11 октября 2018 года с космодрома Байконур была запущена ракета «Союз-ФГ». Целью миссии являлось выведение на орбиту космического корабля «Союз МС-10» с двумя членами экипажа МКС — космонавтом «Роскосмоса» Алексеем Овчининым и астронавтом NASA Тайлером Хейгом. Однако рутинный ротационный полет стал опасным после нештатного отделения бокового ускорителя, который ударил по ракете. Это привело к утрате стабилизации и разгерметизации второй ступени.
Несмотря на то, что «Союз МС-10» так и не добрался до орбиты, покорители космоса отделались всего лишь повышенными перегрузками и испорченным настроением. Их жизни уберегло своевременное срабатывание системы аварийного спасения экипажа (САС). Об этом устройстве, его разновидностях и истории появления — далее в материале.
Ранние системы аварийного спасения
Первые космонавты и астронавты были летчиками-истребителями. Они летали на кораблях, оснащенных креслами-катапультами. Поэтому вполне закономерно, что первая в истории система аварийного спасения, установленная на КА «Восток», тоже представляла собой катапульту.
На ее создание в основном повлиял взрыв в июле 1960 года ракеты с прототипом «Востока», на борту которого находились собаки Лисичка и Чайка. Гибель животных произвела на Сергея Королева удручающее впечатление, и он потребовал разработать систему спасения экипажа в случае нештатной ситуации. Задача не казалась слишком сложной, поскольку сам корабль уже был оснащен креслом-катапультой. Дело в том, что сферический спускаемый аппарат, хоть и имел собственный парашют, не мог обеспечить достаточного погашения скорости для мягкой посадки. Чтобы избежать травм космонавта от слишком сильного удара, конструкторы решили катапультировать его при возвращении на Землю. На высоте 7 км пилот должен был активировать катапульту, после чего приземлялся на парашюте отдельно от капсулы.
В итоге эту катапульту и взяли за основу САС «Востока». В случае аварии ракеты до 40-й секунды полета Центр управления (ЦУП) мог отдать команду на катапультирование кресла с космонавтом. В промежутке с 40-й по 150-ю секунду предполагалось выключение двигателей носителя, а после его снижения до отметки 7 км — опять-таки использование катапульты. При аварии на более позднем участке корабль уже мог задействовать собственные двигатели для отделения от ракеты.
Конечно, САС «Востока» не была идеальной. Например, в ситуации, когда ракета еще находилась на стартовой площадке или в первые секунды после запуска, парашют просто не успел бы раскрыться. Советские инженеры даже развесили металлические сетки рядом с пусковым столом в зоне наиболее вероятного приземления катапультированных космонавтов.
Понятно, что это не было исчерпывающим решением проблемы, но в условиях космической гонки Королеву пришлось пойти на риск и выбрать лучший из доступных вариантов. Уже в декабре 1960 года систему опробовали на практике. Тогда потерпела крушение ракета, которая несла еще один прототип «Востока» с собаками Кометой и Шуткой. САС успешно отделила спускаемый аппарат и спасла животных. К счастью, во время полетов космонавтов необходимости в ней не возникло.
Что касается американского Mercury, то в нем использовалась принципиально иная схема, обусловленная достаточно скромными размерами корабля. Его капсула была слишком мала, чтобы внутри нее могла поместиться катапульта. Поэтому конструкторы решили установить на нее наружную башню, оснащенную твердотопливной ракетой. В случае аварии она должна была «вытащить» корабль и отвести его от носителя. Потом башня сбрасывалась, а капсула с астронавтом осуществляла спуск на парашюте.
В ноябре 1960-го эта система была случайно активирована во время знаменитого «десятисантиметрового полета». Тогда двигатели ракеты Redstone с установленным на ней беспилотным кораблем заглохли сразу после старта: она смогла подняться на 4 дюйма (10 см), а затем опустилась на место. После этого неожиданно сработала система спасения, но нештатно: капсула осталась прикрепленной к ракете, а башня с твердотопливными двигателями «улетела» и достигла высоты 1200 м, после чего приземлилась на расстоянии 370 м от стартовой площадки. Через три секунды после срабатывания двигателей САС капсула Mercury выбросила вначале тормозной, а затем основной парашют. Еще через 30 секунд, не «почувствовав» натяжения строп, автоматика задействовала и запасной парашют.
В апреле 1961 года система снова продемонстрировала свои возможности. В ходе очередного испытания ракета с беспилотным кораблем не набрала нужную мощность и не сумела выйти на траекторию, предусмотренную планом полета. Оператор отдал команду на подрыв носителя, в то время как САС отвела капсулу корабля, которая затем успешно приводилась в Атлантическом океане. Это был последний случай, когда система сработала во время запуска Mercury.
Опасные «Восход» и Gemini
Может показаться парадоксальным, однако пришедшие на смену «Востоку» и Mercury корабли «Восход» и Gemini имели менее эффективные САС, чем их предшественники, и оставляли экипажу значительно меньше шансов на выживание в случае аварии. Но обо всем по порядку.
Новый советский корабль «Восход», по сути, представлял собой все тот же «Восток», но уже рассчитанный на двух-трех человек. С этим возникла проблема: конструкторы не имели возможности разместить внутри тесной капсулы сразу несколько кресел-катапульт. Это означало, что в случае аварии на раннем участке полета космонавты были обречены. Экипаж «Востока» мог спастись не раньше 44-й секунды после запуска, когда происходил сброс головного обтекателя и появлялась возможность отделить спускаемый аппарат от ракеты.
Конечно, запускать корабль с таким серьезным недостатком в системе спасения экипажа было весьма опасно, особенно с учетом общей надежности носителей той эпохи. Но удержание лидерства в космосе и раньше требовало риска. Поэтому советское руководство приняло решение снова рискнуть. В случае с «Восходом» все обошлось — оба его запуска прошли без каких-либо осложнений.
Что касается американского Gemini, то ради экономии массы конструкторы отказались от башни с вытяжной ракетой и вместо нее установили внутри корабля два кресла-катапульты. Астронавты могли воспользоваться ими на ранних участках полета. При аварии на большой высоте предполагалось отделение Gemini от носителя и последующий спуск капсулы экипажа на парашютах.
Решение установить на корабль кресла-катапульты вызвало немало споров. Во-первых, многие специалисты считали, что после катапультирования астронавтов может задеть реактивная струя от ракеты, что привело бы к их мгновенной гибели. Во-вторых, NASA ни разу не испытывала катапульту в условиях, аналогичных реальному полету. Дело в том, что атмосфера внутри Gemini состояла из чистого кислорода. При этом во время запуска в капсуле поддерживалось повышенное давление. Некоторые астронавты опасались, что попытка воспользоваться катапультой в таких условиях ничем хорошим не кончится, и им грозит превращение в «свечки». К слову, позже нечто подобное произошло с экипажем Apollo 1.
Но и в этот раз покорителям космоса повезло. Членам экипажей Gemini не пришлось столкнуться с ситуацией, которая потребовала бы от них активировать катапульту.
Системы спасения «Союза» и Apollo
И «Восход», и Gemini, по сути, представляли собой «промежуточные» аппараты, необходимые для наработки опыта космических полетов до появления «тяжелой артиллерии» — «Союза» и Apollo. Эти корабли были существенно крупнее предшественников и рассчитаны на трех человек, что обусловило необходимость создания новых САС.
Разработчики Apollo исключили возможность использования катапульт. Этому мешали как особенности конструкции корабля и множество членов экипажа, так и сам запуск с помощью мощнейшей ракеты в истории, оставлявшей огромный огненный шлейф. Поэтому решили вернуться к схеме, опробованной на Mercury. Наверху установили башню с твердотопливной ракетой, которая в случае чрезвычайной ситуации должна была отвести капсулу экипажа подальше от Saturn V. Интересно, что ее мощность превышала мощность ракеты Redstone, когда-то запускавшей Mercury. Как и в случае с предыдущими американскими кораблями, экипажам Apollo ни разу не пришлось задействовать САС.
Что касается советских систем, то их конструкторы также остановились на варианте с «вытягиванием» корабля из носителя с помощью отдельной твердотопливной ракеты. Правда, САС «Союза» нельзя назвать точной копией американской системы — она имеет важные особенности, обусловленные его конструкцией. Во-первых, в отличие от Apollo, «Союз» при запуске закрыт главным обтекателем. Во-вторых, у него совсем другая компоновка: наверху располагается агрегатно-бытовой отсек, а уже под ним находится капсула экипажа.
За годы эксплуатации «Союза» его САС несколько раз модернизировалась, но принципиальных изменений не претерпела. Ее основной двигатель установлен на специальной штанге, закрепленной над головным обтекателем. Если авария происходит до 114 секунды полета, система активируется и отводит от носителя головную часть, состоящую из обтекателя, бытового отсека и спускаемого аппарата. Затем включается твердотопливный разделительный двигатель, обеспечивающий отвод головного обтекателя и бытового отсека от капсулы с космонавтами. Последняя осуществляет посадку на парашютах.
Сброс штанги с основным двигателем САС происходит на 114-й секунде полета, тогда как головной обтекатель отделяется на 161-й секунде. В этом промежутке жизнь космонавтов зависит от небольших твердотопливных двигателей, установленных на створках самого обтекателя. Они имеют меньшую мощность, чем основной двигатель, но достаточную, чтобы отвести головную часть от носителя. Именно эти двигатели спасли экипаж «Союза МС-10», авария которого произошла уже после отстрела штанги САС. Если же проблема возникает после 161-й секунды, то срабатывает автоматическая система отделения спускаемого аппарата. Он отстреливается от ракеты и далее спускается на парашютах.
Алексей Овчинин и Тайлер Хейг стали третьим в истории экипажем «Союза», обязанным своими жизнями САС. «Пионерами» же были Василий Лазарев и Олег Макаров. В апреле 1975 года им предстояло отправиться на орбитальную станцию «Салют-4» на борту корабля «Союз-18», но до места назначения они так и не добрались. На участке работы верхней ступени произошла авария. САС отделила спускаемый аппарат, однако из-за закручивания он потерял ориентацию, и экипаж подвергся опасной для жизни перегрузке до 26 g. Капсула с космонавтами приземлилась на склоне горы юго-западнее Горно-Алтайска. Ее обнаружили геологи и позже эвакуировали военные.
Вторично САС спасла жизнь экипажа в сентябре 1983 года. Тогда на космодроме Байконур за 48 секунд до старта произошло возгорание ракеты с кораблем «Союз Т-10». Огонь пережег часть кабелей, передававших информацию о состоянии носителя, поэтому наблюдатели заметили пожар всего за двадцать секунд до запуска. Еще десять секунд ушло на то, чтобы дать команду операторам активировать САС. Через две секунды после отделения головного блока от ракеты она развалилась, упав в приямок стартового стола. В течение четырех секунд работы твердотопливных двигателей космонавты Владимир Титов и Геннадий Стрекалов испытывали перегрузку от 14 до 18 g. В итоге оба отделались легким испугом, а затем осуществили еще несколько полетов в космос.
Процедуры аварийного прекращения полета Space Shuttle
В отличие от своих капсульных предшественников, корабли многоразового использования Space Shuttle не обладали полноценной САС. На этапе проектирования конструкторы рассматривали вариант сделать кабину экипажа отделяемой, что могло бы спасти астронавтов в случае серьезной аварии. Но расчеты показали, что это сильно утяжелит конструкцию, исключив возможность вывода на орбиту любой полезной нагрузки. Определенную роль мог сыграть и опыт предыдущих лет, придавший уверенности инженерам. В конце концов, экипажам Mercury, Gemini и Apollo ни разу не понадобилась система спасения.
Однако у экипажей шаттлов все же были возможности спастись при некоторых типах аварий. Во время первых четырех испытательных полетов на борту корабля Columbia устанавливались два кресла-катапульты, способные обеспечить спасение в течение первых двух минут после старта, пока корабль не достиг высоты 30 км. Но, как и в случае с Gemini, многие специалисты NASA откровенно сомневались в их эффективности, считая, что катапультированные астронавты просто пролетят сквозь пламя от твердотопливных ускорителей и превратятся в пар.
После завершения испытательных полетов катапульты с космоплана Columbia были сняты и в дальнейшем никогда не устанавливались на другие корабли. Их экипажи могли спастись только при аварии, во время которой не нарушилась целостность летательного аппарата и он мог продолжить управляемый полет в атмосфере. Такое было возможно в случае отказа одного или нескольких двигателей шаттла.
На этот случай NASA разработала ряд аварийных процедур, определявших действия экипажа корабля в зависимости от достигнутой им скорости и высоты. Одни предполагали разворот шаттла и посадку на территории Космического центра им. Кеннеди, другие — перелет через Атлантический океан и приземление на одну из заранее подготовленных площадок в Западной Европе или в Африке. При определенных обстоятельствах был возможен вариант, когда космоплан совершает один орбитальный виток, после чего возвращается на Землю.
За все годы эксплуатации многоразовых космических кораблей они лишь однажды столкнулись с преждевременным выключением двигателя. Это произошло во время миссии STS-51F в 1985 году. Поскольку инцидент возник на финальном участке полета, космоплан просто вышел на чуть более низкую орбиту, чем было запланировано, что никак не отразилось на результатах его миссии.
Катастрофа шаттла Challenger в 1986 году снова подняла вопрос о САС. Однако последующая экспертиза подтвердила, что из-за слишком большой массы установка отделяемой кабины сделает бессмысленной всю дальнейшую эксплуатацию крылатых кораблей. Из-за особенностей их конструкции также была исключена возможность установки кресел-катапульт для всех членов экипажа.
В результате NASA внесла некоторые изменения в аварийные процедуры, а также оснастила космопланы отстреливаемым люком и направляющим штырем, позволяющим покинуть шаттл с парашютом при условии, что он находится на высоте менее 10 км и движется с дозвуковой скоростью. Астронавты могли воспользоваться этой опцией, если по какой-то причине корабль не имел возможности достичь взлетно-посадочной полосы либо осуществить безопасную посадку.
Что касается советского «Бурана», то конструкторы планировали установить на нем кресла-катапульты К-36РБ. Тогда можно было бы покинуть корабль на высоте до 25 км при взлете и ниже 30 км при посадке. Их опробовали во время нескольких запусков КА «Прогресс». Тесты подтвердили принципиальную возможность использования катапульты для спасения космонавтов.
Проблема заключалась в том, что, как и в случае с шаттлами, К-36РБ планировали поставить только для двух пилотов на время испытательных полетов. Остальные члены экипажа (а «Буран» был рассчитан на десять человек) не имели бы никаких средств для спасения. В дальнейшем рассматривали предложение катапультировать космонавтов попарно: вначале двоих с верхней палубы, а затем — двоих с нижней, используя общие направляющие. Эта схема предоставляла возможность спасти четырех человек. Вопрос о том, что делать, если экипаж «Бурана» будет состоять из большего количества людей, так и остался открытым.
Однако к моменту первого и единственного беспилотного полета советского шаттла в 1988 году кресла К-36РБ еще не были готовы, и он отправился в космос без них. Дальнейшее закрытие программы избавило специалистов от необходимости решения проблемы спасения всего экипажа.
Капсульные корабли XXI века
В завершение стоит сказать несколько слов о системах спасения капсульных кораблей, появившихся уже в нынешнем столетии. Начнем с китайского «Шеньчжоу», который часто называют копией «Союза». Он имеет такую же компоновку отсеков и повторяет много его технических решений. Это же касается и САС.
В свою очередь, разрабатываемый NASA корабль Orion позиционируется как новый Apollo, который вернет американских астронавтов на Луну. Неудивительно, что у него такая же САС, как и у его знаменитого предшественника — в виде башни с твердотопливной ракетой, установленной в верхней части головного обтекателя. Аналогичное техническое решение применено также на индийском корабле «Гаганьян», которому еще только предстоит осуществить первый орбитальный полет.
Что касается частных космических кораблей Crew Dragon и CST-100 Starliner, то их разработчики решили отказаться от использования отдельной вытяжной ракеты. Вместо нее ставка была сделана на собственные двигатели аппаратов. При аварии на стартовой площадке или во время запуска они должны отвести капсулу на безопасное расстояние от носителя. Boeing и SpaceX уже провели успешные испытания САС. Будем надеяться, что, как и в случае с большинством других космических кораблей, ее никогда не придется задействовать в условиях реальной нештатной ситуации.
Только самые интересные новости и факты в нашем Telegram-канале!
Присоединяйтесь: https://t. me/ustmagazine
