ПЕРВЫЕ
«ВОСТОК» И «ВОСХОД»

«Восток» состоял из двух частей: сферического спускаемого аппарата с пилотом, катапультным креслом и парашютами и конического приборного отсека с батареями, кислородом, системой ориентации и тормозной двигательной установкой ТДУ-1. Весь корабль весил около 4730 кг [3]. У шара нет «носа», поэтому ему не нужны ни стабилизаторы, ни двигатели, чтобы при спуске развернуться как надо: конструкторы просто разместили тяжёлое оборудование внизу шара, и его вес разворачивал теплозащищённую сторону вперёд, как у неваляшки [3].

Шар приземлялся жёстко: у него был парашют, но не было ни двигателей мягкой посадки, ни амортизаторов. Поэтому на высоте около 7 км люк отстреливался и космонавт катапультировался, спускаясь на собственном парашюте [3]. То же кресло было и системой спасения на старте — но только примерно через 20 секунд полёта, когда успевал раскрыться парашют [3]. А резервного тормозного двигателя не было. Если бы ТДУ-1 отказала, выручила бы сама орбита: достаточно низкая, чтобы сопротивление воздуха спустило корабль в течение 10 суток, — и пищи и кислорода было на этот срок [3] (глава 4).

Юрий Гагарин стартовал в 06:07 UTC 12 апреля 1961 года на орбиту примерно 181 на 327 км с наклонением 64,95° [2]. Он сделал один виток на восток над Сибирью и Тихим океаном, пересёк Южную Америку в темноте и вышел над Атлантикой. Всё было автоматическим; код для перехода на ручное управление лежал в запечатанном конверте на случай необходимости. В 07:25 UTC, над западным побережьем Африки, тормозной двигатель проработал около 42 секунд [1].

Затем приборный отсек не отделился. Клапан тормозного двигателя закрылся не полностью, импульс оборвался раньше, и две половины остались связанными пучком проводов и кувыркались, пока жар входа в атмосферу не пережёг их примерно через десять минут [1][4]. Гагарин передал: «Всё нормально» — он рассудил, что вращение не опасно, и был прав. Перегрузка составила около 8 g; в его собственном докладе — «свыше 10 g» [1][2]. На высоте 7 км он катапультировался; и он, и капсула приземлились в 26 км к юго-западу от Энгельса в Саратовской области [1]. Передвигайте часы ниже.

Шар не может лететь — он может только падать. Без подъёмной силы его траектория в атмосфере задана в момент выключения тормозного двигателя углом входа γ, под которым он встречает воздух. В 1953–57 годах Гарри Аллен и Альфред Эггерс из лаборатории NACA в Эймсе решили это движение в замкнутой форме для экспоненциальной атмосферы [5]. Результат неожиданный: максимальное торможение зависит только от скорости входа, угла и шкалы высот атмосферы — а не от массы и размеров аппарата.

От аппарата зависит, где наступит пик. Тяжёлое компактное тело (большой баллистический коэффициент β = m / C_DA) проникает глубже, прежде чем затормозить; лёгкое и широкое тормозится высоко. Пологий вход мягче, но слишком пологий — и корабль скользит по верхушке атмосферы или задерживается в ней; слишком крутой — и перегрузка становится смертельной. Около 3° на орбитальной скорости дают «восточные» 8 g. Более поздние корабли летали с подъёмной силой: «Союз» управляет смещённым центром масс, удерживая перегрузку около 4 g, но при отказе управления переходит на баллистический спуск вроде «Востока».

У «Востока» был один тормозной двигатель. Вместо второго конструкторы положились на разреженную верхнюю атмосферу: каждый проход перигея немного гасит скорость, апогей снижается, пока корабль не войдёт в атмосферу. Они целились в орбиту, достаточно низкую, чтобы затухнуть за 10 суток, и дали космонавту систему жизнеобеспечения на 10 суток [2][3]. Но 12 апреля ракета вывела «Восток-1» на орбиту выше расчётной, с апогеем 327 км [2]. По данным Spacefacts, с такой орбиты естественный спуск занял бы около 20 суток — вдвое больше ресурса жизнеобеспечения [2].

Попробуйте. Модель ниже шаг за шагом снижает орбиту под действием сопротивления в каждой точке эллипса по Стандартной атмосфере США 1976 года [6]. Ответ определяют две вещи: высота апогея и то, насколько плотен в этот момент верхний воздух. Эта плотность меняется в разы с солнечной активностью: когда Солнце активно, нагретая атмосфера расширяется и низкие орбиты затухают гораздо быстрее — для этого и нужен множитель. Для «Востока-5» в 1963 году баллистики по той же причине пересчитали ожидаемые 10 суток в 8.

Через четыре месяца после Гагарина Герман Титов провёл «Восток-2» 17 витков, 25 часов, 6–7 августа 1961 года [7]. Он первым спал в космосе и первым испытал то, что теперь называют синдромом космической адаптации: тошноту и дезориентацию в первые сутки невесомости [7]. Врачи этого не ожидали; многие космонавты сталкиваются с этим и сегодня.

В августе 1962 года «Восток-3» (Андриян Николаев, почти четверо суток) и «Восток-4» (Павел Попович, почти трое) стартовали с разницей в сутки почти на одну и ту же орбиту. У «Востока» не было двигателя для изменения орбиты, так что это не было сближением: только точный момент старта свёл корабли примерно на 6,5 км — на расстояние видимости, — после чего они разошлись [8]. В июне 1963 года «Восток-5» Валерия Быковского пробыл на орбите почти пять суток, 81 виток, — это до сих пор самый длинный одиночный полёт [9].

Валентину Терешкову, работницу текстильного комбината и парашютистку-любительницу, выбрали из пяти женщин, проходивших подготовку с 1962 года: умение прыгать с парашютом было важно, ведь каждый пилот «Востока» катапультировался и приземлялся на парашюте. Она стартовала на «Востоке-6» 16 июня 1963 года, когда Быковский ещё был на орбите, и выполнила 48 витков за 2 суток 22 часа 50 минут [10] — дольше, чем все шесть американских полётов «Меркурия» вместе взятые.

Полёт был тяжёлым: её мучила космическая болезнь, и она пропустила несколько сеансов связи. И всё же она вела бортовой журнал, ориентировала корабль вручную и фотографировала горизонт; по этим снимкам позже выявили аэрозольные слои в атмосфере [10]. Следующая женщина полетела в космос только в 1982 году — Светлана Савицкая; женскую группу расформировали в 1969 году. Первая американка, Салли Райд, — в 1983 году.

Американская программа «Джемини» собиралась летать вдвоём. Советское руководство хотело первым запустить троих. На новый корабль не было времени, и шар «Востока» переделали: катапульту убрали, поставили три ложемента, добавили резервную твердотопливную тормозную установку и двигатель мягкой посадки, чтобы экипаж мог оставаться внутри до касания. Для скафандров не хватило ни места, ни массы, поэтому Владимир Комаров, Константин Феоктистов и Борис Егоров летели в шерстяных костюмах [11].

Они выполнили 16 витков за 24 часа 17 минут 12–13 октября 1964 года [11]: первый экипаж из нескольких человек, первый инженер и первый врач в космосе. Любая разгерметизация и любая авария ракеты в первые минуты стали бы смертельными: системы спасения не было вовсе. Всё получилось — и задало шаблон для следующего: «Восход-2» тем же приёмом вместил двоих в скафандрах и надувной шлюз.

«Восход-2» стартовал 18 марта 1965 года с Павлом Беляевым и Алексеем Леоновым. Электронику «Востока» охлаждал воздух кабины, поэтому кабину нельзя было разгерметизировать; вместо этого Беляев надул «Волгу» — тканевый шлюз снаружи шара. Леонов прополз через него и оттолкнулся на 5-метровом фале — первый человек за бортом космического корабля, около 12 минут [12].

В вакууме его скафандр «Беркут» раздулся. Давление в нём можно было установить 40,6 кПа или 27,4 кПа [12]. На высоком давлении кисти выскользнули из перчаток, а ступни — из ботинок, и скафандр не сгибался настолько, чтобы войти в шлюз. Не сообщив на Землю, он открыл клапан и стравил давление до нижнего уровня, а затем вошёл головой вперёд, вопреки плану, и был вынужден развернуться внутри узкой трубы. Почему помогло снижение давления? Надутая трубка сопротивляется изгибу пропорционально давлению, умноженному на куб радиуса.

Неприятности «Восхода-2» не закончились выходом. Сначала люк закрылся негерметично; затем перед торможением отказала автоматическая система ориентации, и экипажу впервые в советской программе пришлось ориентировать корабль вручную. Чтобы добраться до органов управления и иллюминатора, космонавты покинули ложементы и ещё 46 секунд после ориентации не могли вернуться на места, чтобы восстановить центровку корабля; импульс выдали на виток позже [12].

Они приземлились 19 марта далеко от расчётной точки, в глухом лесу примерно в 180 км к северо-востоку от Перми [12]. Вертолёты их нашли, но не могли сесть среди деревьев. Ночью температура опустилась ниже −30 °C, а люк был отстрелен; космонавты выжимали пот из белья и кутались в подкладку скафандров. Спасатели пришли на лыжах на следующий день, построили избу, и после второй ночи экипаж дошёл на лыжах до вертолёта в нескольких километрах [12].