Советский Союз готовил достойный ответ США на программу "Аполлон"
21 июля исполняется 50 лет первой экспедиции американских астронавтов на Луну. На ее поверхность вышли Нейл Армстронг и Эдвин (Базз) Олдрин. Даже спустя полстолетия это поражает воображение. В Советском Союзе также велись работы по лунной программе, но они остались незавершенными и были закрыты.
Большинство источников, повествующих об отечественной лунной программе, историю проекта завершают констатацией: после успешного выполнения и закрытия программы "Аполлон" СССР, поняв, что на фоне достижений США наши технические решения будут выглядеть слабо, прекратил работы в этом направлении. Это не совсем верно. В СССР на высоком техническом уровне велись опытно-конструкторские работы по модифицированной программе изучения и колонизации Луны вслед за американскими достижениями.
У нас и у них
В апреле 1971 года после окончания Московского авиационного института я пришел в ЦКБЭМ (ныне НПО "Энергия"). Тогда еще полным ходом шли работы по созданию советского лунного комплекса Н1-Л3 в составе трехступенчатой ракеты Н1 и пилотируемого корабля Л3. Головным разработчиком проекта было ЦКБЭМ.
К тому времени ЦНИИмаш, головной институт отрасли, собрал и обобщил открытую информацию американцев по ракете "Сатурн-5" и космическому кораблю "Аполлон". По этим материалам выпущена книга "Программа "Аполлон", предназначавшаяся специалистам и предприятиям отрасли. Собранная информация была простой, доступной и давала общее представление о принятых американцами принципиальных технических решениях.
Привлекали внимание относительная простота структуры и компоновки ракеты "Сатурн-5" с кораблем "Аполлон", а также рациональный выбор динамических операций при осуществлении лунной экспедиции.
“ Три аварийных пуска Н1 из четырех случились по причине отказов двигателей ”
"Сатурн-5", как и наша Н1, состояла из трех ракетных блоков, но после выведения корабля на орбиту Земли осуществляла его доразгон на траекторию полета к Луне с использованием третьей ступени при повторном включении ее двигателя.
Интересно сопоставить обе программы. Наш лунный комплекс Л3 имел четыре ракетных блока: два автономных (Г и Д), один (Е) в составе лунного корабля (ЛК) и один (И) в составе лунного орбитального корабля (ЛОК).
Блок Г осуществлял разгон комплекса Л3 с орбиты Земли на траекторию полета к Луне, после чего отделялся. Коррекция траектории и торможение Л3 для выхода на орбиту Луны осуществлялись с помощью блока Д. На орбите Луны один космонавт переходил через открытый космос из ЛОК в ЛК, после чего ЛОК отделялся и оставался на орбите.
Блок Д осуществлял основное торможение ЛК при посадке на Луну и отделялся от него на высоте порядка километра. Далее запускался двигатель блока Е в составе ЛК, с его помощью осуществлялись окончательное торможение и маневр посадки.
Старт ЛК с поверхности Луны, выход на орбиту и стыковка с ЛОК также осуществлялись с помощью блока Е, двигатель которого был задублирован. Далее после перехода космонавта через открытый космос из ЛК в ЛОК лунный корабль отделялся.
ЛОК с помощью блока И выполнял разгон с орбиты Луны на траекторию возвращения и ее коррекцию для обеспечения расчетных условий входа спускаемого аппарата в атмосферу Земли.
Корабль "Аполлон" имел три двигательные установки – одну в основном блоке и две в составе лунной кабины. ДУ основного блока обеспечивала выдачу импульсов для коррекции траектории полета к Луне и выхода на ее орбиту. Затем два астронавта через внутренний люк-лаз переходили в лунную кабину, после чего она отделялась. Сход с орбиты, торможение, предпосадочный маневр и посадка осуществлялись с помощью ДУ посадочной ступени, старт лунной кабины, выведение на орбиту и стыковка с основным блоком – с помощью ДУ взлетной ступени.
Далее два астронавта через люк-лаз переходили в отсек экипажа основного блока, после чего ступень отделялась, вырабатывала тормозной импульс и падала на поверхность Луны. ДУ основного блока осуществляла разгон с орбиты Луны на траекторию полета к Земле и необходимую коррекцию для обеспечения расчетных условий входа отсека экипажа в атмосферу.
Специалисты ЦКБЭМ, сравнивая наш и американский подходы, сходились в том, что лунный комплекс, созданный за океаном, по показателям технического риска выглядел предпочтительнее из-за меньшего количества ракетных блоков в своем составе. В программе полета "Аполлона" отсутствовали рискованные операции по переходам через открытый космос, а также маневры, аналогичные отделению блока Д от лунного корабля и запуску двигателя блока Е в составе ЛК на траектории спуска непосредственно у поверхности Луны.
Проблемы сверхтяжа
Летные испытания сверхтяжелой РН Н1 начались позже, чем ракеты "Сатурн-5", и не имели успеха. Первый пуск состоялся в феврале 1969 года и закончился аварией на 69-й секунде полета. Уже в июле был проведен второй пуск. Он имел катастрофические последствия – ракета упала на стартовый стол, взорвалась и разрушила стартовое сооружение.
Испытания были остановлены. Выводы аварийной комиссии, а также отзывы Министерства обороны содержали принципиальные замечания о неприемлемости принятых методов, когда устранение недостатков осуществлялось не за счет расширения наземной отработки, а по результатам натурных пусков. Эти методы наследовали практику создания боевых ракетных комплексов, имевших меньшую сложность и размерность.
Предлагалось изменить объем и характер наземной отработки Н1, увеличить ресурс и обеспечить многоразовость включения маршевых двигателей, проводить их предполетные огневые испытания с целью отбраковки дефектных образцов до установки на летное изделие.
В мае 1971 года прошло заседание Межведомственного научно-технического совета по космическим исследованиям при Академии наук СССР (МНТС) под председательством Мстислава Келдыша с обсуждением состояния работ по лунной программе. Совет являлся совещательным органом, решения которого готовились для Военно-промышленной комиссии (ВПК) при Совете министров СССР и носили рекомендательный характер. На заседании подчеркивалось, что советская лунная программа должна быть не хуже, чем в США, и что высадка только одного космонавта на Луну в этом смысле уже не приоритетна. При этом Келдыш предлагал осуществлять переход из ЛК в ЛОК через внутренний люк, дублировать систему сближения кораблей, предусмотреть огневые технологические испытания каждого блока ракеты H1. Руководству ЦКБЭМ и главным конструкторам других предприятий рекомендовалось подготовить предложения по дальнейшим этапам советской лунной программы, а Министерству общего машиностроения, возглавляемому Сергеем Афанасьевым, организовать работы.
В июне 1971-го уже третий пуск Н1 вновь закончился аварией на 51-й секунде полета из-за потери управляемости по крену. Неопределенность с актуальностью лунной программы СССР и сроками ее реализации усугублялась.
В поисках выхода
При наших неудачах американская сторона уже в июле 1969 года выполнила первую экспедицию с посещением поверхности Луны двумя астронавтами, а в декабре 1972-го завершила свою программу полетом корабля "Аполлон-17". За это время было осуществлено шесть успешных экспедиций на Луну. Вопрос о первенстве в лунной гонке был закрыт. Но оставался другой: что делать с программой Н1-Л3?
В этой ситуации по инициативе возглавлявшего ЦКБЭМ Василия Мишина стали проводиться исследования по возможным вариантам модифицированной лунной программы Н1-Л3М с улучшенными характеристиками. Все инициативы сводились к двум направлениям работ – повышению грузоподъемности ракеты Н1 и выбору облика модифицированного лунного корабля с анализом возможных схем его полета.
Увеличение грузоподъемности Н1 (в перспективе до 103–104 тонн массы полезного груза на низкой околоземной орбите) предполагалось обеспечить за счет использования жидкого водорода на верхних ступенях ракеты, увеличения удельной плотности криогенного топлива при его переохлаждении, форсирования тяги двигателей первой ступени и других мероприятий. Рассматривались также варианты доработки конструкции ракетных блоков РН с целью увеличения массы заправляемого топлива.
В ЦКБЭМ велась разработка многоцелевого кислородно-водородного разгонного блока Ср, который предполагалось применять в составе космического комплекса Л3 вместо блоков Г и Д. По предварительным оценкам, массу доставляемой на орбиту Луны полезной нагрузки можно было довести до 23–24 тонн.
К концу 1971 года в качестве приоритетной была выбрана двухпусковая схема с прямой посадкой Л3М в полной комплектации на Луну. Такой вариант снимал баллистические ограничения на время старта к Земле, что обеспечивало условия создания обитаемой лунной базы. В этом было новое качество по сравнению с программой "Аполлон", что могло, по мнению руководства ЦКБЭМ, в какой-то мере компенсировать моральные и политические издержки из-за утраты первенства полета на Луну.
Окончание следует.
Александр Загорков, начальник отдела КБ "Салют" АО "ГКНПЦ им. М. В. Хруничева"
Газета "Военно-промышленный курьер", опубликовано в выпуске № 26 (789) за 9 июля 2019 года