Трение о воздух создает значительные тормозящие силы, но это же трение порождает огромное количество теплоты. При такой «энергичной» скорости температура носа сверхзвукового авиалайнера Конкорд достигает 350 °C, а фюзеляжа — 95 °C. Конкорд сталкивается с таким нагревом при скорости, превышающей скорость звука всего в два раза. Орбитальная скорость спутника больше скорости звука в 25 раз, значит, космический аппарат, опускающийся в атмосферу, должен выдерживать температуры трения о воздух в тысячи градусов. Создание космического корабля, защищенного от такого ужасного испытания, было серьезной проблемой и для советских, и для американских инженеров. Поскольку проблема была единой для всех землян, каждая сторона разработала незначительно отличающиеся решения.
Американские космические капсулы имели форму короткого конуса с тупым закругленным концом, действующим как теплозащитный экран, предохраняющий от воздействия плотных слоев атмосферы. Лунная миссия «Аполлона» столкнулась с еще более серьезной проблемой, чем возвращение с орбиты, так как скорость космического корабля увеличилась до 32 скоростей звука (это примерно 40 000 км/ч). Температура среды, окружающей капсулу с возвращающимися астронавтами будет около 2760 °C. Ничего из того, что мы можем создать, не способно долго выдерживать всю силу такого воздействия. Поэтому инженеры «Аполлона» создали теплозащитный экран космического корабля по принципу абляционного материала: теплоизоляционный слой изготовлен в форме сот, в ячейках которого находится феноловая смола; она будет расплавляться и поглощать колоссальное количество теплоты, а затем отслаиваться, унося с собой тепло.
Чтобы снизить силу столкновения с атмосферой, космический корабль «Аполлон» использовал небольшие маневрирующие микродвигатели, обеспечивающие автоматическое управление кораблем путем его ориентирования. Тупоносая капсула создавала максимальную силу лобового сопротивления — и падала. Но с помощью микродвигателей пилот мог слегка наклонить корабль и таким образом, как бы слегка планируя, какое-то время «скользить» вверх. Оснащенная такой техникой, капсула «Аполлона» шла по траектории «американских горок», ныряя носом в плотные слои атмосферы, чтобы сбавить скорость, а затем шла носом кверху и охлаждалась, прежде чем снова нырнуть вниз. Два таких подъема снижали максимальную температуру и уменьшали необходимую толщину теплоизоляционного слоя.
Идущая вниз-вверх траектория «Аполлона» также помогала уменьшить перегрузку, которую должны были испытывать астронавты на борту корабля. При нажатии тормозов вашей машины, идущей на большой скорости, вас с некоторой силой бросит вперед. Теперь представьте, что вы жмете на тормоза при скорости 40 000 км/ч! Астронавты, лежащие в своих креслах спиной к теплозащитному экрану, испытывали все возрастающую силу «тормозного» снижения скорости, которая достигала более чем шестикратной перегрузки, делая вес каждого космонавта больше 450 кг.
Конструкция капсулы космического корабля «Аполлон» обеспечивала максимальное управление с помощью высоких технологий и сложного устройства типично американского профиля. Советские конструкции представляли собой поразительную противоположность, так как их создатели руководствовались принципом экономии и простоты. Капсулы космических кораблей «Восток» и «Восход» были сферическими и не имели управляемого маневрирования при вхождении в атмосферу. Они были рассчитаны на «пассивное» управление ориентацией во время возвращения корабля: расположение тяжелого оборудования внутри капсулы намеренно смещало центр тяжести корабля, и таким образом сфера естественным образом поворачивалась одной стороной к атмосфере. Неуправляемым капсулам приходилось камнем лететь вниз по простой баллистической траектории, которая создавала максимальную перегрузку — более чем восьмикратную. Пилоты истребителей обычно теряют сознание при девятикратной перегрузке.
Домой с Луны: «Аполлон-8», сфотографированный во время возвращения на Землю, декабрь 1968 года
Американские космические капсулы были одноместными, размером чуть больше кабины самолета, до появления капсулы «Аполлона», которая предоставляла несколько больше дополнительной полезной площади. Все капсулы этих космических кораблей были сконструированы так, чтобы при возвращении выдержать вхождение в атмосферу. Советские конструкторы при создании космического корабля «Союз», который стал основным кораблем советских космонавтов, иначе подходили к этой проблеме. «Союз» включал модуль возвращения, еще и орбитальный модуль — «жилую комнату». Вместе они представляли два отдельных пространства на корабле. Все, что не надо было возвращать на Землю (столовое, туалетное и рабочее орбитальное оборудование), находилось в орбитальном модуле, который закрывался и отделялся перед вхождением в атмосферу. В оставшемся модуле, возвращавшемся на Землю, находились только сами космонавты, поэтому он был небольшим и компактным, максимально сокращая вес тяжелой дорогостоящей конструкции, которую надо было сделать такой прочной, чтобы она выдержала воздействие сил, возникающих при вхождении в плотные слои атмосферы. Это было еще одно проявление типично советского подхода.
Вхождение в плотные слои атмосферы подвергает чувствительные компоненты сложной операционной системы космического корабля колоссальным нагрузкам и, как оказалось, является самой опасной частью космического путешествия. В 1967 году Владимир Комаров на корабле «Союз-1» справился с целой серией ужасных неполадок на орбите, которые заставили его перейти к опасному ручному управлению, чтобы приступить к возвращению. После того как капсула, в которой находился космонавт, благополучно завершила выход из горячей фазы возвращения, его парашют, по жестокой иронии судьбы, не смог раскрыться. Заключенный в капсуле, падающей в свободном падении, Комаров погиб, разбившись о землю.
В 1971 году «Союз-11» совершил мягкую посадку, но когда команда спасения открыла люк, то обнаружила всех трех космонавтов, которые не могли в тесном пространстве кабины носить скафандры, мертвыми[7]. Прямо перед вхождением в атмосферу открылся неисправный клапан и выпустил весь кислород в космос, лишив их возможности дышать. Космический корабль автоматически вернул их безжизненные тела на Землю.
Такие трагические неудачи позволяют нам ясно представить всю опасность, связанную с возвращением на Землю. Так мы можем оценить невероятные достижения конструкторов, которые делают возможными успешное возвращение. Ужасная перспектива повторения падения Комарова, разрушения корабля или любой другой трагической неудачи заставляет инженеров оборудовать каждый корабль лучшими средствами защиты, которые они могут создать.
Каждый космический путешественник, ступающий на борт корабля, отправляющийся в полет, готовится вступить в царство небес и войти в книгу истории, увидеть потрясающие вещи и совершить отважные поступки, которые предназначены не для многих. Но когда он пристегнут ремнями безопасности и за ним закрывается люк, он должен не только предвкушать награду, но и осознавать, что за возвращение на Землю он может поплатиться по высшей мере.
На этой фотографии Базза Олдрина на Луне видно отражение Нейла Армстронга, июль 1969 года
7. Далекий приз
К середине 60-х годов проект «Аполлон» широкими шагами двигался к своей цели — посадке на Луну. Миссия «Аполлона» представляла собой кульминацию американского модульного принципа конструирования в применении к пилотируемым космическим полетам. Проект «Меркурий» обеспечил возможность первых пилотируемых полетов, от начальных суборбитальных полетов туда и обратно до кратковременных орбитальных полетов, которые все еще совершались только одним астронавтом. Другим важным шагом был значительно более сложный проект «Джемини», в ходе которого в орбитальное путешествие, длившееся две недели, отправились два астронавта. Проект «Джемини» позволил Соединенным Штатам приобрести навыки, необходимые для полетов на Луну, включая технику орбитального сближения и стыковки. Американская космическая программа была теперь направлена на достижение своей самой смелой цели — наконец высадиться на Луне. Чтобы достичь этого, НАСА ассигновало колоссальные денежные средства и использовало огромные человеческие ресурсы. Успех проекта «Аполлон» опирался на способность НАСА мобилизовать многочисленные кадры талантливых руководителей, инженеров, ученых и астронавтов для достижения этой единственной цели. Эта уникальная по сложности задача требовала проектирования, испытания и запуска космического корабля, способного получить эту далекую награду — Луну.
