«Вперёд — на Марс!» Ч.2
Начало : «Вперёд — на Марс!» Ч.1
В то же время Королёв искал пути к увеличению возможностей будущей межпланетной экспедиции.
Облёт Марса по траектории «бумеранга» казался значительным достижением с точки зрения пропаганды, но не имел большой научной и технической ценности — куда весомее выглядела бы экспедиция с выходом на ареоцентрическую орбиту и сбросом посадочного модуля на поверхность соседней планеты.
Королёв поручил Борису Андреевичу Адамовичу изучить вариант применения электрореактивной двигательной установки с ядерным реактором (ЭРДУ с ЯЭУ или ЯЭРДУ).
В ней рабочее тело (в данном случае — литий) превращается в горячий газ, истечение которого из сопла с очень высокой скоростью создаёт тягу.
Привлекательность ЭРДУ состоит в том, что она обладает более высокими энергетическими характеристиками, чем двигатели на химическом топливе: например, по удельному импульсу превосходит их в 200-300 раз, поэтому не требует огромных запасов топлива.
К разработке подключилась инициативная группа, которую возглавлял будущий лётчик-космонавт Константин Петрович Феоктистов. Её участники рассматривали схему сборки ТМК из модулей, доставляемых на низкую околоземную орбиту пусками нескольких ракет типа Н-1.
Максимов вспоминал, что вопрос о выборе схемы экспедиции стал в тот период очень острым:
«Тогда у нас всё время шли споры с Феоктистовым, который начинал проектировать [корабль] «Союз». И мы с ним спорили до хрипоты, хотя были старые знакомые и вместе пришли в ОКБ-1 из НИИ-4. Он говорил, что [корабль] надо делать только на базе стыковки. А я утверждал, что сначала надо попытаться слетать без стыковки, потому что с этой стыковкой мы ещё промучаемся, ведь неизвестно, что получится, и неизвестно когда».
Конечно, в конце 50-х годов стыковка отдельных элементов корабля на орбите воспринималась специалистами как дело неблизкого будущего. В то же время учёные понимали, что она откроет реальную возможность для полётов в дальний космос.
Несмотря на свои предпочтения, группа Феоктистова провела расчёты и для однопускового варианта ТМК с ЯЭРДУ. Массу корабля на околоземной орбите приняли такую же — 75 т; при этом на межпланетную траекторию можно было вывести 30 т, то есть вдвое больше, чем получилось у «конкурентов» из группы Максимова.
Хотя ни тогда, ни сегодня космические технологии не доросли до создания крупномасштабных электрореактивных двигателей, сама идея их использования породила совершенно невероятный проект экспедиции с высадкой на поверхность Марса самодвижущегося колёсного поезда, который под управлением трёх космонавтов должен был за год пройти всю планету от южного полюса до северного!
Самодвижущийся колёсный поезд проекта 1960 года на поверхности Марса в представлении современного художника
Ведущий конструктор Владимир Евграфович Бугров рассказывал:
«Королёв на начальных этапах работы не сдерживал инженерной фантазии и творческих поисков, в результате чего у наших разработчиков, не обременённых нудными весовыми расчетами, на поверхности красной планеты появлялись эскадры стотонных сооружений с шестиметровыми колёсами. Они разъезжали по планете на тысячи километров и перевозили ракеты возвращения. Ответ на вопрос, как они попадают на Марс, был прост — с помощью ЭРДУ. Возможность не придерживаться жёстких весовых ограничений и в дальнейшем соблазняла многих специалистов, поэтому вариант с ЭРДУ служил мифической палочкой-выручалочкой всех марсианских проектов прошлого века.
Однако инъекции фантастики принесли свои плоды. Они побудили энтузиазм и понимание, что прежде чем говорить о многотонных марсианских внедорожниках, нужно спроектировать средства доставки к Марсу их экипажей».
Облётный вариант
К концу 1959 года уровень проработки технических решений по проекту ТМК позволил Королёву обратиться в правительственные органы с конкретными предложениями. 23 июня 1960 года было принято постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР №715-296 «О создании мощных ракет-носителей, спутников, космических кораблей и освоении космического пространства в 1960-1967 гг.», в первом пункте которого говорилось:
«Принять предложение <…> о проведении в 1960-1962 годах проектно-конструкторской проработки и необходимого объёма исследований с целью создания в ближайшие годы:
— новой комплексной ракетной системы со стартовым весом ракеты-носителя порядка 1000-2000 тонн, обеспечивающей вывод на орбиту вокруг Земли тяжёлого межпланетного корабля весом до 60-80 тонн;
— мощных жидкостных ракетных двигателей с высокими характеристиками, в том числе ядерных ракетных двигателей, двигателей на жидком водороде, электрореактивных двигателей малой тяги (ионных, плазменных) с мощными энергетическими установками и двигательных установок для коррекции и торможения при спуске».
Тяжёлый межпланетный корабль с ЯЭРДУ в варианте 1961 года. Реконструкция Игоря Безяева
Детали уточнялись в приложении №3 («План проектных и экспериментальных работ по созданию тяжёлых межпланетных кораблей»), которым предписывалось разработать эскизные проекты кораблей для облёта Луны (КЛ), Марса и Венеры (КМВ) ко второму кварталу 1961 года.
Кроме того, к четвёртому кварталу поручалось согласовать технические задания на осуществление будущих экспедиций с высадками на поверхность указанных небесных тел. Обращает на себя внимание, что в рамках этого постановления облёт Луны рассматривается как промежуточный этап перед аналогичными, хотя и более длительными, экспедициями к соседним планетам.
Получив одобрение правительства, сотрудники отдела №9 ОКБ-1 с энтузиазмом взялись за дело. Владимир Бугров вспоминал:«Занимаясь проектом практически круглые сутки и уходя домой в 10-11 часов вечера (полтора часа дороги в один конец из Подлипок до дома в Москве), я просыпался утром и хватал карандаш, чтобы успеть записать свежую мысль, пока она не исчезла безвозвратно. <…>
О напряжённости нашей работы говорит хотя бы тот факт, что вовремя домой уходили лишь молодые кормящие мамы, а основные «забойщики» освобождались в 20-21, а то и в 22 часа. Нужно сказать, что такой режим распространялся на весь отдел Тихонравова, где проектировались автоматические аппараты к Луне, Марсу, Венере и пилотируемые корабли. Сверхурочные не фиксировались и не оплачивались.
Однажды был такой эпизод. Наша табельная для укрепления трудовой дисциплины (иногда москвичи опаздывали на пару минут из-за задержки электрички) установила на входе аппарат, где каждый сотрудник пробивал на своей карте точное время прихода на службу, а вечером — время ухода.
В конце месяца, поскольку факт массовой сверхурочной работы был официально зафиксирован, экономисты обнаружили, что всем сотрудникам отдела нужно выдать зарплату в полтора раза больше обычной. Денег на это, конечно, не было предусмотрено. В дело включились юристы, и запахло грубым нарушением трудового законодательства. В итоге всё закончилось тем, что злополучный агрегат убрали».
Эскиз варианта ТМК из рабочей тетради Владимира Бугрова. Иллюстрация из книги «Марсианский проект С.П. Королёва» (2007)
12 октября 1961 года был завершён технический отчёт с исходными данными по трёхместному кораблю первого этапа, который получил обозначение ТМК-1 (Тяжёлый межпланетный корабль №1) и предназначался для экспедиций к Луне, Венере и Марсу с целью изучения планет и космического пространства.
Предполагалось, что на околоземную орбиту он будет выводиться с помощью ракеты Н-1, а её последняя ступень (разгонный блок) отправит корабль на траекторию полёта к заданной планете, после чего отделится.
Поскольку в то время не было надёжных данных по длительному воздействию невесомости, то было решено создать на ТМК-1 искусственную силу тяжести закручиванием его вокруг поперечной оси. В одном из вариантов было предложено вынести центр масс за пределы аппарата с экипажем путём раздвижения отсеков.
Получившийся «складной» корабль состоял из двух последовательно соединённых блоков.
Первый включал приборно-агрегатный отсек (объём — 25 м³), солнечные батареи и спускаемый аппарат для возвращения на Землю; второй — жилой (25 м³) и оранжерейный (70 м³) отсеки.
Между блоками размещались двигательная установка и шарнирное сочленение, по которому корабль «ломался» во время коррекций траектории, освобождая сопло двигателя, находившегося в центре масс всей «связки».
Тяжёлый межпланетный корабль в «складном» варианте 1961 года. Реконструкция Игоря Безяева
При установке на ракету все выступающие части ТМК-1 складывались. Длина корабля в транспортном состоянии составляла около 20 м, диаметр — 4 м, масса после выведения на межпланетную траекторию — 15 т.
По мере проработки проекта на первый план вышли вопросы жизнеобеспечения экипажа.
Так, 14 сентября 1962 года Королёв писал в «Заметках по тяжёлому межпланетному кораблю и тяжёлой орбитальной станции»:
«Надо бы начать разработку «Оранжереи по Циолковскому» (ОР), с наращиваемыми постепенно звеньями или блоками, и надо начинать работать над «космическими урожаями» (?):
каков состав этих посевов, какие культуры?
их эффективность, полезность?
обратимость (повторяемость) посевов из своих же семян из расчёта длительного существования ОР?
какие организации будут вести эти работы?
по линии растениеводства (и вопросов почвы, влаги и т. д.),
по линии механизации и пр. ОР,
по линии «свето-тепло-солнечной» техники и систем её регулирования и т. д. для ОР.
Видимо, к ОР надо одновременно начать разработку и «космической фермы» (КФ) для животных и птицы. Надо бы эту задачу уточнить — имеет ли она практический смысл для экологического цикла (институты Академии наук и Академии медицинских наук).
Что можно иметь на борту ТМК или ТОС (либо в ОР) из декоративных растений, требующих минимума затрат и ухода?»
Оранжерея ТМК также вызвала споры среди специалистов.
В ней собирались выращивать картофель, сахарную свёклу, рис, бобовые, капусту, морковь и другие огородные культуры.
Но все они нуждаются в постоянном источнике света, поэтому в состав корабля ввели систему ПОИС — питания оптическим излучением Солнца.
В начальном варианте концентраторы системы располагались вдоль ТМК, собирая свет и направляя его внутрь корпуса через щелевые иллюминаторы.
Возникала проблема: концентраторы должны быть постоянно ориентированы на Солнце, поэтому вращающийся вокруг оси корабль необходимо доворачивать при движении по траектории полёта. Расчёты показали: масса дополнительного топлива для двигателей, обеспечивающих такой доворот, будет составлять 15 т, что неприемлемо.
Тяжёлый межпланетный корабль в варианте 1962 года на околоземной орбите. Реконструкция Игоря Безяева
Тяжёлый межпланетный корабль в варианте 1962 года на ареоцентрической орбите. Реконструкция Игоря Безяева
Было решено вращать корабль в плоскости траектории полёта (как бумеранг), а концентраторы направлять непосредственно на Солнце.
Их конструкция усложнилась, ведь солнечный поток должен был сжиматься в двух плоскостях: они стали параболическими двойной кривизны, а иллюминаторы — круглыми.
И вновь возникла проблема — наличие сложного узла вращения между концентраторами и корпусом корабля, что заставило начать исследования по трению материалов в вакууме, разрабатывать специальную смазку на основе дисульфида молибдена и т.п.
Оптическому институту в Ленинграде было выдано задание на проектирование концентраторов большой площади, материаловедам — на создание высокопрочных териленовых плёнок и покрытий для них с устойчивыми оптическими характеристиками.
Проводились работы со смежниками по подбору высокопрочного и жаропрочного стекла для иллюминаторов на основе ситаллов, изготавливались опытные образцы.
После решения основных проблем началась оптимизация компоновки ТМК-1. В 1962 году корабль представлял собой пятиэтажный цилиндр переменного диаметра в форме бутылки.
Первый этаж был жилым; там располагались три индивидуальные каюты для экипажа, туалеты, плёночные душевые, комната отдыха с библиотекой микрофильмов, кухней и столовой.
Второй этаж — рабочий, с рубкой ежедневного контроля и управления системами корабля, мастерской, медицинским кабинетом с тренажёрами, лабораторией для проведения исследований и надувным внешним шлюзом.
Третий этаж — биологический отсек, в котором располагались стеллажи с высшими растениями, светораспределительные устройства и арматура для подачи питательных растворов, клетки животных, хлорельный реактор и ёмкости для хранения урожая.
Четвертый этаж — приборно-агрегатный отсек, где сосредоточена основная масса аппаратуры; он же служил радиационным убежищем.
Особый этаж — отсек спускаемого аппарата, который был пристыкован верхней частью к люку в корпусе корабля.
На днище аппарата устанавливалась двигательная установка с запасом топлива.
Снаружи на корпусе корабля размещались элементы бортовых систем: параболические концентраторы и иллюминаторы системы ПОИС, солнечные батареи, радиаторы и жалюзи системы терморегулирования, антенны дальней радиосвязи (ими могли служить и концентраторы), люк с надувным шлюзом, поручни для передвижения в открытом космосе.
Конец второй части