется «промежуточная ступень».

Все готово к началу полета: турбина ревет, насосы выбрасывают керосин и жидкий кислород с большим давлением, в двигателях горит много топлива. С выросшей тягой ракета уже практически стоит на столбах огня, почти не опираясь на ферменные опоры. Как только тяга двигателей превысит вес ракеты, начнется движение вверх.

Оно началось с дальнейшей раскруткой турбины. Закачка топлива в камеры четырех боковых блоков ракеты выросла до режима второй промежуточной ступени. В этом режиме сила тяги двигателей превысила вес ракеты. Не придавливаемые ракетой, освободились и разошлись четыре ферменные опоры. Полет начался. Первые десять сантиметров движения ракеты вверх освободили контакт подъема. Он зафиксировал уход ракеты со стартового стола и измерил время отрыва. Реактивные струи второй промежуточной ступени боковых блоков не так сильно обрушились на стартовый стол, давая ракете отойти от него. Пять секунд — полет нормальный.

А где же главная ступень? Вверху ведь и она упомянута в общем ряду?

На режим главной ступени тяги вышел только центральный блок ракеты одновременно с режимом второй промежуточной ступени у боковых блоков. Он обеспечил уверенный отрыв ракеты от опор и плавное начало подъема. Боковые блоки перешли на главную ступень тяги уже в полете, на шестой секунде после ухода со стартового стола. Турбины раскрутились до номинальных рабочих оборотов. С полной подачей керосина и кислорода давление в камерах сгорания выросло до 60 атмосфер; тяга выросла до полной. Взлететь с площадки мало; главная работа ракеты — сильно разогнать свой груз. Поэтому ракета ускоряется, разгоняемая избытком тяги над ее весом.

Ускорение можно выразить в земных ускорениях силы тяжести, получится перегрузка. Она вдавила космонавта в кресло. Гагарин был опытный и хорошо тренированный летчик, много летавший в перегрузках. Их рост и спад, даже небольшие изменения, он чувствовал уверенно. Поэтому он сразу ощутил прирост перегрузки, когда вся ракета перешла в режим главной ступени, на полную тягу двигателей. По новой перегрузке он понял, что ракета пошла на полной тяге. И тогда Гагарин произнес свое бессмертное «Поехали!».

В ходе выведения

Выведение на орбиту шло расчетным образом, без нештатных ситуаций. Ракета работала хорошо. Об этом говорил и сам первый космонавт в докладе на заседании Государственной комиссии на следующий день после полета:

«В районе 70 сек. плавно меняется характер вибрации. Частота вибрации падает, а амплитуда растет. Возникает как бы тряска. Потом постепенно эта тряска затихает, и к концу работы первой ступени вибрация становится такой же, как в начале ее работы. Перегрузка плавно растет, но она вполне переносимая, как на обычных самолетах. Примерно 5g. При этой перегрузке я вел все время репортаж и связь со стартом. Было несколько трудно разговаривать, так как стягивало все мышцы лица. Несколько поднапрягся. Дальше перегрузка стала расти, достигла своего пика и начала плавно уменьшаться. Затем почувствовал резкий спад перегрузки. Ощущение было таким, как будто что-то сразу отрывается от ракеты. Почувствовал что-то вроде хлопка. При этом резко упал шум. Будто возникло состояние невесомости, хотя в это время перегрузка примерно равна 1. Затем опять появляется и начинает расти перегрузка. Начинает прижимать к креслу, уровень шума значительно меньше. На 150 сек. отделился головной обтекатель. Процесс очень яркий. Получился толчок, хлопок…

Когда идет ракета, то по “взору” можно наблюдать, что она немножко колеблется вокруг продольной оси по крену, но колебания незначительные. Ракета как бы живет.

К концу работы первой ступени, когда слетел головной обтекатель, во “взоре” горизонт немного до верхнего края не доходил. Ракета шла с некоторым углом тангажа (наклоном продольной оси ракеты к плоскости местного горизонта.— Н. Ц.). Затем к концу работы второй ступени она легла по горизонту и даже несколько ниже горизонта… На 211 сек. опять плавно начали нарастать перегрузки. Вторая ступень выключается примерно так же, как и первая. При этом происходит такой же резкий спад перегрузок и падение шума, такое же ощущение невесомости.

Невесомость была примерно секунд 10–15 до включения третьей ступени. Затем слышал глухой хлопок и включение третьей ступени… Очень плавно стала появляться перегрузка… Начал увеличиваться угол тангажа, и к концу работы третьей ступени примерно только половина внешнего кольца “взора” была занята горизонтом… Выключение третьей ступени было резким. Перегрузка немножко возросла, почувствовал резкий хлопок. Примерно секунд через 10 произошло разделение. При этом почувствовал толчок. Корабль начал медленно вращаться».

При работе каждой ступени перегрузка с начального значения каждый раз плавно увеличивалась. Это происходило потому, что при постоянной тяге двигателя ступень расходовала топливо, уменьшая свою массу. Ускорение, как отношение силы тяги к массе ракеты, плавно возрастало с выработкой топлива, достигая максимума при почти опустевших баках ступени.

После выключения двигательной установки сила тяги, ускорение и перегрузка исчезали. Чтобы снова появиться с началом работы следующей ступени. Этот цикл появления перегрузки, ее плавного нарастания и исчезновения при выключении двигателя повторялся у каждой ступени.

Орбита без подстраховки

Орбита, на которую планировалось вывести корабль «Восток», должна была получить перигей (нижнюю точку) с высотой 180 км и апогей (верхнюю точку) с высотой 235 км. Это низкая почти круговая орбита с оптимальными для полетного задания значениями высоты. Плотность остатков атмосферы на этих высотах удовлетворяла сразу двум задачам: краткосрочной задаче выполнения витка и долгосрочной задаче схода с орбиты.

Аэродинамическое торможение на этих высотах достаточно слабое и легко позволяет сделать не только один полный оборот корабля вокруг Земли, но и более полусотни оборотов. Одновременно торможение атмосферы здесь достаточно сильное, чтобы свести аппарат с орбиты за четверо суток полета.

Это было необходимо на случай отказа тормозной двигательной установки корабля, а отказы только создаваемой техники были вполне вероятны. Поэтому система жизнеобеспечения корабля «Восток» была рассчитана на десять дней полета в случае вынужденного долгого пребывания на орбите. С двукратным запасом к расчетным четырем дням полета при отказе тормозного двигателя корабля.

Точные значения высот получившейся орбиты задает третья ступень ракеты. Работа ее двигательной установки, разгоняя полезную нагрузку, все время повышает высоту противоположной точки орбиты. Сначала это перигей, причем находящийся под поверхностью Земли; перигей поднимается в атмосферу, потом — над атмосферой. Пройдя высоту, на которой сейчас работает ступень (в этот момент орбита получается круговой), поднимающаяся противоположная точка орбиты становится апогеем, продолжая набирать высоту. Остановка двигателя ступени означает остановку подъема апогея на его текущей высоте. Поэтому двигатель третьей ступени должен выключиться строго в заданный момент, когда апогей на противоположной стороне орбиты достигнет расчетной высоты 235 км.

Точность формирования орбиты задается работой системы управления полетом. В то время бортовые инерциальные системы измерения движения, которые самостоятельно измеряют движение борта, были не так точны, как сегодня. Инерциальная система наведения боевой ракеты Р-7 давала промах в десятки километров. Поэтому инерциальная система управления полетом дополнялась командной радиосистемой. Каким образом? Движение ракеты измерялось наземной аппаратурой измерительных пунктов — радиолокационной и радиотехнической. Полученные данные позволяли оперативно определить отклонения ракеты от расчетной траектории. На основе этих отклонений формировались управляющие команды, передаваемые с командно-измерительных пунктов на борт ракеты по радиоканалу.

По командной радиолинии и выключался двигатель третьей ступени. При достижении расчетной скорости, обеспечившей высоту апогея 235 км, на борт ракеты поступила радиокоманда на выключение двигателя. Но она осталась неисполненной из-за неустойчивой работы бортового преобразователя постоянного тока в переменный. Двигательная установка третьей ступени продолжала работать, поднимая высоту апогея все выше. Двигатель выключился позже, чем было нужно, по команде дублирующей бортовой автономной системы управления, настроенной на более высокое значение скорости ступени в качестве параметра отключения.

В итоге запоздалого выключения двигатель проработал дольше необходимого. Это привело к дополнительному разгону корабля на лишние 25 м/сек. В результате апогей поднялся до 327 км, что примерно на 92 км превышало расчетную высоту.

Атмосферное торможение на такой высоте существенно ниже. Накапливаемое за один виток уменьшение скорости корабля получалось меньше, и для схода с орбиты за счет аэродинамического торможения потребовалось бы, по разным оценкам, от 20 до 50 дней. Теперь в случае реализации такого сценария первого космонавта ожидала неминуемая гибель на орбите из-за исчерпания ресурсов жизнеобеспечения. Ракета, вынесшая человека за атмосферу и доставившая на космическую орбиту, в последний момент работы допустила отказ одной из своих многочисленных систем, оставив Гагарина на орбите без запасного варианта возвращения.

Благополучное завершение полета и полетной судьбы

К счастью, нерасчетный подъем апогея орбиты Гагарина был некритичным и не помешал первому полету человека в космос. После выполнения большей части витка пришло время торможения для схода с орбиты. Тормозная двигательная установка корабля «Восток» отработала в целом нормально, обеспечив сход спускаемого аппарата с орбиты. Но она сработала тоже не совсем так, как было рассчитано. Двигатель должен был работать 41 сек., однако выключился на секунду раньше. Также возникла нештатная закрутка корабля. Досрочное выключение тормозного двигателя привело к невыполнению команды на автоматическое отделение спускаемого аппарата с космонавтом от приборного отсека. Но через десять минут после начала тормозного импульса отсеки корабля все же разделились. В результате этой цепи событий Гагарин благополучно приземлился в нерасчетном месте — в Саратовской области, недалеко от села Смеловка.

Но особенности схода с орбиты корабля «Восток» уже не относились к работе ракеты-носителя. Главная задача полета — виток вокруг Земли с успешным приземлением космонавта — была выполнена и кораблем, и ракетой. Первый в мире полет человека в космос состоялся и окончился благополучно.

Так ракета «Восток» стала первой пилотируемой ракетой, запустившей человека в орбитальный космический полет. Ее дальнейшая работа была долгой и плодотворной. После исторического пилотируемого запуска «Восток» летал в двух последовавших модификациях еще 30 лет. За это время было произведено 147 пусков ракеты. Из них только семь оказались аварийными — это совсем другая статистика, чем во время полета Гагарина. Летная служба «Востока» завершилась 29 августа 1991 года последним успешным пуском, показав непрерывную успешную серию из 81 пуска, длившуюся 22 года.

Было создано множество более поздних модификаций ракеты, уже с другими названиями, сделав ее самой летающей в мире. «Восход», «Молния», «Молния-М», «Союз», «Союз-Л», «Союз-М», «Союз-У», «Союз-У2», «Союз-ФГ», «Союз-2а», «Союз-2б», «Союз-2в». Этими ракетами выполнено свыше 1600 космических запусков, в том числе все пилотируемые пуски СССР и России за последние полвека. Полеты космонавтов и сейчас продолжаются на них как нескончаемый путь, открытый полетом Гагарина на ракете «Восток».