Ошибки мировой космонавтики (fb2)

- Ошибки мировой космонавтики 10236K скачать: (fb2) - (epub) - (mobi) - Александр Геннадьевич Яровитчук - Анастасия Сергеевна Стебалина

Александр Яровитчук, Анастасия Стебалина
Ошибки мировой космонавтики

* * *

От авторов

Ошибаются все. Ошибки неизменно сопровождают процессы познания, творчества, созидания.

Каждому из нас лучше всего запоминается собственный опыт. Однако учиться стоит не только на своих ошибках. Опыт других людей порой помогает по-новому взглянуть на личные успехи и неудачи. Казалось бы, при чем здесь космонавтика? Но ведь эта область науки основана на соединении смелых новаторских идей, инженерного гения и жажды познания. В масштабах человеческой истории она совсем молода, а больше всего ошибок допускают именно первопроходцы. Описанные на страницах этой книги реальные случаи могут многому научить, ведь чем бы мы ни занимались, в первую очередь мы остаемся людьми, а люди могут ошибаться.

Космические программы СССР, продолженные Россией, а также разработки США, Японии, Европы дали миру огромное количество новых знаний и открыли невиданные горизонты. Грандиозный триумф невозможен без большой кропотливой работы, а значит – вероятных ошибок и неизбежного поиска путей их преодоления. Мы не ставим перед собой цель принизить чьи-либо заслуги. Наша книга прежде всего о том, как извлечь урок из ошибок, как не сдаться и продолжить идти к намеченной цели. Мы хотим показать космонавтику с менее эффектной и привлекательной, более непарадной, будничной стороны и надеемся, что собранные нами истории не только послужат уроком читателю, но и дадут вдохновение для новых идей и увлечений. Мы хотим показать, что космос не такой уж недосягаемый, и если приложить усилия, то многое, даже кажущееся поначалу фантастическим, становится возможным.

Глава 1
Орбиты, инерция и гравитация

Тише едешь – дальше будешь.

Пословица

В космосе нет ничего необычного. Законы природы на то и законы, что выполняются везде. Однако происходящее с космонавтом или спутником на орбите будет отличаться от того, к чему мы привыкли на Земле.

Первое – в космосе правит инерция. Тело будет двигаться с постоянной скоростью, пока на него не подействуют другие силы. На Земле этот принцип тоже работает, но мы обычно его не замечаем. Если мы что-то бросили, разогнали или сдвинули, оно будет потихоньку останавливаться, замедляться. На Земле на нас постоянно действует множество сил: трение о воздух, о землю, сила тяжести, сила реакции опоры, сила упругости и так далее. В космосе подобных явлений гораздо меньше, и поэтому инерцию прекрасно видно. Даже если совсем немного воздействовать на космонавта, например, легким касанием, он начнет двигаться и может улететь на любое расстояние, хоть на миллион, хоть на миллиард километров, пока его что-то не остановит. Причем инерция работает как снаружи, так и внутри космического корабля.

Сколько космонавты упускали предметов в космосе – не сосчитать. Началось все с обычного карандаша, которым Юрий Гагарин должен был вести записи в бортовом журнале. Первый космонавт планеты сделал вывод, что на орбите все нужно крепить. Сейчас у каждого космического приспособления есть способы фиксации – липучки, карабины, винты.

Но все еще есть трудности с крошащимися и жидкими материалами. Показательным примером стал полет американского астронавта № 6 Гордона Купера на корабле «Меркурий-Атлас-9». При попытке приготовить еду он случайно разлил бо́льшую часть отведенной на это воды. Капельки разлетелись по кораблю. Первое время все было спокойно, но через пятнадцать часов друг за другом стали отказывать приборы. Вероятно, до них постепенно добиралась вода и вызывала короткое замыкание. Сначала в невесомости сработал датчик перегрузки, затем сломался механизм охлаждения скафандра, что могло привести к перегреву астронавта, потом началась избыточная подача кислорода и рост давления, далее закоротило систему ориентации корабля. Астронавт оставался на удивление спокойным и, несмотря на реальную угрозу жизни, выполнил все предписания и вернулся на Землю. Позднее технологию подачи воды усовершенствовали: стали использовать специальные пакеты с клапанами и знаменитые тюбики. Также были добавлены насосы и сушильные системы, которые должны были собирать случайно разлетевшуюся воду.

Буквально в следующем после этого случая полете астронавты допусти похожую ошибку. На американском корабле «Джемини-3» почти сразу после старта пилот корабля Джон Янг достал провезенный контрабандой сэндвич и предложил его капитану Вирджилу Гриссому. Тот откусил кусочек, но сразу заметил, что по станции стали разлетаться крошки, которые могли попасть в приборы или в дыхательные пути. Вспомнив предыдущий полет и его проблемы, астронавты спрятали еду. Сегодня, чтобы не было крошек, хлеб пекут маленькими буханочками размером с конфетку, «на один укус». В таком виде не нужно ничего резать и откусывать, поскольку весь «батон» помещается во рту. Второй вариант – использовать лепешки вместо буханок. Они тонкие, и на срезе крошки практически не образуются. Особые неприятности возникают, когда отказывает насос ассенизационного устройства – туалета.

Космический хлеб

Были проблемы и серьезнее. В 1955 году инженеры проводили испытательные полеты баллистической геофизической ракеты Р-1Е на большую высоту. Внутри в специальном контейнере с парашютом находились тележки с собаками Лисой и Бульбой. Вскоре после старта Р-1Е сбилась с курса. Автоматически включились стабилизационные рули, которые должны были выправить траекторию движения. При этом ракета резко изменила положение, а тележки с собаками, по инерции продолжив движение, пробили корпус и вылетели из контейнера.

Р-1 – простая ракета, которая состоит из двигателя, топливных баков и контейнера с оборудованием. Предельная высота полета груза в 150 кг составляет 110–120 км, а скорость – не более 2 км/с. Для более амбициозных задач необходимо использовать дополнительные отделяемые части – ступени. Ступень – это, по сути, отдельная ракета. Когда в ней заканчивается топливо, она отделяется, а следующая начинает работу.

Нижняя ступень при этом пустая и легкая, а верхняя – тяжелая. По инерции первая может догнать вторую и протаранить ее. Нужно точно рассчитать время разъединения и мощность двигателя. Практически у каждого типа многоступенчатой ракеты на начальном этапе эксплуатации был аварийный пуск, где данный сценарий реализовывался. Ошибки могут быть разные. Так, например, при пуске американского «Авангарда» в 1958 году двигатель второй ступени включился слишком поздно, а у частного «Фалкона-1» двигатель первой ступени оказался более мощным, чем предполагалось. У российского «Союза» в 2018 году не сработала система отвода корабля в сторону и т. д.

Даже если при пуске ракеты все прошло успешно, проблемы могут возникнуть у корабля уже в космосе. В безвоздушном пространстве нет других способов затормозить, кроме как использовать двигатель. Если с ним что-то не так, проблемы обеспечены.

Первого космонавта Юрия Гагарина баллистики намечали запустить на очень низкую орбиту, туда, где есть остатки разреженной атмосферы. Если бы вдруг двигатель для посадки отказал, то за счет сопротивления корабль Гагарина мог затормозиться в течение десяти дней и вернуться на Землю сам. Однако была допущена ошибка в расчете длительности работы двигателя при взлете. Юрий Алексеевич оказался дальше от Земли, чем планировалось. На такой высоте по инерции без двигателя он пролетал бы около двух месяцев, а еды и воды у космонавта было только на десять дней. К счастью, все обошлось, двигатель сработал, и космонавт вернулся.

А вот у двух собак Пчелки и Мушки, которых отправили в полет за полгода до Гагарина, все закончилось плохо. Старт прошел успешно, но при посадке двигатель сработал чуть хуже, чем требовалось. Продолжая двигаться по инерции, корабль перелетел территорию СССР. Чтобы новейшие технологии не достались другим странам, на аппарате была предусмотрена на такой случай система самоуничтожения (автоподрыва). Она и сработала в процессе полета.

Так же перелетели за пределы нашей страны космонавты Владимир Ляхов и Абдул Ахад Моманд при попытке планового приземления на корабле «Союз ТМ-5» в 1988 году. От спускаемого аппарата корабля при подготовке к посадке был отделен бытовой отсек. Эта часть не приспособлена для возвращения на Землю, но именно там располагается всё жизненно необходимое в космическом пространстве: туалет, вода, еда, устройство стыковки и т. д. Затем включился двигатель посадки, но произошло это слишком поздно. Космонавты, увидев неладное, сразу его отключили. Теперь, чтобы приземлиться в нужном месте, требовалось прождать больше суток, пока положение корабля относительно Земли не повторится. Проблема же оказалась в том, что у космонавтов ничего не было для жизни, только воздух, но они справились, проявив хладнокровие и выдержку.

С инерцией связана и забавная история. Ее рассказал в своей книге космонавт Георгий Гречко. Этот случай больше похож на байку, но весьма познавательную. Так вот, под видом лекарства с элеутерококком на борт станции «Салют-6» в достаточно большой фляге был доставлен коньяк. Георгий Гречко и Юрий Романенко нашли его. Алкоголь в космосе строжайшим образом запрещен, так что это была контрабанда. Космонавты потихонечку стали его пить – по паре капель перед сном. Правда, употребить удалось только половину фляги. В невесомости коньяк вспенился. Вытянуть его, как сок из трубочки, уже не получалось. Космонавты вернулись на Землю, так и не опустошив сосуд до конца. На смену прибыли Ковалёнок и Иванченков. Они флягу тоже нашли, но придумали, как ее допить, чем сильно удивили предыдущий экипаж, когда рассказали, как это было сделано. Один из космонавтов медленно подлетал к краю станции, сжимая горлышко губами. Второй резко толкал его в противоположном направлении. Космонавт и фляга начинали двигаться в другую сторону, а коньяк по инерции вылетал прямо в рот. Можно уверенно сказать – инерция правит бал в космосе. Любой маневр, поворот, стыковка, любое, даже незначительное, действие требует учета инерции. Мы ее вспомним еще не раз.

Второе действующее лицо на космическом балу и главный партнер инерции – гравитация. Да, она там есть и никуда не исчезает. Часто можно услышать неверные утверждения, что орбитальные станции не подвержены влиянию гравитации. Они так далеко летают от ее источника, от Земли, что сила всемирного тяготения ослабевает и пропадает. И у этих утверждений есть даже доводы: космонавты легким движением мизинчика перемещают многотонные предметы, и к тому же сами не падают на Землю. Но в реальности гравитация есть, причем там, где летают космонавты, ее сила практически не отличается от той, что действует на людей и предметы на поверхности Земли.

Космонавты не падают из-за скорости. Вернее, они как раз падают все время, постоянно, но благодаря очень быстрому движению от Земли не приближаются к ней. Из-за инерции и многотонные грузы легко перемещаются даже от небольшого толчка. Сами предметы не падают, потому что быстро двигаются, точно так же как космонавты и космические корабли.

Важно, что космические аппараты двигаются по круговым или эллиптическим орбитам. При таком вращении гравитационные силы уравновешиваются центробежными. Если бы мы летели от Земли строго вверх (перпендикулярно) без ускорения (без включенных двигателей), то наша скорость из-за притяжения все время бы падала. Однако чем больше эта скорость была изначально, тем дальше можно было бы пролететь. Сила гравитации зависит и от расстояния. Чем дальше улетим от Земли, тем слабее нас будет притягивать (но все-таки будет). Если изначальная скорость космического объекта очень большая, то он может улететь от Земли и никогда не вернуться. Для этого нужно, чтобы сила притяжения убывала быстрее, чем уменьшалась скорость объекта. На Земле при старте с ее поверхности минимальная скорость для безвозвратного покидания равна 11,2 км/с и называется второй космической.

Первой такую скорость набрала автоматическая межпланетная станция «Луна-1», которую СССР запустил 2 января 1959 года. Ошибки в этом не было. Аппарат и планировали разогнать так, чтобы он улетел от Земли. Правда, ученым хотелось, чтобы он попал в Луну, но произошел промах, корабль улетел и не вернулся. Тут стоит вспомнить, что помимо Земли есть другие объекты с большой гравитацией: планеты, спутники, звезды. Солнце, например, притягивает куда сильнее нашей родной планеты. «Луна-1» в какой-то момент стала первым искусственным спутником Солнца. Необычной была судьба и третьей ступени ракеты-носителя «Сатурн-5». В 2002 году астрономы обнаружили неизвестный объект, который подлетал к Земле. Его приняли за астероид и даже дали ему имя J002E3. Однако анализ показал, что объект сделан из металлических сплавов и имеет гладкую, отполированную, покрытую краской поверхность. Он явно имел искусственное происхождение. Первая мысль, поразившая исследователей, – инопланетяне, но потом стало ясно, что состав краски на объекте совпадает с той, которой покрывали ракеты в США. Вычислив скорость и траекторию движения, ученые поняли, что к Земле вернулась часть носителя из американской пилотируемой лунной программы «Аполлон». В 1971 году в рамках миссии «Аполлон-12» третья ступень ракеты-носителя «Сатурн-5» разогнала корабль до второй космической скорости и отделилась за ненадобностью. Так как ее функция была выполнена, за ней никто не следил, и она улетела от Земли. Став спутником Солнца, ступень летала по орбите, расположенной близко от земной, пока в 2002 году снова не встретила нашу планету. Земля гравитацией уменьшила скорость «астероида» J002E3 и ненадолго сделала его своим спутником. Он вращался вокруг планеты, пока Солнце мощным притяжением снова не разогнало бывшую ступень и не приблизило к себе.

Орбита J002E3. NASA

В этой истории мы упомянули, что космические аппараты вращаются вокруг планеты, а не летают по прямой.

Если аппараты будут двигаться по орбите в виде круга или эллипса, то они смогут не падать на Землю, развивая так называемую первую космическую скорость.

Представим, что некое тело, например камень, летит по прямой, перпендикулярно поверхности планеты, на которой есть сквозное отверстие. У этой планеты нет атмосферы и других причин замедляться. Мы бросили камень вверх со скоростью ниже второй космической. Он будет улетать и постепенно тормозиться, пока его скорость не станет равна нулю. В какой-то момент камень остановится и, влекомый гравитацией, начнет падать. Сначала медленно, потом все быстрее и быстрее. У самой земли камень будет иметь ту же скорость, с которой мы его бросили. В реальной жизни он встретился бы в этот момент с грунтовой поверхностью и разбился, но у нас вымышленный мир с отверстием в планете, куда камень продолжит падать, двигаясь к центру. И вот он пролетел центр и за счет своей вновь набранной огромной скорости начинает от него удаляться и затем тормозиться.

Камень уже с другой стороны планеты поднимется на ту же максимальную высоту, что при подбрасывании в начале. Там его скорость снова станет равна нулю. Камень начнет опять падать и разгоняться. Он быстро пролетит центр планеты, вновь начнет от нее улетать и потом опять тормозиться. И так до бесконечности – падаем и разгоняемся, улетаем и тормозимся. А теперь будем бросать не вверх, а в сторону, параллельно горизонту.

По сути, будет происходить то же самое, только камень будет пролетать некоторое расстояние вбок. Чем сильнее мы бросаем, тем дальше предмет пролетает, пока не успевает упасть. При изначальной скорости в 7,9 км/с за время падения к центру Земли камень сможет преодолеть расстояние, равное радиусу планеты, и пролететь мимо, не врезавшись в ее поверхность. Правда, тогда Земля для камня будет с другой стороны. Он устремится к ней за счет гравитации, но пока будет лететь «вбок» к планете, успеет преодолеть еще один радиус Земли. Ведь за то время, когда он падал «вниз», успел скорость набрать, но потерял изначальную скорость «вбок». Пока второй радиус Земли преодолевается, скорость «вбок» растет, а вниз – убывает. И так по кругу. Камень постоянно падает, постоянно скорость теряет в одном направлении и увеличивает в другом, а расстояние от планеты при этом не меняется. Суммарная скорость во всех направлениях тоже не меняется.

Вот такой полет по кругу со скоростью не менее 7,9 км/с и называется космическим орбитальным полетом, а сама скорость – первой космической. Траектория движения тела называется орбитой. Причем направление движения спутника и направление скорости должно проходить по касательной к поверхности Земли. В истории космонавтики несколько раз не получалось разогнать ракеты в нужном направлении с достаточной скоростью. Тогда одна за одной шли ошибки, и исправлять их не было возможности, поскольку посадки производилась в незапланированных местах.

В 1960 году после Белки и Стрелки ученые собирались запустить на орбиту еще двух собак – Жульку и Жемчужину. Однако на последнем этапе разгона ракеты-носителя «Восток» из-за поломки двигателя третей ступени корабль отклонился от курса и полетел не вбок, а вверх. Он достиг высоты в 214 км и оказался за пределами плотной атмосферы. Но скорость была задана не в том направлении, и стало ясно, что корабль с собаками на орбиту не выйдет и очень скоро упадет на Землю. Аварийная система включила отделение спускаемого аппарата для безопасного приземления животных. В программу спуска входило падение на парашюте в герметичном отсеке корабля, а затем на высоте в 7 км – катапультирование отдельных, уже негерметичных, контейнеров. Посадка произошла в густой тайге на крайнем севере. В тот день на улице температура была –40 °C. Поиск собак из-за сложных условий затянулся на двое суток, и с четвероногими уже попрощались. Привязанные к контейнерам собаки не смогли бы куда-то убежать, а в неотапливаемом контейнере при такой температуре шансов выжить у них не было. Но на третий день, как это ни удивительно, собак нашли живыми. Оказалось, произошла еще одна ошибка. И очень кстати. Не сработала катапульта, и собаки остались в герметичном спускаемом аппарате, куда не проходил холодный воздух.

Меньше повезло макаке Скэтбэк. В 1961 году в США проводился испытательный старт ракеты-носителя «Атлас-Е» с обезьяной в катапультируемом контейнере. Главная цель полета состояла в испытании системы аварийного спасения. На этот раз пуск был удачным, но ошибка закралась в направлении срабатывания катапульты. Капсула с макакой приводнилась где-то в Тихом океане. В предполагаемом месте посадки Скэтбэка так и не нашли. Вероятно, контейнер вместе с обезьяной утонул.

Другой случай произошел с космонавтами Василем Лазаревым и Олегом Макаровым. В процессе старта ракеты-носителя «Союз» возникла аварийная ситуация. (Подробнее о причинах будет рассказано в главе «Равновесие».) Курс сильно изменился, и система аварийного спасения вовремя дала команду на отделение спускаемого аппарата. Техника не подвела, и посадка произошла в горах на границе с Китаем. Выйдя наружу, Лазарев и Макаров прежде всего развели костер, но не потому, что они замерзли. Космонавты решили, что горизонтальная скорость ракеты-носителя была уже велика и из-за этого они улетели в другую страну. По инструкции, если приземление космического корабля будет не на территории СССР, то следует ради сохранения государственной тайны сжечь всю имеющуюся документацию.

Скорость 7,9 км/с – это минимальная скорость для полета по кругу у поверхности Земли. Но чем дальше мы улетаем от планеты, тем меньше сила ее притяжения. Разумеется, и тем меньше нужна скорость, чтобы вращаться вокруг Земли в отдалении от нее. Чтобы улететь от Земли, сначала нужно выйти на минимальную орбиту, а только потом перелетать еще дальше. Затем добавить скорости, чтобы выйти на эллиптическую орбиту, причем такую, чтобы она пересекалась и с первой низкой, и со второй, более далекой круговой орбитой. При движении ко второй орбите скорость спутника будет падать. К моменту, когда он доберется до нужной высоты по овальной траектории, его скорость будет уже нулевая, и теперь, чтобы не падать назад, нужно разогнаться еще. Вроде бы пока спутник улетал вдаль, мы все время его разгоняли, но на выходе получилась более низкая скорость. Вот такой неочевидный парадокс. Чтобы двигаться быстрее, нужно тормозить, а чтобы двигаться медленнее, нужно ускоряться. Решение этого парадокса простое. Как только мы тормозимся, гравитация нас начинает ускорять, и наоборот, мы пытаемся разогнаться, и Земля тут же стремится вернуть нас к себе.

Этот парадокс не раз приводил к ошибкам. Так, у самого первого космического аппарата, который мог маневрировать и возвращаться на Землю, возникла неожиданная проблема. Это был беспилотный прототип корабля «Восток». В разной литературе он имел название «Спутник-4» или «Корабль-спутник-1». После выполнения своей задачи аппарат включил двигатели, чтобы вернуться на Землю. Однако вместо того, чтобы затормозиться и начать падать, аппарат затормозился, но полетел на более высокую орбиту. В космосе из-за инерции ускорение и торможение – это один и тот же процесс, и только от направления работы двигателя (по ходу или против движения) зависит, что именно у нас получится.

Интересно, что через два года спутник все же упал на Землю, причем на небольшой город Манитэвак в США. Никто не пострадал, а потом на месте падения даже установили табличку, увековечившую этот космический казус.

Более известный случай произошел с первой женщиной-космонавтом Валентиной Терешковой. В полете перед ней стояла задача совершить маневры и сымитировать посадку. Однако Валентине Владимировне сделать это сразу не удалось. Позднее она рассказала, что, вероятно, система управления была неверно запрограммирована. Вместо торможения последовал разгон и перелет на орбиту еще выше. Правда, инженеры никак слова Терешковой не подтвердили и уверенно заявляли, что управление кораблем работало нормально. Кроме этой проблемы у первой женщины-космонавта были и другие трудности в полете, из-за чего она нарушила несколько инструкций. Главный конструктор С. П. Королёв даже заявил, что больше в космос женщин запускать не будет, и свое обещание сдержал – в следующий раз женщина отправилась на орбиту уже после его смерти.

Подобные ошибки в полетах допускали и американцы. Корабль «Джемини-4» с астронавтами Эдвардом Уайтом и Джеймсом МакДивиттом на борту должен был после отделения ступени ракеты-носителя «Титан» сблизиться ней. Первая часть эксперимента была выполнена. Ступень отделилась, корабль находился недалеко, и относительная скорость разлетания была небольшая. Однако астронавты к основному заданию приступили не сразу. Ступень оказалась чуть ближе к Земле, чем было запланировано, а значит, скорость стала чуть больше. За несколько минут ступень улетела вперед. Командир МакДивитт решил догнать ее, но при включении двигателя на разгон ситуация только ухудшилась. Сообразив, что делает все не так, он начал тормозить. К тому моменту корабль зашел в тень Земли, и астронавты не могли разглядеть свою цель, да еще и расход топлива был непростительно большим. В итоге это задание так и не было выполнено.

Иногда знание о силе гравитации помогает решить некоторые проблемы. Так, сила притяжения планет позволяет увеличивать скорость межпланетных аппаратов. Например, зонды «Вояджер-1» и «Вояджер-2» смогли разогнаться за счет падения на Юпитер и Сатурн так, что улетели от Солнца в межзвездную среду. Интересен случай с американо-гонконгским спутником связи AsiaSat 3. При запуске аппарата в 1997 году двигатели разгонного блока смогли вывести аппарат на эллиптическую орбиту для перехода на круговую, более удаленную от Земли. Но когда повторно потребовалось совершить для этого разгон, двигатели проработали одну секунду вместо запланированных 130. Естественно, этого было недостаточно, чтобы выйти на расчетный уровень. AsiaSat 3 отделился от неисправного разгонного блока. На спутнике были собственные двигатели, правда, с куда меньшим запасом топлива. Ученые нашли гениальное решение: спутник отправили в совершенно другую сторону – к Луне.

Естественный спутник Земли своим притяжением начал разгонять искусственный. Это помогло значительно сэкономить топливо. Хотя аппарат получил достаточную и даже бо́льшую скорость, он стал перемещаться по траектории, напоминающей восьмерку, – то вокруг Земли, то вокруг Луны, но топливо еще оставалась. В какой-то момент, когда AsiaSat 3 двигался к Земле и пролетал мимо нужной орбиты, его слегка затормозили и вывели в расчетную точку.

Также гравитацию сейчас используют для геологических исследований. Разные точки на Земле имеют разную гравитацию. В силу этого спутники меняют свою орбиту, пусть и ненамного. Так что космические аппараты летают не совсем по кругу или эллипсу. Когда спутник летит над залежами тяжелых пород, например металлической руды, он слегка приближается к Земле, и наоборот, когда пролетает над пустотами, удаляется от нее. Для Луны этот эффект также оказался очень заметным и важным. Советская межпланетная станция «Луна-10», первый искусственный спутник Луны, за один оборот отклонялась на полкилометра от рассчитанной траектории. Правда, эта ошибка в расчетах сильно на миссии не сказалась, а как раз позволила открыть необычную особенность – гравитационную неоднородность ночного светила. Позже регионы с повышенной или пониженной силой притяжения стали называть масконами.

Карта гравитационных аномалий Луны. NASA

Американским астронавтам миссии «Аполлон-11» этот эффект немало потрепал нервы. Знаменитый «Орел» с Нилом Армстронгом и Баззом Олдрином смог прилуниться только в 6 км от предполагаемого безопасного места посадки. Астронавты заметно отклонились от плановой траектории, да еще возникли проблемы с компьютером. Удалось сесть буквально на последних 5 % выделенного для этого топлива. Во второй миссии такой опыт учли, и точность посадки составляла уже около 160 м. Так как Луна очень неоднородна, то и впоследствии случались ошибки в расчетах, хотя инженерам была известна суть проблемы. Например, американский спутник Луны PFS-2 должен был проработать полтора года, но из-за масконов упал уже на 35-й день.

Для расчета околоземных орбит куда более важно учитывать неравномерность распределения массы не в планете, а в спутнике, как искусственном, так и естественном. С Луной, например, уже произошло следующее: она теперь повернута к нашей планете одной стороной. Правда, тут еще играют роль приливы, которые Земля вызывает у своей спутницы. Известно, что Луна образует своим притяжением водяной горб на поверхности нашей планеты. Однако приливное взаимодействие работает и в другую сторону. Гравитация Земли тоже образует на Луне горб, причем из-за большей массы и эффект сильнее. Правда, воды на естественном спутнике нет, но силы было достаточно, чтобы вытянуть всю Луну (в те времена, когда она была молодая и пластичная). Образовавшийся горб на естественном спутнике имеет свое притяжение, и на него тоже действует гравитация Земли. Из-за этой деформации Луна начала замедляться. Этот процесс шел, пока Луна не оказалась повернута одной стороной к Земле.

Такие же проблемы не раз возникали и у ракет. Так, если космический аппарат был плохо сбалансирован, то он начинал вращаться. Земля сильнее притягивала к себе его более тяжелую часть. Жидкое топливо в силу различных причин перемещалось в баке. Это приводило к потере баланса и перевороту ракеты-носителя. Так, например, было при втором пуске ракеты-носителя Р-16 в 1960 году. В результате ее вторая ступень потеряла управление и улетела в сторону Китая. Для решения подобной проблемы сейчас повсеместно применяются механические демпферы колебаний жидкости.

Нечто похожее было на орбите у первого американского спутника «Эксплорер-1». Он имел вытянутую форму, напоминающую карандаш, и был снабжен четырьмя гибкими штыревыми антеннами. Вроде никакой жидкости внутри нет и центр масс сбалансирован. Тем не менее «Эксплорер-1» начал кувыркаться. Дело в том, что антенны были гибкие, и при раскрытии они начали по инерции качаться и менять положение космического аппарата. Аналогичное явление наблюдалось в 1967 году при запуске спутника «Космос-142», у которого было пять длинных гибких антенн.

Американский исследовательский астрономический инструмент Spartan-207 представлял собой надувную антенну. Он был запущен астронавтами с борта шаттла «Индевор». Сразу после того как спутник начал автономную работу, надувная часть аппарата стала растягиваться и наполняться газом. Из-за изменения формы центр масс сместился. Началось вращение, правда, со временем гравитация его остановила. Сегодня используется специальная стабилизация с помощью силы тяжести, но только на спутниках, которые должны быть ориентированы на Землю. У них есть небольшой груз на выдвижной штанге, благодаря которому более тяжелая часть аппарата разворачивается к планете.

Если спутники и приборы всегда чувствуют гравитацию, то люди в состоянии невесомости – нет. Вес и масса – разные понятия, пусть для обычного человека на Земле они проявляются одинаково. Масса в космосе никуда не пропадает, все предметы по-прежнему притягиваются друг к другу и к Земле. Вес же – это сила, действующая на опору, а так как в космосе опор нет, то и веса нет.

Без опоры сложно понять, где вверх, а где низ, где север, а где юг. Ориентиры в космосе есть – Земля, Солнце, звезды, но они могут быть от человека с любой стороны. Что-то похожее бывает в воде. Человек может плыть и горизонтально, и вертикально. Во время попытки первой в СССР стыковки у космонавта Георгия Берегового возникла связанная с этим серьезная проблема. Ему предстояло совершить стыковку корабля «Союз-3» с беспилотным кораблем «Союз-2». Оба аппарата зашли в тень Земли, и космонавт приступил к сближению. Соединение должно осуществляться при одинаковом положении аппаратов, при котором замки механизма захвата и стягивания могли бы попасть в соответствующие пазы. У стыковочной системы есть две антенны, которые помогают определять курс и положение кораблей. Для автоматического соединения нужно, чтобы антенны одного корабля были направлены к антеннам второго. Если есть отклонения, то включаются двигатели для поворота. Георгий Береговой управлял своим «Союзом» вручную и не заметил, что его корабль перевернут относительно другого. На автоматическом «Союзе» система это заметила, но вместо того, чтобы развернуться вниз, вращаясь по ходу движения, «Союз-2» повернулся поперек. Его стыковочный механизм отвернулся от корабля Берегового. Когда же оба аппарата вышли из тени на свет, космонавт заметил свою ошибку, но было уже поздно. Топлива для маневров не осталось. После этого всем космонавтам предписано было стыковаться только на дневной, освещенной стороне орбиты.

Глава 2
Температура

– Товарищи солдаты! Перед вами новый, секретный образец танка. Его броня способна выдержать температуру от –500 до +500 градусов по Цельсию…

– Товарищ майор! Температуры ниже –273 градусов по Цельсию не бывает! Ученые не знают таких температур!

– Повторяю: танк СЕКРЕТНЫЙ! Ученые могут и не знать!

Анекдот

В космосе холодно – чаще всего люди думают именно так, но это неверно. Температура – мера средней энергии движения молекул вещества, так что в космосе ее быть не может. Энергию в безвоздушном пространстве невозможно измерить, так как атомов и молекул там почти нет. Однако у космического аппарата в полете температура будет, и определяется она по энергии излучения. Солнце излучает свет, а все предметы в космосе поглощают его и при этом нагреваются. И, конечно, все предметы, которые имеют температуру, тоже светятся в разных диапазонах спектра, отдают энергию и остывают.

Ошибки, связанные с неверными расчетами температуры, появились уже при запуске второго спутника, на борту которого находилась первая пассажирка – собачка по кличке Лайка. Многие знают эту трагическую историю и считают, что сам полет в принципе являлся большой ошибкой. Спутник не был оборудован никакими системами посадки, даже не было парашюта. Лайка была обречена с самого начала. Были в полете и незапланированные технические проблемы. Предполагалось, что собака проживет в космосе десять дней, и в течение этого времени ученые будут следить за изменениями в организме в условиях невесомости. Однако температура в кабине стала медленно нарастать, и уже на седьмом часу полета Лайка погибла.

Как уже было сказано, в космосе под действием солнечного света космические корабли нагреваются. Представьте, что вы летом сидите внутри машины без окон и дверей под палящими лучами. Конечно, когда спутник двигается в тени Земли, он начинает охлаждаться. Чтобы температура была в норме, нужно держать баланс. У Лайки на борту никаких активных систем контроля температуры не было, только небольшой вентилятор. Кроме того, второй спутник вышел на такую орбиту, что в тень от Земли он попадал на гораздо меньший промежуток времени, чем находился на Солнце. Третий момент был связан с размерами. Спутник был небольшого размера, и все необходимое оборудование в него не влезало. Чтобы сэкономить место, некоторые системы были размещены в ступени ракеты-носителя, которую от спутника конструкторы решили не отделять. В итоге в космосе летал здоровенный 31-метровый цилиндр. Чем больше объект, тем больше на него будет падать света, тем быстрее он будет нагреваться. Три этих момента привели к тому, что температура в кабине, где находилась Лайка, быстро росла и не успевала снижаться до комфортного уровня. В результате собака погибла от перегрева. Конечно, она не выжила бы в любом случае, но эти ошибки приблизили ее гибель. Зато уже третий и последующие советские спутники имели специальные радиаторы, активную систему охлаждения, для них рассчитывались температурные нагрузки с учетом орбиты и размера аппарата.

Четвертый советский аппарат на орбите получил имя Корабль-спутник. Он уже умел поворачиваться к планете и Солнцу разными боками. Кроме того, входящая в его состав кабина, так называемый спускаемый аппарат, могла возвращаться на Землю. На борту имелись небольшие двигатели ориентации и тормозной двигатель для схода с орбиты. Положение в пространстве определялось по солнечному датчику и датчику горизонта. Оба работали с помощью света. В приборе был набор небольших окошек с разных сторон. В какое окошечко проходил свет – с той стороны Солнце. Датчик горизонта Земли работал по тому же принципу, но реагировал не на оптическое излучение, а на инфракрасное тепловое от Земли. Вот только этот прибор забыли защитить от перегрева. Вроде бы датчик был небольшой и не мог нагреться так, чтобы выйти из строя. И действительно прибор работал, но возник неожиданный эффект. Нагретая боковая стенка датчика горизонта, как любой нагретый предмет, стала сама светиться инфракрасным излучением. Чувствительный элемент в приборе решил, что это свет от Земли, и выдал команду на включение двигателей. Однако Земли с той стороны не было. Вместо того чтобы вернуться на планету, Корабль-спутник отлетел от нее.

Охлаждение тоже порой сильно мешает. Так, первая попытка развернуть на орбите активный спутник-ретранслятор провалилась из-за замерзания. Этот космический аппарат получил имя «Молния». Спутнику связи требовалось значительное количество солнечных батарей для выработки электрического тока под приемные и передающие устройства. Солнечные батареи разворачивались веером во все стороны. Только конструкция была такова, что провод от главного инструмента – антенны – всегда находился в тени. Гибкая на Земле изоляция из поливинилхлорида в космосе замерзла и затвердела. При попытке разворачивания антенны провод стал фиксатором и не позволил ей сдвинуться с места.

Первый аппарат, который должен был полететь на Венеру, не смог уйти с орбиты Земли. Его прозвали Тяжелым спутником, чтобы скрыть основное назначение аппарата и выдать неудачу за успех.

Причина, по которой аппарат не смог улететь на Венеру, – испарилась смазка электромеханического преобразователя напряжения. И те части, что должны были поворачиваться, из-за трения не повернулись. Тогда ученым было выдано задание разработать новые смазочные материалы.

Для решения конкретной проблемы преобразователь на дублере поместили в герметичный контейнер. На других аппаратах в качестве смазки использовали легкоплавкие металлы, такие как натрий или литий. При нагреве на солнечной стороне орбиты эти металлы плавятся и образуют тонкую жидкую прослойку для облегчения скольжения. Но это тоже оказалось не лучшим решением, так как при низкой температуре металлы, естественно, находились в твердом состоянии и трение только увеличивали.

В миссии «Джемини-4» был осуществлен выход в открытый космос через специальный люк. Когда же пришло время его закрыть, то у астронавта Джеймса МакДивитта с первого раза это сделать не получилось. Что-то мешало люку закрыться плотно. Только совместными усилиями вместе с Эдвардом Уайтом удалось выходной люк запечатать. Потом, уже на Земле, поняли, что в вакууме из-за нагрева, а потом охлаждения металла сварились вместе витки пружины.

Еще один забавный случай произошел в экспедиции Skylab 3. Астронавты Алан Бин, Оуэн Гэрриотт и Джек Лаусма летели к станции Skylab на корабле Apollo CSM-117. Внезапно они заметили нечто, пролетающее мимо за бортом. Джек Лаусма, который сидел справа ближе всех к иллюминатору, удивленно сообщил: «Я думаю, мимо окна прошел двигатель… Это выглядело точно как наш двигатель!»

На самом деле это была ледяная пробка. По всей видимости, в трубке, подающей топливо к двигателю, появилась течь. Жидкое горючее просачивалось в космос, налипало на стенки элементов двигателя (в первую очередь сопла) и замерзало. При подлете к станции началась подготовка к включению двигателя для маневрирования, и из-за этого кусок льда, повторяющий форму двигателя, оторвался и пролетел мимо астронавтов, изрядно их напугав. В конечном счете позже появилась так называемая твердая смазка из дисульфида молибдена.

Самые высокие тепловые нагрузки на космический аппарат возникают во время вхождения в атмосферу. От трения о воздух при движении на огромной скорости корабли нагреваются до 2000 °C. Для защиты спускаемых аппаратов инженеры используют несколько слоев теплоизолирующего материала под названием асботекстолит. По сути, это ткань, только очень плотная и жаропрочная. Асботекстолит плохо горит и практически не пропускает тепло. Даже если один или два слоя прогорят, это ни на что не повлияет. Для шаттла такой материал не годится, так как кораблям этого типа нужно сохранять вид самолета. Шаттл садится, используя крыло, и потому ему нужна особая аэродинамическая форма. В данном случае днище, крыло и фюзеляж многоразового корабля обклеиваются специальной керамической плиткой. Просветы между плитками заполняются теплоизолирующим клеем. Инженеры замечали, что после нескольких полетов американского аппарата плитка отваливается. Конструкторы недосчитывались иногда до трех сотен плиток. Но при этом ресурс тепловой защиты позволял успешно садиться. Затем инженеры восстанавливали плитку, и можно было лететь повторно.

Серьезная ошибка, связанная с температурой, произошла при катастрофе шаттла «Колумбия». Когда он стартовал, специалисты во время запуска обнаружили, что от топливного бака отделился кусочек пеноуретана. Этот материал тоже использовался для тепловой изоляции, но не корабля, а топливного бака. В этом баке хранился жидкий водород при температуре –259 °C. Чтобы горючее не нагревалось от тепла атмосферы, баки изолируют.

И если бы пеноуретан просто отвалился, ничего страшного бы не произошло, но он попал в левую консоль крыла и сломал на нем теплозащитную плитку. Для дальнейшего полета это было неважно, так как шаттл уже практически вылетел за пределы плотных слоев атмосферы. Однако нужно было еще возвращаться. Несколько специалистов забили тревогу, но руководители программы заверили, что эта ситуация не принесет катастрофических последствий. Как же они ошибались. Запросы на осмотр повреждений были отклонены. К слову сказать, на борту не было возможности починить теплозащиту собственными силами. Технология ремонта шаттла непосредственно в космосе существовала, но так и не была внедрена и ни разу не использовалась. Тем не менее варианты спасательной операции с использованием другого шаттла или Международной космической станции существовали. Все они были отброшены.

«Колумбия» стала возвращаться на Землю. Всего через пять минут после входа в атмосферу температура кромки крыла выросла до 1500 °C. В месте удара прогорела оболочка, и горячий газ стал проходить в полости внутри крыла. Силовой элемент, который придает крылу жесткость, – лонжерон – прогорел уже через несколько секунд. От набегающего потока воздуха крыло начало разрушаться изнутри. Через минуту стали отваливаться первые куски, а на второй минуте повреждения были уже катастрофическими. Шаттл развалился, большая часть его обломков сгорела, а некоторые разлетелись на сотни километров. На борту было семь астронавтов: Дэвид Браун, Рик Хазбанд, Лорел Кларк, Калпана Чаула, Майкл Андерсон, Уильям МакКул и Илан Рамон. Как нетрудно догадаться, никто не выжил. Семь человеческих жизней – цена одной из самых масштабных аварий в истории космонавтики.

Глава 3
Равновесие

Хочешь жить – умей вертеться.

Поговорка

В этой главе речь пойдет об ошибках в области статики. И тут многие могут задать вопрос – какая статика в космосе? Все школьные задачи из этого раздела физики предполагают наличие опоры, а о каких опорах может идти речь в условиях невесомости?

На самом деле статика – это наука о равновесии, балансе приложенных к телам сил и возникших моментов.

Ключевое понятие здесь – центр масс. Если есть сила, помимо силы притяжения, которая действует на тело не на линии центра масс, то тело получит вращательный момент и начнет крутиться. И это большая проблема для ракет. Двигатель должен создавать тягу вдоль линии центра масс. Это всегда было известно, но некоторые детали при подготовке к полетам все же упускались.

Так, на заре космонавтики инженеры ошиблись насчет того, в какое место ракеты прикрепить двигатель. К примеру, на американской ракете «Нелл» он был сверху. Логика проста – главное, что реактивная сила действовала на линии центра масс, а если двигатель выше него, то полет ракеты будет более устойчивым. Гравитация в случае чего сама развернет нижнюю часть к земле. Вот только горячие потоки газов, которые выходили из двигателя, стали прожигать корпус и разрушать ракету.

После этого основным местом расположения двигателей стал хвост. Но теперь возник вопрос равновесия. Ракета оказалась подобна качелям. Если одна из сторон тяжелее или на одну из сторон действует сила, то всю конструкцию будет уводить. Хотя это и большая проблема, но она стала и решением вопроса систем управления. Если мы хотим, чтобы ракета повернулась, достаточно подать на одну из ее частей увеличенный поток воздуха, который ее и отклонит.

Серьезные проблемы были у ракеты Н-1. Она разрабатывалась под лунную программу, была огромной (105 м высотой) и тяжелой (1880 т) и получила прозвище Царь-ракета. В ней была предусмотрена работа пяти ступеней, но в итоге даже вторая не запускалась. Как и Царь-пушка не стреляет, а Царь-колокол не звонит, Царь-ракета свое предназначение так ни разу и не выполнила. Дело в том, что для отрыва от Земли такой громадины требовалось минимум 28 двигателей на первой ступени. Это очень много. Гарантировать, что все они будут выдавать необходимую мощность, было нельзя. Если же один из двигателей создаст слишком большую силу, то возникнет разбалансировка. Чтобы решить эту проблему, инженеры добавили к 28 еще два. Если один из двигателей откажет, то выключится тот, что напротив него. Суммарная тяга уменьшится, но баланс будет удерживаться.

Во время первого испытательного пуска именно так и произошло. Двенадцатый двигатель от скачка напряжения отключился, и тогда двигателю 24 была дана команда тоже отключиться. Тем не менее, хотя ракету-носитель не начало разворачивать, баланса добиться не удалось. Н-1 стала ходить ходуном – то в одну сторону наклонится, то в другую. От таких колебаний начали рваться шланги топливопроводов, а за этим последовал разлив горючего, которое в свою очередь воспламенилось и привело к взрыву всей ракеты-носителя.

Второй пуск Н-1 отличался незначительно. Почти сразу отключился двигатель номер 8. За ним последовали и остальные. В итоге работающим остался только один, и он начал разворачивать ракету-носитель вдоль продольной оси. В итоге Н-1 упала плашмя прямо на стартовый стол космодрома. Последующий взрыв уничтожил всю стартовую площадку и даже сильно повредил соседнюю. Это происшествие на два года отложило все работы по ракете для пилотируемой лунной программы.

Третий старт – и снова проблемы с балансом сил, но на этот раз не по вине двигателей. Достаточно быстро после старта Н-1 начала крутиться вокруг продольной оси. Поначалу вращение было незначительным, но чем больше проходило времени, тем выше становилась скорость вращения. Масса ракеты-носителя огромна, и потому вернуть на место центр тяжести стандартным системам не удалось. Более того, раскручивание привело к разрушению креплений первой и второй ступеней. Памятуя о предыдущей ситуации, инженеры внесли изменения в программу работы. Теперь в течение 50 секунд после взлета двигатели не могли выключиться, чтобы успеть увести ракету-носитель от стартовой площадки. Интересно, что при первом пуске в момент, когда функционировало только 28 двигателей (без № 12 и № 24), раскручивающей силы не было.

Тем временем в США начал набирать популярность проект, сулящий инженерам большие проблемы в области статики: «Спейс Шаттл». Он представляет собой космический аппарат в виде самолета с реактивными двигателями, тяжелыми топливными баками, прикрепленными к днищу, и твердотопливными ускорителями по бокам. Даже если сбалансировать такую систему, то после старта топливо будет уходить из баков, они станут легче, а из-за этого сместится центр масс. Система начнет заваливаться примерно так, как человек, несущий на спине слишком тяжелый рюкзак. У обычных ракет такая проблема, разумеется, тоже может возникнуть. Чтобы ее избежать, их конструкция представляет собой цилиндр или конус (тело вращения) и имеет осевую симметрию. Центр масс в таком случае при истечении топлива будет только опускаться, но оставаться примерно на одной вертикальной линии. Баланс будет сохраняться. У шаттла нет полной симметрии, и реализовать эту простую идею не получится в принципе. У советского шаттла – корабля «Буран» – была похожая конструкция и похожая проблема. Центр масс в полете будет смещаться и выводить из равновесия всю систему.

Макет корабля «Буран»

Для решения проблемы инженеры изготовили двигатели подвижными. Они могли менять направление тяги. Также в конструкцию в хвостовой части был включен так называемый балансировочный щиток.

Главное отличие советского многоразового космического аппарата от его американского собрата – маршевые двигатели. В проекте «Буран» они размещены не на самом корабле, а на ракете-носителе «Энергия». Проблема с балансом произошла как раз при ее старте, но с другим космическим аппаратом – «Скиф-ДМ», который более известен под названием «Полюс». При взлете полезный груз перевесил, и «Энергия» немного завалилась. Это было скорректировано, и ракета-носитель со своим грузом на орбиту все-таки вышла, но на стартовой площадке возникли большие проблемы. Струя от двигателя после отклонения ракеты оказалась направлена не в специальный газоотводный лоток, а в сторону других важных элементов стартового комплекса. Так, например, горячий поток из двигателей своим давлением выбил огромною трехтонную герметичную дверь и создал немалые разрушения.

Интересно, что этого можно было избежать благодаря предложенной инженерами системе сопровождения, от которой все-таки отказались. Она была разработана для предотвращения заваливания ракеты-носителя из-за ветра. Так как воздушный поток должен иметь огромную силу, чтобы сдвинуть многотонную ракету, а шквалистых порывов не предвиделось, это устройство было убрано. Инженеры боялись, что механизм фиксации слишком сложен, и если в нем есть дефект, то неисправный держатель будет мешать пуску.

Опасения были обоснованными, так как в США как раз использовались подобные устройства и их поломки неоднократно происходили как с шаттлами, так и со стандартными ракетами-носителями. Крепление к стартовому комплексу было жестким с применением специальных взрывающихся болтов – пироболтов. Они держали ракету-носитель, не давая ей упасть. Во время пуска по команде пироболты должны были разрываться и тем самым освобождать ракету-носитель от стартового стола. Достаточно часто они не срабатывали.

Правда, к проблемам на старте это не приводило, так как ни один болт не смог бы удержать мощь рвущейся в небо ракеты и удержать ее. Однако при этом крепления вырывались с корнем, и их потом необходимо было восстанавливать.

В СССР для фиксации других ракет-носителей семейства Р-7 на стартовой площадке была разработана система «Тюльпан», которая используется по сей день. Она применяется для решения проблемы с балансом и представляет собой нечто напоминающее качели. Точка опоры с шарнирным механизмом, с одной стороны – стрела с полукруглым держателем, а с другой стороны – тяжелый груз-балансир.

Таких опор четыре штуки. Когда ракету-носитель устанавливают на эти конструкции, сама ракета своим весом прижимает их к себе, а они удерживают ее, не давая наклониться. Когда же двигатели набрали достаточно мощности, чтобы ракета не нуждалась в опоре, нагрузка со стрелы снимается, а тяжелый груз с другой стороны перевешивает и отклоняет опоры от ракеты. Действие напоминает раскрытие лепестков цветка, что и дало системе название «Тюльпан».

Однажды представители США оказались на космодроме Байконур и очень интересовались, как советским инженерам удалось добиться синхронного одномоментного отделения опор. Как видите, все просто: «Тюльпан» – полностью механическая система с минимумом деталей, которая работает на третьем законе Ньютона. Он гласит: сила действия равна силе противодействия.

Часть макета стартовой площадки космодрома Байконур с системой «Тюльпан»

Законы статики были применены и для решения других проблем космических аппаратов, не только при взлете, но и при посадке. Для пилотируемой лунной миссии разрабатывался посадочный модуль корабля. На Луне работают те же, что и на Земле, принципы и законы равновесия, так что их приходилось учитывать.

Для уменьшения объема и массы лунного модуля инженеры хотели сделать его с прямыми опорами по ширине космического корабля. Однако при проектировании выяснилось, что если человеку понадобится выходить из кабины, то системы управления и радиосвязи нельзя будет установить равномерно со всех сторон корабля, поскольку одну из стен придется отдать под «дверь». Кроме того, для датчика расстояния, который станет измерять дистанцию сближения с Луной в ходе посадки, нужно место за этими опорными стойками. В итоге оказалось, что бо́льшая масса лунного корабля сосредоточена с одной стороны. Уже во время испытаний на Земле выяснилось, что аппарат опрокидывается, так как одна его часть перевешивает другую. По законам статики тело, находящееся на поверхности, будет устойчивым, если проекция его центра масс оказывается в площади опоры. Соответственно, решение проблемы было простым – изготовить раздвижные стойки, чтобы центр масс не выходил за пределы увеличенной площади опоры. Выводы были сделаны и для лунного скафандра, с которым тоже могла возникнуть проблема опрокидывания, – инженеры спроектировали специальный обруч. У одежды космонавта, чтобы ходить в безвоздушных условиях, должны быть системы жизнеобеспечения. Логично, что они будут располагаться за спиной, словно в рюкзаке туриста. Вот только скафандр для хождения по Луне под названием «Кречет» имеет массу более 100 кг. Конечно, на естественном спутнике Земли сила тяжести меньше в шесть раз, соответственно, и в шесть раз меньше вес, но с учетом того, что сам космонавт тоже будет легче, возник вопрос, не будет ли он опрокидываться. На всякий случай в комплект скафандра был включен большой обруч вокруг пояса, который не дал бы упасть на спину. Вот только советский космонавт в специально оборудованном скафандре на Луне так и не побывал. Зато там были американские астронавты, которые показали, что опасения наших инженеров были не напрасны. Особенно жаловались на трудности с балансом астронавты миссии «Аполлон-15». Они были первыми людьми, что работали на Луне три дня. Кроме того, в их программу входило много экспериментов с геологическими (селенологическими) образцами. Чтобы собрать для этого материал, астронавтам требовалось приседать, из-за чего смещался центр тяжести и нарушалось равновесие.

Еще одна проблема возникла у того же американского экипажа с ровером. Специальная небольшая электрическая машина должна была использоваться для поездок астронавтов на Луне. Инженеры прикрепили ее в сложенном виде сбоку к лунному модулю. Все было сбалансировано, и никаких проблем не ожидалось. Вот только астронавты прилунились на горке, а сам модуль встал с наклоном вниз как раз со стороны контейнера с ровером. Когда его доставали, он буквально вывалился и сбил людей с ног. Благо упал только один из астронавтов, а второй помог ему подняться. В общем, американские покорители Вселенной вернулись на Землю после полета на Луну в синяках от падений и неловких движений в неудобном скафандре.

В миссии «Аполлон-17» один из астронавтов совершил сразу несколько падений, причем с такими телодвижениями, что его коллега сказал: «Тут уже все телефоны оборвали: Хьюстонский балет хочет пригласить тебя в труппу на следующий сезон». Место, где разразилась борьба за равновесие, получило имя кратер Балет.

Харрисон Шмитт пытается поймать положение равновесия на Луне. NASA

Во время посадок ошибки, связанные со статикой, допускались не только на Луне, но и на Земле.

Так, например, при возвращении корабля «Союз ТМ-12» космонавты нагрузили его под завязку. Одна из запланированных экспедиций была отменена, и нужно было вернуть на Землю больше грузов, чем обычно. Данные об экспериментах и другие важные материалы из космоса располагались в каждом углу спускаемого аппарата. Конечно, космонавты, памятуя о возможных проблемах, старались самые тяжелые вещи располагать у днища, чтобы корабль не перевернулся при посадке. Это не помогло. В месте приземления в тот день был сильный ветер. Он качнул спускаемый аппарат, и тот, будучи перегруженным, завалился набок. И все бы ничего, но тяжелые грузы сместились и придавили одного из космонавтов.

Медики, участвовавшие в эвакуации экипажа, быстро нашли корабль, освободили космонавта и оказали ему первую помощь.

Буквально через полет произошло почти то же самое. «Союз ТМ-14» загруженным возвращался на Землю. И снова ветер. Пока корабль болтался на стропах парашюта, его начало раскачивать из стороны в сторону, как на качелях. По правилам у самой Земли за несколько секунд до касания включаются двигатели мягкой посадки. Это требуется для снижения скорости и смягчения удара. Вот только на этот раз из-за качания на парашюте двигатели включились в тот момент, когда они были направлены не к земле, а от нее. В результате спускаемый аппарат перевернулся, да еще и разогнался, а не затормозил. В итоге люди в корабле оказались вверх ногами, но это было не самое страшное. Из-за качаний провод от наушников одного из космонавтов обвился вокруг шеи и начал его душить, а петлеобразная ручка, которая нужна, чтобы подтянуться, намоталась на замок от выходного люка. В результате спасатели не могли пролезть внутрь, а космонавты, находясь вверх тормашками, не могли освободиться от ремней и вылезти сами. Ситуация безвыходная в прямом и переносном смысле. Все же командир экипажа нашел непонятно где ножницы и смог разрезать петлю, не дававшую спасателям открыть люк. Двух космонавтов быстро отстегнули и вытащили, а вот с третьим – проблема. Если его отстегнуть от ремней безопасности, он повиснет на том проводе, который обвился вокруг шеи. Ни к чему хорошему это не привело бы. Сначала спасатели разрезали фурнитуру системы связи и только потом вызволили космонавта.

Стоит отметить, что оба случая произошли в период распада СССР, когда возникли серьезные трудности с финансированием. Тогда у космонавтов было меньше кораблей и приходилось возвращать на Землю больше грузов за один раз.

Были и другие случаи, когда из-за парашюта спускаемые аппараты с космонавтами заваливались на бок. После посадки ветер иногда наполнял купол парашюта воздухом, и тот, словно парус, мог перевернуть или протащить космонавтов. Так, например, произошло со спускаемыми аппаратами кораблей 7К ОК(А) № 8 («Космос-212») и 7К ОК(П) № 7 («Космос-213»). На орбите задачей космических аппаратов было проведение автоматической стыковки. В космосе все прошло по плану, но на Земле возникли трудности. Автомат, который должен был отстрелить парашют от спускаемого аппарата, не сработал (причем в обоих случаях). Из-за сильнейшего ветра части спускаемых аппаратов протащило пару километров. Правда, корабли были беспилотными, так что никто не пострадал. В пилотируемых версиях космонавты в нештатных ситуациях сами дают команду на отделение, чтобы спускаемый аппарат мог развернуться для сохранения правильного положения центра тяжести. Так было в случае с посадкой корабля «Союз Т-4» космонавтами Владимиром Ковалёнком и Виктором Савиных. До того, как они отстрелили парашют, спускаемый аппарат сделал несколько прыжков и «побил» своих пассажиров.

Но в одном случае парашют спас космонавтов.

Корабль «Союз-18–1» на орбиту выйти не смог из-за аварии ракеты-носителя. Проблема возникла после отделения второй ступени. К этому моменту уже включился двигатель третьей ступени, и по плану следующим действием должны были отсоединиться панели хвостового отсека. Они защищают двигатель и системы третьей ступени, пока работают первая и вторая, а также придают лучшую аэродинамическую форму ракете-носителю. Но на этот раз раньше времени раскрылись три из шести «замков» поперечного стыка хвостового отсека. Это поначалу не привело к серьезным проблемам, так как никакая часть ракеты-носителя не сместилась, и центр масс был там, где положено. Однако затем двигатель третьей ступени набрал мощность, и остальные нераскрытые «замки» под его действием сломались, но не одновременно. Сначала отделилась одна панель, потом вторая и третья. Вот тут-то появилась разбалансировка, которая привела к крену ракеты-носителя. Отклонение от курса было слишком большим, и тогда автоматически запустилась система аварийного спасения. Она отделила спускаемый аппарат с космонавтами Василием Лазаревым и Олегом Макаровым на борту от ракеты-носителя и с помощью парашюта посадила экипаж. Правда, при ее работе возникли огромные перегрузки в 21 g. То есть космонавты ощущали на себе давление, в 21 раз превышавшее их вес. Можно представить себе, что ощущает человек, на которого давит груз массой в 1500 кг. Это была плата за сохранение их жизни. При работе системы аварийного спасения инженерами была заложена в полтора раза меньшая перегрузка, но из-за того, что корабль оказался повернут неверно вследствие потери равновесия ракетой-носителем, замысел конструкторов не сработал.

Другая проблема этого экипажа – место посадки. До срабатывания системы аварийного спасения ракета-носитель работала около 5 минут и за это время успела достаточно далеко отлететь от космодрома и от ровных степей Казахстана в сторону гор Алтая. И как раз на склоне одной из них под названием Теремок-3 космонавты и приземлились и сразу почувствовали, что катятся. Почти сферическому спускаемому аппарату очень сложно было принять устойчивое положение на наклонной поверхности. Но вращение неожиданно остановилось, и космонавты смогли вылезти из импровизированной карусели. В нескольких метрах вниз по склону они увидели крутой обрыв. Если бы не парашют, который сначала не отделился от спускаемого аппарата, а потом запутался в ветках близлежащих кустов, эта история могла бы закончиться для космонавтов очень печально.

Корабль не скатился с горы, но возникла другая опасность – начался сход лавины. Снежная масса накрыла группу спасателей, которые отправились на выручку космонавтам. Второй группе пришлось выдвинуться на спасение коллег и только потом – к нашему многострадальному экипажу. В итоге все разрешилось благополучно и никто сильно не пострадал.

В США были другие проблемы, так как американские корабли не приземлялись, а приводнялись. Оказалось, что это значительно хуже. Во-первых, находясь на воде, все предметы разворачиваются своим центром масс строго к центру притяжения (то есть к земному ядру). Малейший просчет мог привести к наклону. Во-вторых, всё усложняли волны, сила которых больше, чем у ветра. Для астронавтов перевернуться на волнах было обычным делом. Так, уже в миссии «Меркурий-Редстоун-4», которая представляла собой второй в истории пилотируемый суборбитальный полет (так называют короткие 15-минутные полеты, когда космический аппарат после достижения космического пространства сразу же оправляется обратно на Землю), произошла серьезная проблема. Спускаемый аппарат корабля с астронавтом Вирджином Гриссомом на борту при приводнении так развернулся, что и иллюминатор, и выходной люк были погружены в воду. По плану вертолет должен был прилететь, закрепить корабль, поднять его вместе с астронавтом и отбуксировать. Только потом можно было открыть люк и выбраться из спускаемого аппарата. Однако замки открылись раньше времени, и вода хлынула внутрь. Астронавт быстро выбрался и с помощью спасательного жилета смог продержаться на воде до того, как его подняли на борт вертолета. А вот аппарат утонул. Интересно, что его подняли со дна Атлантического океана только через 38 лет. Сам Гриссом тоже чуть не утонул. Он набрал себе в карманы сувениров и не снял тяжелый баллон с кислородом. Все это создавало нагрузку и тянуло его ко дну. Державшегося из последних сил астронавта успели поднять на борт вертолета. После этого во все пилотируемые приводняющиеся корабли была добавлена система надувных баллонов, своего рода поплавков. Она разворачивала корабли в нужном направлении и поддерживала их на плаву. Центр масс оказывался ниже, а площадь опоры – больше. После этого если американские корабли и переворачивались в воде, надувные баллоны возвращали их в правильное положение. Разве что сами астронавты могли сделать что-то не так. Например, астронавт Скотт Карпентер на корабле миссии «Меркурий-Атлас-6» в процессе полета совершил много ошибок: и накрошил едой, и довел некоторые системы корабля до перегрева, и не вовремя включил двигатели, из-за чего по инерции пролетел мимо запланированного места посадки. Все потому, что его отвлекали интересные эффекты в невесомости и виды планеты Земля. В конце полета спускаемый аппарат оказался в воде заваленным на бок более чем в 400 км от места ожидаемой посадки. Понимая, что с таким промахом спасатели найдут астронавта не скоро, он решил вылезти сам, взять с собой надувную лодку и что-то предпринять дальше. Еще одной ошибкой стало то, что ждать, пока специальная система выровняет корабль, он не стал. Естественно, переместившись к краю спускаемого аппарата, астронавт своим весом еще больше нарушил баланс и чуть не опрокинул всю конструкцию. Едва не утонув, Скотт смог все-таки залезть в лодку и дождаться спасателей. Правда, после такой серии ошибок в космос его уже больше не отправляли.

В СССР с кораблем «Союз-21» тоже произошло приводнение, хотя он на это не был рассчитан. Вернее, существовал план действий экипажа при посадке на воду, но, как показал этот единственный в истории случай приводнения корабля «Союз», план не работал. Советский корабль мог держаться на воде какое-то время, которого более чем достаточно, чтобы космонавты смогли быстро эвакуироваться из него при нестандартной посадке. Только у наших героев Вячеслава Зудова и Валерия Рождественского не было даже шанса сделать все по инструкции. Сначала не сработала система сближения и стыковки со станцией «Салют-6». Это привело к тому, что космонавты возвращались на Землю значительно раньше, чем планировалось по их программе.

Тем временем на Земле в бескрайних степях Казахстана разыгрался буран. Поднялся ветер, пошел плотный снег, и температура упала до –20 °C. Посадка проходила в ночное время и в очень сложных условиях. Каким-то невероятным образом экипаж «Союза-21» угодил в небольшое озеро. Чтобы ветер не перевернул корабль, основной парашют отстрелился, но вода попала в парашютную систему, вызвав короткое замыкание и раскрытие запасного парашюта. Второй уже не отстрелился и изменил баланс корабля, потянув его за собой. Космонавты перевернулись вверх ногами, а их единственный выход оказался под водой. Выйти было нельзя, оставалось только ждать помощи, а ее все нет и нет. Из-за холода спасатели не могли подойти с воды, а из-за бурана – с воздуха. В ледяной воде корабль потихоньку промерзал снаружи, и космонавтам внутри становилось все прохладнее. Также потихоньку заканчивался воздух, так как под водой оказался клапан для дыхания, который открывается незадолго до посадки спускаемого аппарата на поверхность Земли и позволяет космонавтам дышать поступающим снаружи воздухом. Так наши герои просидели ночь, пока ветер не стих и не прилетела помощь. Только оказалось, что вертолет не может поднять спускаемый аппарат. Ждать новый, более грузоподъемный вертолет поисковый отряд не стал, и корабль решили тащить волоком по льду. К счастью, космонавты из этой ситуации вышли «сухими». Интересно, что среди всех членов отряда космонавтов Валерий Рождественский был единственным моряком-водолазом, и на его долю выпало испытание погружением в воду.

Проблемы с положением центра масс у космических кораблей могут иметь место не только на Земле, но и в полете. Особенно в процессе входа в атмосферу. Чтобы снизить массу космических аппаратов, инженеры покрывали тяжелой тепловой защитой только один отсек – спускаемый аппарат. Остальные части корабля должны были отделяться, чтобы не мешать посадке. Однако когда этого не происходило, сразу же возникали сложности с фиксацией положения спускаемого аппарата относительно Земли. Так, ошибка в проектировании привела к подобной проблеме в полетах собак Чернушки и Звёздочки. Их корабли по сути уже были такими, как тот, на котором после испытаний должен был полететь и человек. Такой корабль состоял из спускаемого аппарата непосредственно с пассажиром и приборного отсека, где располагались двигатель, система ориентации, приборы навигации и связи. Во время посадки последний должен был отделиться. Но в полете Чернушки это было сделано не полностью. Электрические кабели между двумя частями корабля не разорвались и удерживали рядом две составляющие некогда одного целого. Приборный отсек стал своего рода тяжелым якорем, замедлявшим и утягивающим корабль с собакой в сторону от расчетной точки посадки, где Чернушку уже ждали. Из-за трения о воздух и нагрева кабели расплавились и разорвались сами, но к тому времени перелет составил 412 км. Первым корабль нашли не отряды поисковиков, а местные жители деревни Старый Токмак близ Куйбышева (ныне Самара).

Выводов сделано не было, и буквально через две недели точно такая же ситуация произошла и со Звёздочкой, только теперь перелет составил 660 км. Вместе с собакой на борту корабля был манекен. Он должен был пройти все стадии полета человека. Поэтому манекен выглядел как человек, был облачен в красный скафандр, катапультировался из корабля и совершал посадку на парашюте.

Местные жители деревни близ города Воткинска нашли манекен первыми. Он повис на ветках дерева, за которые зацепился его парашют. По словам одного из очевидцев, селяне наблюдали окровавленного неподвижного пилота космического корабля. Так появился миф о некоем погибшем космонавте, слетавшем на орбиту до Юрия Гагарина.

Сам же герой, открывший эру пилотируемого освоения Вселенной, готовился полететь через три недели. Его корабль получил новое имя «Восток», но от предыдущих кораблей с собаками он почти ничем не отличался.

И с Гагариным возникла похожая ситуация, даже хуже. На этот раз не отделилась не только система кабелей, но и весь приборный отсек. Корабль начал раскручиваться, возникла нерасчетная перегрузка. Космонавт с честью справлялся с трудностями. Это вполне естественно, так как для первого полета выбирали лучшего из лучших. В итоге система автоматики сработала, но не по штатной программе, а после регистрации высокой температуры от трения об атмосферу. Приборный отсек был отделен, но на 10 минут позже необходимого. Перелет получился довольно большим. Вместо района Сталинграда (сейчас Волгоград) космонавт приземлился рядом с деревней Смеловка около города Энгельс. Корабли серии «Восток» не предполагали мягкой посадки спускаемого аппарата, так что космонавт катапультировался и приземлялся уже отдельно под собственным парашютом. Юрий Алексеевич чуть не угодил в Волгу, но его опыт парашютиста помог выйти из трудного положения. Первыми Гагарина нашли местные жители Тахтаровы – бабушка Анихайят и ее шестилетняя внучка Румия. Бабушка, увидев странное пугающее существо, мало похожее на человека, подхватила внучку и стала убегать. Румия с любопытством разглядывала космонавта и вдруг заметила на шлеме Гагарина буквы: СССР. Она остановила бабушку, сказав, что это свои. Интересно, что на шлеме изначально ничего не было. За несколько минут до старта фотограф Гагарина, что вел архивную съемку, решил сделать эту гордую надпись. Неизвестно, как это ему пришло в голову, но Юрию Алексеевичу определенно эта незначительная деталь помогла. С помощью местных жителей Гагарин добрался до ближайшего сельсовета, дозвонился до командования, отчитался о полете и стал ждать эвакуации. Колхозники тем временем решили наградить космонавта за его подвиг, но единственной доступной наградой, которая оказалась под рукой, была медаль «За освоение целинных земель». Такой была первая награда у космонавта Гагарина.

Скафандр СК-1

Несмотря на три случая подряд неразделения частей корабля, в полет был отправлен четвертый аналогичный аппарат. Причем все пошло по тому же сценарию, что и первые два раза с собаками. Кабели электрических цепей удерживали два отсека вместе, раскручивая и меняя траекторию их движения. И снова – перелет. В этом корабле находился второй космонавт планеты Герман Титов, который был вынужден сесть вблизи города Красный Кут. И произошло это недалеко от железной дороги, по которой в это же время шел поезд. Если бы место посадки оказалось всего на пару метров в стороне, то могло произойти страшное. На этот раз выводы были сделаны. Конструкция, соединяющая кабели, так называемая гермоплата, была модернизирована. Кроме того, у руководителей полетами изменилось представление о месте посадки. Сначала считалось, что космонавтам лучше приземляться в населенных районах, чтобы им могли быстро оказать помощь. После этого случая место посадки выбиралось по другой логике. Нельзя допускать, чтобы космический корабль упал кому-нибудь на голову, а космонавт повис на линиях электропередач, попал под поезд или угодил еще куда-нибудь.

В следующих полетах корабля «Восток» отделение приборных отсеков от спускаемых аппаратов шло как надо, но полностью без ошибок не обходилось. Так, четвертый космонавт СССР Павел Попович своим мягким местом ощутил, что бывает, если центр тяжести расположен низко, что такое перевес, и как работает маятник.

Дело в том, что после катапультирования, когда космонавт спускался на парашюте, от кресла как раз с той стороны, где сидят, отделился носимый аварийный запас (НАЗ) и повис на длинном тросе (леере) длиной 40 м.

Носимый аварийный запас – это набор предметов для выживания в сложных условиях. В него входят компас, нож, пила, спички, а также запас продовольствия, медикаменты и устройства для подачи сигнала. Его космонавты берут в полет на всякий случай: вдруг посадка будет в труднодоступном месте и спасатели не смогут их быстро найти или эвакуировать. У Поповича сумка с НАЗом весила 40 кг, и она стала раскачивать космонавта взад-вперед. Это грозило травмами при контакте с Землей. Спасла парашютиста его великолепная подготовка и мгновенная реакция. Когда до земли оставалось 40 м, тяжелый груз уже опустился на твердую поверхность и перестал раскачивать космонавта. У Поповича появилось время поправить ситуацию. Он смог частично погасить скорость, сгруппироваться и затем, цитируем, «трахнулся, встал на голову, хряпнулся, проматерился». Серьезных травм не оказалось, было только несколько ушибов. На помощь космонавту прибыли на самолете врачи. Вот только опыта в прыжках с парашютом у них было мало. Поповичу пришлось бегать от спасателя к спасателю, и помогать им. А одному из врачей, который сильно разодрал лицо об острые камни, пришлось оказывать медицинскую помощь.

С первой женщиной-космонавтом Валентиной Терешковой было что-то похожее. Она упала на спину и лицом ударилась о шлем. Валентина Владимировна отделалась сломанным носом и синяком под глазом.

Впоследствии появился новый корабль «Союз». Он состоял из трех частей – приборно-агрегатного отсека, спускаемого аппарата и бытового отсека. Причем спускаемый аппарат находился посередине. Если приборно-агрегатный отсек не отделится, то из-за перераспределения масс корабль перевернется. Люк спускаемого аппарата, имеющий небольшую теплозащиту, будет направлен к Земле и подвергнется огромным температурным нагрузкам.

Именно так, к сожалению, и произошло во время посадки спускаемого аппарата корабля «Союз-5». Космонавт Борис Волынов вспоминал, что тесное пространство спускаемого аппарата начало наполняться гарью. Это плавилось резиновое уплотнение люка. Еще немного, и в щели от прогоревшей прокладки проникла бы раскаленная плазма, которая в секунду выжгла бы все содержимое спускаемого аппарата. В последний момент приборный отсек отделился. Уже после посадки космонавт отметил, что резина вся превратилось в золу, и даже сталь, из которой был сделан обод люка, вспенилась. Но это была не единственная беда в полете. Оказалось, что вслед за изменением центра тяжести менялось и положение спускаемого аппарата. Он кувыркался, пока новый центр тяжести не оказался снизу, а потом начал крутиться вокруг своей оси. Когда раскрылся парашют, от вращения начали скручиваться стропы. Теперь купол парашюта не так хорошо тормозил, и космонавт с огромной силой ударился о землю, что привело к серьезным травмам.

Еще одна проблема с неучтенным перераспределением масс произошла в нашумевшей миссии «Апполон-13» с астронавтами Ловеллом, Хейзом и Маттингли. Подробности той эпопеи, с чего она началась, в чем ее причины – в главе «Давление». Здесь мы поговорим о последствиях. Корабль американских астронавтов состоит из двух частей: командного и лунного модулей. Последний нужен, чтобы сесть на Луну и взлететь с нее. В то время, пока лунный модуль находится на поверхности естественного спутника Земли, командный ждет его на окололунной орбите. Все остальные операции, не касающиеся непосредственно работы на поверхности Луны, должен выполнять командный модуль. Но как раз он и вышел из строя. Теперь у астронавтов были только ресурсы лунного модуля, то есть в разы меньше энергии, тепла, топлива и т. д. Для экономии, естественно, астронавты посадку на Луну не проводили и лунный корабль не отделяли. Когда же наступило время совершить маневры, сразу посыпались ошибки. Астронавты не тренировались управлять лунным кораблем с тяжеленным грузом, который смещал весь корабль и не давал быстро сориентироваться. Центр масс смещался еще и за счет тех приборов, которые должны были остаться на Луне, а также за счет отсутствующих проб лунного грунта, которые тоже были учтены инженерами в балансе корабля. Однако конструкторы не учли варианта, когда этих грузов не будет. Чтобы сбалансировать связку модулей и облегчить себе жизнь, астронавты перенесли все, что могли, в лунный модуль, но все равно потратили слишком много топлива. Руководители полета провели симуляцию и рассчитали, что энергии астронавтам не хватит. Совсем чуть-чуть, но все же не хватит. Экономить приходилось на всем, астронавты не пили воду, мерзли, почти не спали, и все равно энергии не хватало. На Земле инженеры смогли придумать, как выкачать из командного модуля немного ресурсов. Это дало астронавтам шанс вернуться, и они им воспользовались.

Глава 4
Не вакуум

День первый. К земле приближается гигантский астероид. Группа отважных бурильщиков отправилась к нему для установки ядерного заряда.

День второй. К земле приближается гигантский астероид с ядерным зарядом.

Анекдот

У многих людей есть представление, что в космосе вакуум, а это значит, что уже за пределами плотных слоев атмосферы (выше 100 км) начинается бездонная пустота. На самом деле это не совсем так. Орбита Земли наполнена неоднородным веществом: заряженными частицами солнечного ветра и галактической радиацией, астероидами, микрометеоритами, космической пылью. После начала эры космонавтики появилось еще и множество рукотворных объектов, которые, если они не выполняют какие-нибудь задачи и исследования, называются космическим мусором. Да, вещества на околоземной орбите очень мало, и его концентрация в огромном пространстве очень низкая, но и его тоже надо учитывать.

О наполненности космоса микрометеоритами впервые удалось узнать с помощью советского спутника «Объект-Д». По его данным плотность пылевого облака, через которое проходит Земля, составляет примерно одну частицу пыли на миллион кубических метров. При этом такая частичка будет размером не больше микрона. Для сравнения можно представить во всем Охотском море только одну песчинку. Это на первый взгляд мало, но тем не менее объемы космического пространства настолько велики, что суммарное количество находящегося в нем материала огромно: за сутки на нашу планету падает около 100 т космической пыли.

При этом астероиды летают вблизи планеты с колоссальной скоростью. Спутники, чтобы не упасть на Землю, двигаются с первой космической скоростью. Астероиды и микрометеориты летают еще быстрее. Что будет, если объекты, движущиеся в восемь раз быстрее пули, столкнутся между собой?

Если у космической пылинки масса небольшая, то, может, ничего страшного и не произойдет. У микрометеоритов с массой в тысячную долю грамма не хватит энергии пробить даже тонкий корпус спутника. Но если масса пылинки составляет уже хотя бы полграмма, то она прошьет станцию насквозь. Такие пылинки называются метеороидами. Хотя крупных микрометеоритов гораздо меньше, чем мелких, столкновения с ними происходят часто.

Так, например, из-за метеороида вышла из строя топливная магистраль на станции «Салют-7». Космонавты перешли на запасную систему, но основную надо было починить в любом случае. Инженеры разработали особую методику и инструменты для ремонта, а новый экипаж – космонавты Леонид Кизим и Владимир Соловьёв – еще на Земле несколько месяцев готовился к проведению внеплановой операции. Когда они оказались на орбите и вышли в открытый космос, то столкнулись с неожиданной проблемой. Одна из гаек, которая крепила магистраль к корпусу, была залита клейким веществом – эпоксидной смолой. Никто и не предполагал на Земле, что гайку кто-то будет трогать. Космонавты потратили два часа только на попытки ее отвинтить. После этого инженеры всё оборудование старались делать так, чтобы отремонтировать его было просто.

В 1983 году маленькая песчинка оставила серьезную трещину на иллюминаторе шаттла. Всего за время полетов шаттлов было обнаружено более 170 следов от столкновений и потребовалось более 70 замен иллюминаторов. Шаттл был слишком большим и собирал на себе все удары. При этом, в отличие от станции, он возвращался на Землю целиком, но повреждения, как показала практика, для него критичны.

Почти каждый год 12–15 августа можно увидеть звездопад, который получил имя Персеиды. В эти дни люди видят, что на Землю падают пылинки от кометы Свифта – Таттла. Комета – это снежок изо льда и пыли. Приближаясь к Солнцу, она «тает», и пыль освобождается, разлетаясь в хвост и затем вдоль орбиты кометы. Микрочастицы нагреваются от трения об атмосферу и светятся, словно звезды.

В 1993 году ожидалось, что Земля пересечет очень крупное облако таких частиц, которое осталось после пролета кометы Свифта – Таттла. Многие инженеры испугались этого и, например, в США запуск шаттла отложили. Станцию «Мир», которая на тот момент уже находилась на орбите, спрятать не получилось. Космонавты на ее борту видели поток микрометеоритов и как они врезаются в панели солнечных батарей. Более серьезных повреждений не было. «Мир» уже имел специальный радиатор, который служил первым щитом. Хотя основная функция этого устройства была в контроле температуры, многослойная конструкция позволяла затормозить врезающиеся метеороиды и не дать пробить основной корпус.

Космонавтам повезло, а вот европейскому спутнику связи Olympus-1 – нет. У него друг за другом отключились сначала солнечные батареи, а потом система стабилизации. Это две независимые системы, то есть в Olympus-1 космическая пыль попала минимум дважды. После инженеры доработали конструкцию подобных спутников и укрепили корпус.

16–18 ноября 1998 года станция «Мир» пролетела через еще один подобный «звездный дождь» под названием Леониды. Космонавты даже специально развернули станцию так, чтобы в случае чего пробило станцию, но не корабль, в котором люди смогут эвакуироваться на Землю. В самое опасное согласно данным астрономов время ничего не произошло. Космонавты даже не увидели вспышек от падения метеоров в атмосферу. На самом деле астрономы ошиблись, и станция пролетела через облако пыли на 16 часов позже расчетного времени. Космонавты к тому моменту уже были на отбое и мирно проспали как эффектное зрелище, так и опасность.

Метеор с борта МКС. NASA

В последующем исследовании на солнечной панели станции обнаружилось 150 повреждений, которые появились за десять лет эксплуатации.

Как позже показал анализ солнечных батарей орбитального телескопа «Хаббл», такие проблемы есть у всех космических аппаратов. На следующей после «Мира» станции МКС уже имелись специальные противометеоритные панели, а на солнечных батареях – специальная пленка, уменьшающая повреждение. А вот на роботе-манипуляторе «Канадарм», который используется снаружи станции, защиты нет, и в 2021 году на плече космического робота-руки нашли отверстие от удара метеороида.

На американской станции «Скайлэб» имелся специальный прибор в виде ловушки для регистрации микрометеоритов. Однако в процессе одного из выходов в открытый космос астронавты Джеральд Карр и Эдвард Гибсон его не обнаружили. Вряд ли космическая пыль сбила датчик. Скорее всего, во время предыдущего выхода астронавты задели этот прибор, например, шлангом от скафандра и сбили его с платформы. В итоге датчик сам стал космическим мусором.

В момент написания книги на орбите разворачивалась еще одна история. Под новый 2023 год космонавты Сергей Прокопьев, Дмитрий Петелин и астронавт НАСА Франсиско Рубио наблюдали снежный фонтан, который вырывался из космического корабля «Союз МС-22», доставившего их на Международную космическую станцию.

Выяснилось, что была пробита система охлаждения. Она представляет собой радиатор, наполненный теплопроводной жидкостью, которая сначала циркулирует внутри корабля, забирая (или подводя) тепло, а потом циркулирует снаружи, отдавая энергию за счет излучения (или получая ее от Солнца). И вот теплопроводящая жидкость через небольшое отверстие улетела в космос. При последующем наблюдении за отверстием ученые определили, что его проделал крупный метеороид.

Фонтан из пробитого отверстия в корабле «Союз МС-22». NASA

Через полтора месяца грузовой корабль «Прогресс-МС» получил аналогичное повреждение. Вероятность попадания астероидов в одно и то же место в двух разных кораблях крайне мала. Это породило мысли о систематической технической ошибке в конструкции.

Рукотворные объекты в виде космического мусора создали много трудностей и проблем. Одним из самых «грязных» в этом смысле был американский проект «Вестфорд». В его рамках предполагалось выпустить в космос 480 миллионов медных иголок. Идея заключалась в эффекте отражения радиоволн. Если окутать планету медью, то такая оболочка станет своего рода зеркалом, отражающим информацию во все стороны всем на планете. Радиовышки для телевизионной и сотовой связи делают высокими, чтобы Земля меньше мешала распространению сигнала. С отражением можно было добиться увеличения покрытия, причем чем выше была бы оболочка, тем большего покрытия можно было бы ожидать.

Первая попытка «намусорить» не удалась. На высоту в 3500 км был выпущен утыканный иголками нафталиновый шарик. По мере сублимации нафталина иголки должны были освобождаться и разлетаться по орбите. Однако нафталин неравномерно прогревался Солнцем на своей орбите и не расплавился до конца. Несколько сгустков иголок все еще летают вокруг Земли. Вполне возможно, что при изменении активности Солнца или гравитационного влияния других тел на орбиту сгустков иголки все-таки высвободятся.

Вторая попытка была успешнее. Количество нафталина уменьшили, а число иголок увеличили. Это позволило шарику сильнее нагреваться от Солнца. В итоге около 190 миллионов иголок окутали кольцом планету. В этом случае нафталин тоже расплавился не полностью, и потому высвободился не весь заряд. В итоге вокруг Земли образовалось своего рода кольцо из иголок. На Земле осуществили сеанс дальней связи, но уже через несколько дней пояс рассеялся за счет солнечного ветра и давления света. Иголочки оказались на слишком большом расстоянии друг от друга и уже плохо справлялись со своей задачей отражения. Зато они стали очень мешать астрономам, особенно тем, которые занимались изучением Вселенной в радиодиапазоне. К тому же появился риск повреждения этими частицами космических аппаратов.

В международном сообществе возникли волнения и протесты против этой программы. Представители США успокаивали ученых и инженеров тем, что орбита иголок такова, что запуску пилотируемых космических кораблей они помешать не могут. Со временем колечко должно было рассеяться под действием солнечного ветра, а большая часть иголок – упасть в район полюсов Земли. Действительно, через пять лет большая часть мусора покинула орбиту планеты, но много иголок до сих пор там. В США планировали и третий заход, но проект все-таки был закрыт.

В СССР космический мусор задумывался учеными как оружие. Правда, к этой мысли военные пришли не сразу. Сначала предполагалась устанавливать орудия на борт станций и космических аппаратов.

Так, на военную станцию программы «Алмаз», которая стала известна миру под именем «Салют-3», установили пушку. В это же время разрабатывался «Спейс шаттл». Военные оценили параметры американского челнока и решили, что он вполне может украсть с орбиты секретную военную разработку. Для защиты станции от возможных посягательств была выбрана авиационная пушка Нудельмана – Рихтера калибра 23 мм. Ее доработали для применения в условиях космоса. В итоге она выстрелила один раз при завершении своей работы.

Дальнейшие проекты с данной пушкой были отменены, и с космических аппаратов, где орудие предварительно было установлено, оно снималось. Пушки убирали за ненадобностью. Инженеры быстро сообразили, что сама скорость движения космического аппарата потенциально имеет гораздо более разрушительную силу, чем любое огнестрельное оружие. Даже если просто выпустить гвоздь с борта орбитальной станции, относительно Земли он полетит с начальной скоростью, совпадающей со скоростью станции, а это 7,91 км/с. Инженеры приступили к разработке спутников-перехватчиков и истребителей спутников, которые могли взорваться в космосе. Шрапнель внутри таких аппаратов должна была разлететься по всем орбитам, уничтожая все на своем пути. Осколки от разрушенных спутников тоже становились бы шрапнелью и в свою очередь множили бы космический мусор. Военные понимали, что после этого долгие годы в космос летать будет нельзя; в этом и заключалась их цель.

Прототипами истребителей спутников были маневрирующие спутники «Полет-1». Новую технологию нужно было испытать. Сначала инженеры отрабатывали только маневры на орбите и осуществляли перехват спутников-мишеней, а затем было несколько экспериментов со взрывом, но без шрапнели. Например, спутник-перехватчик «Космос-252» уничтожил спутник-мишень «Космос-248». Оказалось, что и сам взрыв несет опасность. Образовались осколки спутников, которые непредсказуемо вращались. За ними до сих пор ведется наблюдение.

В США тоже было много проектов, которые предусматривали уничтожение вражеских спутников. Правда, все они представляли собой не спутники-перехватчики, а ракеты, которые должны были подлететь к космическому аппарату и взорваться вблизи него. Так, в качестве испытания, ракетой противоспутниковой системы ASM-135 была сбита солнечная обсерватория Solwind. После перехвата и уничтожения от научного орбитального инструмента осталось более 1200 опасных обломков. Но больше всего сокрушались не сотрудники, отслеживающие космический мусор, а астроном Дэвид Раст. Почему же? Ведь подобных испытаний США провели уже несколько, так что к образованию космического мусора астрономы привыкли, хотя на тот момент это был рекорд по числу фрагментов. Проблема в том, что Solwind еще частично работал, и исследования Дэвида Раста могли продолжаться еще несколько лет. Военные выбрали для испытания пусть не в полную силу, но работающий аппарат, а могли бы уничтожить какой-нибудь уже отслуживший свое спутник.

Другой проект Aegis разрабатывался не для уничтожения целей на орбите, а для противоракетной обороны. Ракеты RIM-161 Standard Missile 3 устанавливались на боевых кораблях ВМФ США. Они несли боевое дежурство с 2002 года. Поначалу в ход их пускали только в процессе испытаний. Однако в феврале 2008 года произошел инцидент на орбите. Секретный американский спутник USA-193 сразу после выведения вышел из строя. Через несколько месяцев президент Джордж Буш-младший отдал приказ на уничтожение аппарата. Операции дали имя Burnt Frost, а уничтожение должно было производиться как раз при помощи RIM-161 Standard Missile 3. Официальной причиной подрыва аппарата на орбите заявлялось наличие на борту большого количества ядовитого топлива. Инженеры боялись, что в месте падения спутника из-за высокой концентрации отравляющего вещества кто-то может пострадать. Если же аппарат разрушить на орбите, то топливо рассеется, и это не приведет к серьезным последствиям. Некоторые страны в этой версии усомнились. Вероятность заражения местности после падения обломков спутника была крайне мала. Аппараты с этим видом топлива уже запускались ранее, и никто никогда их намеренно не сбивал. Другое дело секретность. США не предоставили информацию ни о целях, ни о составе оборудования спутника. Обломки могли упасть на территории другой страны, и секретные технологии попали бы «не в те руки». Необходимость в разрушении спутника была поставлена под сомнение. Тем не менее ракета RIM-161 Standard Missile 3 во время первого боевого вылета сбила USA-163 и создала более 200 новых проблем, а именно объектов космического мусора.

Фото разрушения спутника USA-193. NASA

Предвидя возможные последствия, военные США перед тем, как осуществить задуманное, взяли небольшую паузу. Дело в том, что как раз в это время на орбите находился экипаж шаттла «Атлантис» STS-122. Осколки от взорванного спутника могли нанести вред американским астронавтам, и поэтому было принято решение дождаться их возвращения на Землю. Правда, на орбите на борту Международной космической станции остались россиянин, француз и американец. О них, видимо, переживать военные не стали. К счастью, опасность для космонавтов миновала. Позже, оценивая риски, руководители операции Burnt Frost сказали, что «лучше сделать и пожалеть, чем не сделать и пожалеть».

Китай присоединился к испытаниям противоспутникового оружия в 2007 году. Представители Поднебесной сбили свой метеорологический спутник «Фенгюн-1С». В результате взрыва образовалось облако космического мусора, в котором зарегистрировали 2347 осколков. По некоторым оценкам, помимо них возникло еще около 150 000 неотслеживаемых частиц. Это было, как говорят некоторые специалисты, «самое драматическое» событие возникновения космического мусора. Одним этим испытанием Китай обогнал СССР и стал второй страной после США по загрязнению космоса.

Еще одна случайность, которую трудно было предвидеть, привела к образованию космического мусора.

Спутник «Космос-1818» представлял собой радар, который питался от ядерного реактора. Для его охлаждения вода не годилась, так как температура в активной зоне превышала 100 °C. Поэтому тепло от источника энергии переносил натрий-калиевый сплав. Этот материал бывает жидким при высоких температурах. Спутник выполнил задачу, выработал свой ресурс и просто остался болтаться в космосе. Ничто не предвещало беды, но в 2008 году специалисты контроля орбитального пространства заметили, что от «Космоса-1818» отлетают куски. Оказалось, что система терморегуляции повредилась и вся жидкость вылетела в космос. Пока сплав калия и натрия нагревался реактором, он был жидким, а оказавшись в космическом пространстве, он практически мгновенно застыл в виде блестящих шариков. Теперь на этой орбите находился уже не один объект космического мусора, а больше сотни.

Обычно один выведенный из строя спутник, хоть и является опасным объектом, в огромном космическом пространстве ни с чем столкнуться не может. Однако есть геостационарная орбита, на которой разные страны хотят разместить свои аппараты, так как она идеально подходит для многих научных, военных и телекоммуникационных спутников.

Дело в том, что на расстоянии в 36 тыс. км от Земли спутники двигаются с той же угловой скоростью, что и Земля вокруг своей оси – один оборот за 24 часа. Получается, что космический аппарат как бы «зависает» над одной и той же точкой на поверхности Земли. Правда, особенность этой орбиты такова, что эта точка может располагаться только на экваторе.

С 1964 года на геостационарную орбиту запускались космические аппараты для осуществления связи и определения погоды. В 1977 году стало очевидно, что места там не так много, как кажется. Тогда некоторые ученые заговорили о способах увода спутников, выполнивших свою задачу. Когда срок годности подходит к концу, космический аппарат должен на остатке ресурсов улететь на более высокую и менее важную орбиту, которую назвали орбитой захоронения.

Однако только в 1979 году спутник после завершения работы впервые свели с геостационарной орбиты. Это был аппарат Intelsat III F-3.

Хотя в большинстве случаев с современными спутниками связи поступают именно так, не всегда все получается по плану. Аппарат может выйти из строя до окончания срока годности, или для получения большей прибыли его могут оставить работать за пределами срока гарантии (до тех пор, пока он не сломается). Так что, несмотря на прилагаемые усилия, геостационарная орбита замусоривается все больше и больше.

Немало мусорят не только инженеры, но и сами космонавты. Ранее все отходы жизнедеятельности просто выбрасывались в космос, но сейчас утилизация происходит по-другому. Мусор копят на станции и ждут грузовой корабль с едой, одеждой, инструментами и прочими полезными вещами. Все доставленное с Земли перемещают на борт станции, и космический грузовик освобождается. После этого накопленный мусор отправляют в грузовой корабль, который летит на Землю и сгорает с содержимым в плотных слоях атмосферы.

При выходах в открытый космос космонавты могут ошибаться и что-то упускать. Так, в прессе в 2008 году появился заголовок, гласящий, что американская женщина-астронавт «потеряла сумочку стоимостью 100 000 долларов». Дело было так: Хайдемари Стефанишин-Пайпер работала в открытом космосе и пролила масло из смазочного пистолета. Оно в невесомости разлетелось и испачкало видеокамеру и специальный контейнер с инструментами для ремонта. Пока астронавт чистила камеру, контейнер выскользнул у нее из рук и улетел. Этот объект стал самым большим из потерянных космонавтами в открытом космосе. Чаще инструменты терялись по одному. Скотт Парадзински упустил плоскогубцы, Талгат Мусабаев и Николай Бударин – карданный шарнир разводного ключа, Кристофер Кэссиди потерял зеркальце, Пирс Селлерс случайно отпустил шпатель. Количество утерянных болтов сосчитать никто не возьмется.

Особенно жалко утраченные в открытом космосе фото- и телекамеры, которые несли важную научную и техническую информацию и историческую память. Майкл Коллинз потерял фотокамеру во время миссии «Джемини-10»; Юджин Сернан в ходе миссии «Джемини-9» менял пленку и упустил камеру; у Кристины Кук от скафандра отстегнулись камера и фонарь подсветки; Сунита Вильямс, работая в открытом космосе, упустила фотоаппарат, и тот уплыл в неизвестность.

Алексей Елисеев проводил съемку процесса надевания новых скафандров, а потом должен был положить кинокамеру в специальный диван-комод в бытовом отсеке. Закрыть крышку дивана на замки космонавту не удалось. Когда он выплыл из бытового отсека в открытый космос, вслед за ним вылетела и кинокамера.

Загадочная история произошла во время стыковки модуля «Квант» с орбитальным комплексом «Мир». Выведение и сближение прошло идеально, но когда настало время стягивания, процесс стыковки остановился. Между блоками было всего 5 см. Космонавты Александр Лавейкин и Юрий Романенко вышли в открытый космос, чтобы узнать причину проблемы. Между блоками они обнаружили мешок со средствами личной гигиены. Как он оказался снаружи станции, до сих пор непонятно. Космонавты пошутили, что это мешок с подарками к празднику – ведь выход в открытый космос состоялся накануне 12 апреля. Сразу вытащить мусор космонавтам не удалось. Мешок зажало. Тогда его распороли, и содержимое пакета улетело в космос. Основная версия происшедшего – космонавты ошиблись и плохо упаковали мусор в грузовом корабле, пока тот был пристыкован. Когда он отсоединился, чтобы освободить место для «Кванта», часть груза из него, вероятно, вывалилась.

Так как убрать с орбиты космический мусор очень сложно, единственное, что можно сделать, чтобы не случилось беды, – отслеживать его. Если узнать об опасности заранее, то работающую технику можно спасти и уклониться от столкновения, изменив орбиту. Однако за всем не уследишь, и в истории было несколько случаев столкновения.

Первый задокументированный эпизод произошел в 1996 году. Тогда фрагмент ракеты-носителя «Ариан», представляющий собой штангу с датчиком, столкнулся с небольшим французским военным микроспутником радиоэлектронной разведки CERISE. На удивление спутник продолжил работать, хотя половина его функций больше не выполнялась. Это был первый звоночек, но его почти никто не услышал. Куда больший резонанс вызвало столкновение действующего американского коммерческого спутника связи Iridium-33 с вышедшим из строя советским военным спутником «Космос-2251». На этот раз оба аппарата оказались крупными, и встретились они лоб в лоб.

Столкновение было фееричным. Спутники вдребезги разбились на 2300 крупных отслеживаемых кусочков и множество более мелких обломков.

Часто происходят столкновения и с неопознанным мусором. В данных случаях остается неизвестно, рукотворный объект или астероид разрушил космический аппарат.

В феврале 1986 года радар в Турции обнаружил 465 новых космических объектов. Ими оказались фрагменты ракеты-носителя «Ариан V-16». Небольшое тело пробило ее бак, который был под давлением, он взорвался, разметав осколки во все стороны.

Затем выяснилось, что осколков гораздо больше. К 500 фрагментам добавилось еще 5000 более мелких осколков. Они образовали буквально кольцо вокруг планеты.

В 2008 году на орбите, пересекающейся с орбитой МКС, также с помощью радара стали обнаруживаться новые объекты. В отличие от ранее описанных случаев, источник появления мусора долго не удавалось найти. Просто на орбите, где летает МКС, не было спутников, которые могли бы взрываться. Их все деактивируют, сливают топливо и разряжают батарею с помощью радиокоманд с Земли.

Источником проблемы оказался российский военный спутник «Космос-2421». Вероятно, небольшой рукотворный объект с малой скоростью врезался в его солнечную батарею. Та разрушилась, но не полностью. После этого спутник стал крошиться и производить всё новые объекты космического мусора. Это событие стало самым опасным именно для космонавтов, так как после разрушения этого военного спутника количество потенциальных снарядов, готовых пронзить МКС, выросло в три раза.

26 октября 2010 года спутник UARS шел на опасное сближение с Международной космической станцией, но ее траекторию изменили для уклонения. Это был, пожалуй, самый большой кусок мусора, с которым МКС могла столкнуться. В целом за год происходит около 750 опасных сближений станции с более мелкими объектами. За их орбитами следят, но это получается не всегда.

29 июня 2011 года космонавтов, находящихся на МКС, экстренно разбудили. Им было приказано приготовиться к срочному возвращению на Землю. Космонавты надели аварийно-спасательные скафандры и переместились с борта станции на космические корабли. Причиной переполоха стало то, что операторы ЦУПа проморгали сближение МКС с космическим мусором. В случае повреждения стации космонавты должны были отстыковаться от нее и в корабле направиться к Земле (по аналогии со спасательными шлюпками). В оправдание нужно отметить, что траектория мусора была очень необычной и сложной. В тот раз все обошлось и космонавты продолжили работу на орбите в штатном режиме.

Помимо космического мусора Вселенная полна радиацией. В ходе термоядерных реакций в недрах Солнца выделятся огромное число заряженных частиц: протонов, электронов, ядер гелия, а также нейтральных элементарных частиц и излучения. Например, каждую секунду Солнце генерирует 180 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 нейтрино (или, если записать компактно, 1,8·10³⁸ штук). Через ноготь космонавта за секунду пролетает 100 миллиардов таких частиц. Однако если говорить о нейтрино, оно не имеет массы, очень маленькое по размеру, ни с чем не взаимодействует и пролетает насквозь, не доставляя никаких проблем. А вот другие частицы иногда оказывают неприятное воздействие.

Во-первых, их заряд может нарушать работу электрических систем. Радиация обладает свойством ионизировать вещество. Частицы и излучение обладают такой энергией, что способны выбить электроны с поверхности металлов.

Тогда образуется поверхностный заряд, который порождает электрические поля и разряды электрического тока. Также радиация способна выбивать электроны из полупроводников, которые участвуют в работе компьютеров и бортовой электроники.

Инженеры стараются защитить спутники от негативного влияния заряженных частиц, покрывая их золотом, которое по совокупности свойств лучше других материалов подходит для этой цели, или нанося дополнительные слои защиты.

В случае с аппаратом «Фобос-Грунт» инженеры об этом забыли. Этот аппарат должен был полететь к Фобосу, спутнику Марса, и взять материал с его поверхности. Однако уже через два с половиной часа после того, как станция отделилась от ракеты-носителя, план полета был нарушен. Двигатели для вывода на орбиту к Марсу не включились, и «Фобос-Грунт» продолжал вращаться вокруг Земли. Выяснилось, что в электронно-вычислительной схеме использовалась микросхема для бортовых систем самолетов, которая, в отличие от подобных схем для космических аппаратов, не была защищена от радиации. В схеме от воздействия заряженных частиц возникли короткие замыкания. На случай разного вида сбоев в программном коде современных спутников есть команда перехода в безопасный режим. При признаках повышенного напряжения и коротких замыканий основной бортовой компьютер отключается и запускается вторая резервная система. Она берет управление на себя и ожидает радиокоманд с Земли. Так произошло и с «Фобосом-Грунтом». Руководители полета после перехода в безопасный режим ожидали восстановления связи с межпланетной станцией на следующий день, но этого не произошло. В резервном комплекте тоже были самолетные микросхемы, и, вероятно, он тоже вышел из строя по той же причине.

Даже если защита у спутников есть, ее может не хватить. Солнце имеет одиннадцатилетний цикл активности. В 1994 году как раз был пик этого цикла. Одна из вспышек на Солнце привела к появлению мощного потока заряженных частиц, направленного к Земле.

Канадский спутник Anik E1 как раз был на его пути и вышел из строя. В управляющей электронике возник электрический заряд. С помощью резервной системы аппарат удалось восстановить, однако пока проводились работы, вышел из строя еще один такой же спутник Anik E2, причем у него одновременно перестали работать и основная, и резервная системы ориентации. На этот раз починить аппарат сразу не удалось. Авария принесла большие убытки. В следующий пик солнечной активности проблемы испытали спутники Teslar 401, Equator-S, Polar и Galaxy-IV.

Парадоксальная ситуация произошла с гамма-обсерваторией «Интеграл». Она была создана для изучения высокоэнергетического излучения от разных объектов в Галактике и за ее пределами. Однако от него «Интеграл» и вышел из строя. Излучение привело к короткому замыканию. Оно вывело из строя систему ориентации. По инструкции аппарат ушел в безопасный режим. Космический телескоп начал лихорадочно крутиться, и его солнечные батареи не могли нацелиться на Солнце. Инженеры успели включить резервную систему до полной потери заряда аккумуляторов.

Еще одна проблема, которую вызывают заряженные космические частицы, связана с системой звездной или солнечной ориентации. Датчики космического аппарата представляют собой оптические приборы – своего рода фотокамеры. Их чувствительные элементы реагируют на свет, которой выбивает с поверхности электроны, и тем самым создается электрический ток для регистрации. Частицы радиации и в обычном объекте могут выбивать электроны, а в чувствительном приборе – тем более. Только у радиации энергии больше, чем у видимого света, поэтому тока выделяется так много, что прибор «слепнет» или думает, что Солнце находится с другой стороны.

В результате система ориентации сбивается, спутник отворачивает солнечные батареи от звезды, быстро разряжается и отключается. В режим ожидания аппарат не входит, так как не фиксирует сбоя. Без электроэнергии спутник выходит из строя, и восстановить его невозможно. Для решения этой проблемы на борту спутников размещают систему ориентации, основанную на других принципах. Чаще всего это специальные маховики, которые при вращении сохраняют свое положение в пространстве, – гироскопы.

В 2014 году гидрометеорологический спутник «Электро-Л» потерял ориентацию после того, как инженеры решили дать «отдохнуть» маховикам и временно их отключили. Некоторое время аппарат был направлен своей фотокамерой на Землю. За это отвечали солнечные датчики и двигатели. Сбой произошел как раз в то время, когда специалисты центра управления полетами раскручивали маховики командами с Земли.

С большой долей вероятности INSAT 2d вышел из строя в 1998 году тоже по причине радиации в космосе. На тот момент он был главным индийским спутником связи, при помощи которого на Земле передавались не только телевизионные сигналы, но и, например, информация о торговых операциях на бирже.

Солнечная радиация доставила много проблем космическим аппаратам. Да и людям тоже. В 1958 году в США зародился проект «Аргус». В его рамках за пределы плотных слоев атмосферы запускались ядерные заряды, которые взрывались на больших высотах. Идея данного эксперимента заключалась в использовании электромагнитной волны от детонации для блокирования связи на Земле. Известно, что ядерный взрыв имеет несколько поражающих факторов. Первый и самый опасный – это ударная волна. Взрыв порождает колебание воздуха, которое сметает все на своем пути. Но на высоте более 150 км над поверхностью Земли воздуха очень мало, и ударная волна не образуется. Второй поражающий фактор – температура. В космосе нечему нагреваться, так что и это не страшно. Следующий момент – электромагнитное излучение. Оно имеет такую силу, что связь на всех частотах прекращается и электроника выходит из строя. При взрыве на поверхности Земли до третьего фактора не доходит, так как все устройства, которым нужна связь и электричество, уже могут быть уничтожены. Военные в США полагали, что взрыв в космосе не приведет к разрушениям, но сможет отключить военную технику, например, ядерные боеголовки противника.

Для подтверждения теории ученые запустили за пределы плотных слоев атмосферы три боеголовки. Оказалось, что эффект есть, но достаточно слабый. Дальше в планах американских военных было запустить боеголовки помощнее. Дипломаты из Великобритании, США и СССР видели опасность в продолжении работы с радиоактивным оружием и несколько раз инициировали переговоры об ограничениях, но безуспешно. В Женеве в 1958 году состоялась конференция с участием восьми стран, где СССР и США представляли ученые, а не только правительственные чиновники. По результатам удалось найти согласие и был подписан временный договор об ограничении ядерных испытаний. Однако уже через три года в США разработки продолжились в проекте «Доминик». Самый мощный из взрывов получил имя Starfish Prime. В эксперименте использовалась боеголовка мощностью 1,44 мегатонны. Ее подорвали на высоте всего 400 км. Использование такого мощного снаряда привело к огромным проблемам. Хотя испытание проводилось над необитаемой зоной в Тихом океане, все равно до обычных людей последствия дошли. На Гавайях, на расстоянии 1500 км от эпицентра взрыва, из строя вышли три сотни уличных фонарей, телевизоры, радиоприемники и другая электроника. На орбите сразу отключились спутники TRAAC и Transit 4B. Еще один поражающий фактор ядерного взрыва – радиация. Для людей на Земле она не страшна, так как ее не пропустит атмосфера планеты. На орбите – другое дело. Во время взрыва Starfish Prime заряженные частицы вызвали сбои в семи космических аппаратах. Ariel 1 был первым спутником Великобритании, и он тоже попал под раздачу. В СССР специально для изучения последствий ядерных взрывов запускался спутник «Космос-5», и даже он вышел из строя.

Взрыв Starfish Prime. Фото с архипелага Гавайи. NASA

О таких последствиях ученые в США не думали, так как орбиты аппаратов были далеко от взрыва. Хотя предыдущие эксперименты с меньшими зарядами проходили без столь тяжелых последствий, в данном случае уже требовалось учитывать магнитное поле Земли, которое увлекает заряженные частицы и заставляет их двигаться вдоль силовых линий к полюсам. По сути, именно это явление ответственно за полярные сияния. Однако движущиеся частицы сами создают магнитное поле. Но такие расчеты не были сделаны. В итоге радиация полетела во все стороны, пересекая орбиты и разрушая космическую технику. После взрыва Starfish Prime радиационная обстановка сильно поменялась. Магнитное поле Земли – это своего рода щит, который не позволяет альфа- и бета-излучению попасть в планету. Однако сами частицы никуда не пропадают, а концентрируются в нескольких зонах. Их называют пояса Ван Алена, или радиационные пояса. Так вот, после Starfish Prime этот пояс оказался в несколько раз ближе к планете, магнитный щит ослаб, и в нем появились дырки, а полярные сияния при этом стали наблюдаться и на экваторе. Все спутники, которые запускались в течение пяти лет после этого события, быстро выходили из строя.

Военные в СССР в ответ начали подготовку космических ядерных испытаний, которые получили имя «Операция К». Но тоже допустили ошибку. Проблема, как ни странно, оказалась в том, что обширных безлюдных акваторий, где возможно провести эксперимент, в стране не было. Северный ледовитый океан не в счет, так как в то время запустить там ракету было очень сложно. Место выбрали над малонаселенными степями Казахстана. Хотя заряд был в 100 раз менее мощным, чем в американском проекте, из-за непосредственной близости взрыва к объектам инфраструктуры возникло много последствий. Силовые кабели под землей и линии электропередач на поверхности, соединявшие Целиноград (сейчас Астана) и Алма-Ату (сейчас Алматы), были выведены из строя. В обоих городах наблюдались проблемы со связью. Вследствие коротких замыканий многие электроприборы в домах загорелись. Возник пожар на карагандинской ТЭЦ-3.

В США после происшествия со Starfish Prime от идеи проекта «Доминик» не отказались, просто заряды стали использовать поменьше. Но и во время подготовки совершались ошибки. Так, планировался эксперимент Bluegill Prime, и в результате отказа клапана в двигателе жидкий кислород загорелся и создал крупный пожар на стартовом столе. Офицеры испытательного полигона приказали отряду солдат отправиться на тушение огня и деактивацию ядерного заряда. В результате их действий ракета была повреждена, а потом и вовсе взорвалась. К счастью, ядерная боеголовка от этого не детонировала, но несколько килограммов радиоактивного оружейного плутония разлетелось в разные стороны. Заражение местности оказалось очень серьезным. Как минимум три месяца проводились работы только по снижению уровня радиации вблизи стартовой площадки.

В это время дипломаты разных стран обсуждали опасности таких экспериментов. В итоге в Москве был подписан «Договор о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, космическом пространстве и под водой». На этом история космических ядерных взрывов закончилась.

Инженеры переключились на мирный атом. Так, в серии советских спутников «ИС-А» имелся небольшой ядерный реактор. Он использовался для питания активного радиолокатора, который применялся в разведывательных целях. Энергии от солнечных батарей было недостаточно, и потому инженеры создали ядерную электрическую установку «Бук». В ней в качестве топлива использовалось 30 кг радиоактивного урана. Первые несколько спутников «ИС-А» работали успешно, но в 1977 году аппарат этой серии «Космос-954» по неизвестным причинам вышел из строя, и связь с ним прервалась. Со временем он стал тормозиться и в итоге упал на Землю. Из-за трения о воздух спутник частично сгорел и развалился на части. Инженеры сделали реактор так, что при нагревании специальная стяжка, скрепляющая различные части, должна была раскрыться. Предполагалось, что уран в таком случае высвободится и сгорит, не долетев до поверхности Земли. Идея инженеров не сработала. Обломки вместе с радиоактивным ураном упали на территории Канады и вызвали серьезное заражение территории, составляющей 800 км в диаметре. К счастью, регион был малонаселен, и никто не пострадал. Неприятностей добавил тот факт, что по требованию властей Канады для решения сложившейся экологической проблемы СССР пришлось выплатить 3 млн канадских долларов компенсации, которые пошли на организацию работ по поиску и деактивации источников радиации.

После этого случая конструкция аппаратов серии «ИС-А» была изменена. Активная зона теперь отделялась и уводилась на орбиту захоронения отдельным механизмом с отдельным двигателем.

В ситуации со спутником «Космос-1402» эта мера не помогла. Отделение реактора произошло, а отвод на более высокую орбиту – нет. На этот раз все страны были проинформированы о возможном падении реактора на Землю. За ним внимательно следили. В итоге более 30 кг урана вошли в плотные слои атмосферы над Индийским океаном и частично сгорели. На этот раз последствий для экологии не наблюдалось, так как опасные остатки быстро рассеялись, но еще около трех месяцев регистрировалось незначительное повышение радиоактивного фона.

В этих историях речь шла о том, что спутники теряют свою скорость и падают. Причиной этого является атмосфера планеты. У воздушной оболочки Земли нет четкого края. Ионы водорода и кислорода, принадлежащие нашей планете, обнаруживаются даже за орбитой Луны. Их относительная скорость и энергия гораздо меньше, чем у ионов, идущих от Солнца. Поэтому они не воздействуют на электронику. Однако эти редкие частички атмосферы оказывают сопротивление и тормозят космические аппараты. Чем дальше от Земли, тем эффект меньше. Причем на одной и той же высоте количество атомов атмосферы разное в разных местах. Когда спутник пролетает над освещенной стороной нашей планеты, он испытывает меньше сопротивления, чем пролетая над ночной стороной. Земля – своего рода комета. Солнечное излучение сдувает часть атмосферы в направлении от светила. В годы повышенной солнечной активности эта разница в сопротивлении становится еще больше, так как атмосферный хвост удлиняется. Для Валерия Быковского ученые запланировали экспериментов на десять дней. Его полет на корабле «Восток-5» должен был стать рекордным. Однако перед самым стартом Мстислав Келдыш сообщил о возрастании солнечной активности и предупредил о росте уровня радиации. Старт был отложен, но через четыре дня, когда ситуация нормализовалась, космонавт полетел. Тут-то и обнаружилось, что орбита «Востока-5» быстро снижается. Сопротивление атмосферы было слишком большим и росло с каждой минутой. Корабль плавно возвращался на Землю. Первоначальную длительность полета снизили до восьми суток, а потом и вовсе до пяти дней. Руководители полета испугались, что корабль может неконтролируемо упасть в труднодоступном регионе, откуда космонавта будет сложно спасти, или на территории другой страны, где будут раскрыты секреты советской космической технологии. В итоге Быковский не пролетал и половины намеченного срока. Хотя рекорд все-таки был установлен и для одиночного полета держится до сих пор, он мог быть более внушительным.

Другая история произошла со станцией «Салют-7». В 1986 году состоялся последний пилотируемый полет к ней. В экипаж корабля «Союз Т-15» входили Леонид Кизим и Владимир Соловьёв, которые забрали бо́льшую часть съемного оборудования и перевезли его на новую станцию «Мир».

Сам «Салют-7» они законсервировали. На Земле руководители программы решили оставить станцию на орбите и подняли ее на большую высоту, чтобы она могла там долго находиться. В будущем ученые планировали изучать работоспособность автоматических систем, а в еще более далеком будущем к ней мог быть совершен полет многоразового корабля «Буран». Еще 8–10 лет станция должна была приносить научную пользу. Однако из-за выросшей солнечной активности уже через два года топливо для поддержания орбиты и противодействия атмосфере на борту закончилось. Проект «Энергия-Буран» после 1988 года своего продолжения не получил и, соответственно, помочь станции не мог. «Салют-7» неуправляемо стал падать на Землю. Это многих испугало. Хотя на борту не было опасных (например радиоактивных) материалов, к станции был пристыкован транспортный корабль снабжения (ТКС) «Космос-1686». Этот аппарат был способен выдержать полет в атмосфере и не сгореть, вследствие чего вполне мог бы рухнуть кому-нибудь на голову. К счастью, этого не произошло.

Правительство СССР заранее выразило готовность возместить возможный ущерб. Ситуация разрешилась благополучно. Станция в 1991 году вошла в плотные слои атмосферы и развалилась на части, которые упали в малонаселенных регионах Чили и Аргентины. Никто не пострадал, даже наоборот. Местные жители находили кусочки аппарата и присваивали их себе. Известно, что один фермер использовал материалы от советской космической техники для создания камина в своем доме, а другой сделал из обломков станции курятник. СССР к тому времени испытывал проблемы другого рода и был не против таких действий.

Впоследствии, когда руководители космической программы объявили об окончании работы станции «Мир», то аппарат целенаправленно и управляемо был сведен с орбиты. Он упал в самом удаленном от жилых районов месте планеты – неподалеку от так называемой точки Немо в южной части Тихого океана. Сейчас это место называют кладбищем космических кораблей.

Американский шаттл «Индевор» в миссии STS-99 имел на своем борту огромную антенну, которая являлась частью радиолокатора. Основной задачей корабля было составление точной карты поверхности нашей планеты. Работа 60-метровой фермы планировалась на низкой и при этом сильно наклоненной орбите. Но сопротивление атмосферы было сильным, и антенна тормозила аппарат. Шаттлу приходилось каждый день поднимать свою орбиту, чтобы не рухнуть на Землю. Но так как двигатель выдавал тягу меньше расчетной, оказалось, что топлива на борту для постоянных маневров недостаточно. Инженеры на Земле стали придумывать, как сэкономить топливо. Озвучивались разные идеи, даже парадоксальные. Одна из них заключалась в том, что астронавт Герхард Тиле мог бы своими мышцами поворачивать станцию вместо двигателей. Когда на борту космического корабля кто-то занимается спортом на тренажере, соединенном с корпусом, можно увидеть, что вся конструкция двигается. В невесомости усилие, создаваемое руками или ногами при использовании спортивного снаряда, передается всему кораблю. Также предлагали отходы космонавтов, например струю урины, превратить в топливо и выбрасывать в космос для реализации реактивного движения. Эти забавные предложения так и не понадобилось воплощать в жизнь. Астронавты и без этого решили проблему, исправив двигатель и увеличив его тягу.

С современной Международной космической станцией периодически возникают подобные проблемы. МКС огромна – 108×74 метра. Ее размеры сопоставимы с размерами футбольного поля. На станцию сильно воздействует атмосфера, а ее орбиту приходится поднимать несколько раз в год. Это успешно делали и делают прилетающие периодически грузовые корабли.

Со спутниками такую операцию не провернуть. У них есть только то топливо, что было заправлено в них перед стартом. Поэтому если ученые не рассчитают воздействие атмосферы, спутник может со временем потеряться навсегда. Один из самых дорогих таких просчетов случился со спутниками связи Starlink. В 2022 году было запущено 40 аппаратов этой серии. Сначала они вышли на низкую опорную орбиту, а затем должны были улететь от Земли подальше, на целевую орбиту, но этого сделать не успели – выросла солнечная активность. Буквально за пару дней «Старлинки» потеряли скорость и стали падать на Землю. Чтобы исправить ситуацию, операторы дали спутникам команду развернуться узкой гранью по направлению движения, чтобы уменьшить сопротивление. Но это только на пару часов отсрочило неизбежное. Такое большое число аппаратов еще ни разу не сходило с орбиты разом. Зрелище падения было похоже на звездопад, а в прессе данное событие окрестили спутниковым дождем. Все аппараты сгорели в плотных слоях атмосферы.

Глава 5
Давление

Заходит Паскаль в бар, а в баре уже сто тысяч паскалей.

Анекдот

В этой главе речь пойдет о давлении.

Это основополагающая физическая величина для космонавтики. Давление должно быть в топливных баках, в двигателях, в скафандрах, и его практически не бывает в открытом космическом пространстве.

Говорят, что в космосе вакуум. Что это значит? В прошлой главе говорилось, что в космосе много чего есть, а значит, вакуум – это не пустота. Он имеет низкое давление, значительно ниже атмосферного. Все имеющиеся определения довольно размыты и оставляют большое поле для фантазий, поэтому на всякий случай введем более конкретное понятие вакуума. Это пространство, где вероятность столкновения одной частицы с другой меньше вероятности пролета одной частицы мимо другой без соприкосновений.

Давление – это физическая величина, характеризующая воздействие силы на единицу площади. Так как описанные ранее объекты в космосе в большинстве своем имеют практически точечный размер, ни о какой площади речь идти не может. Сила зависит от массы, и потому маленькие частицы космоса не могут иметь большую силу. Атмосфера берет числом: чем больше плотность и количество частиц, тем большее они оказывают давление. Еще до эры космонавтики во время полетов на аэростатах инженеры знали, что чем дальше мы находимся от Земли, тем меньше будут давление и содержание кислорода. А за пределами плотных слоев атмосферы делать без скафандров нечего. Более того, если бы проблема заключалась лишь в отсутствии кислорода для дыхания, то ее можно было бы решить кислородной маской. Внутри человека давление есть, да еще и не одно. Когда кровь воздействует на сосуды, говорят об артериальном и венозном давлении, когда воздух воздействует на легкие, говорят об альвеолярном давлении, плевральном давлении. В глазах есть особая жидкость, которая оказывает глазное давление, и т. д. Обычно давление атмосферы совпадает с давлением внутри организма, а если погода меняется, могут возникать головные боли, вызванные несоответствием внутреннего и наружного давлений. А в космосе этот эффект будет еще сильнее. Конечно, человек не взорвется, но сосуды могут лопнуть.

Также воздух будет двигаться в область, где давление ниже. То есть если скафандр или космический корабль будут иметь отверстие, то из него воздух будет выходить до тех пор, пока давление внутри и снаружи не будет одинаковым. При полной разгерметизации давление упадет до нуля.

В итоге первая обезьяна Альберт, которая полетела на ракете, была помещена в небольшую герметичную кабину, чтобы она не погибла в процессе полета. Хотя полет был еще не космическим, но на высоте в 60 км давление слишком низкое, чтобы находиться без скафандра или кабины. Вот только инженеры не подумали, о том, что воздух должен циркулировать для дыхания. Кислород должен приходить, а выдыхаемый углекислый газ выходить. Это не было предусмотрено. В итоге, пока ракета еще стояла на стартовом столе и готовилась к пуску, внутри кабины закончился кислород и сильно нагрелся воздух. Обезьяна погибла от удушья. В СССР произошла обратная ситуация с собаками Чижиком и Мишкой. В их кабине был регулятор давления. Специальное устройство должно было выпускать излишки углекислого газа, когда его давление росло, и освобождать место для кислорода. Оно представляло собой иглу, которая выходила из отверстия и входила в него при определенных значениях количества углекислого газа в кабине. Данный регулятор сработал на большой высоте, но после того как излишки углекислого газа вышли, механизм не выключился. Воздух продолжил выходить. В итоге результат тот же, что и с обезьяной.

В последующих стартах регулятор не использовали. Вместо него в стенке кабины просверлили отверстие, диаметр которого был точно рассчитан на стравливание газовой смеси при избыточном давлении. И это сработало. Затем испытывались другие кабины и скафандры, и, увы, уже в первом полете новой системы разгерметизировались конструкции, показав ошибки инженеров. Это стоило жизни собакам Рыжей, Джойне, Пальме и Пушку.

На собаках проблемы не закончились. У Юрия Гагарина герметичным был не только спускаемый аппарат, но и скафандр. На всякий случай, если корабль разгерметизируется, у космонавта будет шанс выжить. Его скафандр был соединен с креслом, где и находились баллоны с воздухом для дыхания. Однако во время посадки после катапультирования Юрий Гагарин опускался на отдельном парашюте и не мог использовать запас кислорода, оставшийся в кресле. На такой случай в скафандре имелся клапан, который открывался за счет тросика. Гагарин должен был его потянуть, и тогда в скафандр пошел бы воздух из атмосферы. Когда же первый космонавт планеты потянулся к механизму, то понял, что тросик затерялся в складках одежды. Гагарин мог погибнуть от удушья уже на Земле. Все же наш герой не зря был выбран первым космонавтом. Благодаря ловкости и смекалке Гагарин смог вывернуться, дотянуться до тросика и открыть клапан для дыхания.

У экипажа корабля «Союз-11» скафандров как раз не было, и это оказалось трагической ошибкой. Миссия космонавтов Добровольского, Волкова и Пацаева заключалась в первой в истории работе на орбитальной станции «Салют». И уже в самом начале возникли проблемы с воздухом. Корабль успешно доставил космонавтов на станцию, но когда они оказались на борту «Салюта», резкий запах гари омрачил радость от достижения цели. Оказалось, пока станция летала в автоматическом режиме, перегорела проводка двух вентиляторов. Первый день после стыковки с «Салютом» космонавты провели на борту корабля «Союз», пока система регенерации очищала воздух. В середине полета случилось еще одно задымление, но где именно произошел мини-пожар, было непонятно. Космонавты вновь забрались в корабль и стали наблюдать. Либо пожар разрастется и придется экстренно возвращаться на Землю, либо воздух очистится еще раз и достаточно будет немного переждать. События пошли по второму варианту. И вот, наконец, все задачи решены, и космонавты с чувством выполненного долга готовятся к возвращению. В последний момент перед самым стартом загорается предупреждающий сигнал об открытии люка между спускаемым аппаратом и бытовым отсеком. И это послужило поводом для нешуточных волнений. Скафандров у космонавтов не было. Еще несколько попыток закрыть люк также сопровождались сигналом опасности. На Земле решили, что датчик соединения работает неверно. Он срабатывает, когда нет электрического соединения между контактами на обрезе люка и корпусе. Космонавты залепили датчик пластырем, и после закрытия люка сигнал потух. Давление внутри бытового отсека для проверки было уменьшено. Из спускаемого аппарата воздух не проходил. Это означало, что соединение герметично. Корабль отделился от станции и отправился к Земле. Космонавты переживали насчет люка, но с ним проблем не было. После отделения от корабля двух отсеков – приборно-агрегатного и бытового – связь с Землей нарушилась. Даже после успешной посадки космонавты ничего не доложили. Оказалось, опасность ждала их с другой стороны. Под креслом Добровольского находился клапан, который, как и в случае с Гагариным, должен был открываться для вентиляции, когда спускаемый аппарат находился недалеко от поверхности Земли. Только он открылся раньше, когда корабль был в разреженных слоях атмосферы на высоте 150 км. Через получившееся отверстие воздух выходил, пока давление снаружи и внутри не выровнялось, то есть пока весь воздух не вышел. Это и стало причиной трагедии. А причиной открытия клапана, согласно официальному расследованию, считается маловероятное стечение обстоятельств при его изготовлении. Во время тестов при одной или двух ошибках в технологии сборки механизма все равно не удавалось повторить ситуацию «Союза-11», и только когда клапан собрали со всеми возможными ошибками да еще разок ударили по нему, трагическое событие удалось смоделировать. Другая неофициальная версия указывает на то, что виновато было крепление. Место расположения клапана труднодоступно, и когда происходило закручивание гаек, техники могли просто не докрутить. Согласно инструкции усилие для затягивания должно быть не меньше 50 кг, а на всех спускаемых аппаратах слетавших кораблей оно меньше, в одном случае даже было почти нулевое.

Все следующие полеты на кораблях «Союз» проходили только с использованием аварийно-спасательных скафандров, в спускаемый аппарат была добавлена возможность закрыть клапан вручную, а также аварийная система наддува воздухом. Сам механизм открытия тоже переделали, сделав его более устойчивым к физическому воздействию.

В дальнейшем произошел еще один случай, когда этот клапан открылся раньше времени. Это случилось на спускаемом аппарате корабля «Союз МС-02» – новой модификации с изменением многих систем. На высоте 8 км в корабле резко снизилось давление, но благодаря дополнительным мерам безопасности и скафандрам это не имело никаких последствий. К тому же высота была не настолько большой, а падение давления – не очень сильным.

Не только в кораблях и скафандрах были проблемы с давлением. На МКС недавно произошел случай разгерметизации. В одном из блоков появилась трещина, слишком маленькая, чтобы ее обнаружить визуально, но достаточно большая, чтобы из нее выходил воздух. На борту на такой случай есть специальная клейкая лента наподобие скотча. Но в этом случае было непонятно, куда ее клеить. Трещина была небольшой, и воздух выходил медленно. Потерю легко компенсировали регенераторы, но и их ресурс не бесконечен. Через год темпы утечки выросли вдвое, потому нужно было найти источник падения давления. Тут помогла находчивость космонавтов. Анатолий Иванишин и Иван Вагнер взяли пакетик с чаем и рассыпали его в невесомости. Увлекаемые потоками воздуха от перепада давления, чаинки начали двигаться к трещине. За ними космонавты и проследили, а потом успешно заделали источник проблемы.

Эта трещина появилась сама собой, а вот в 2018 году в корабле «Союз МС-09» отверстие кто-то просверлил. В середине миссии на МКС сработали датчики, которые зарегистрировали падение давления. Быстро обнаружилось, что воздух выходит из бытового отсека, пристыкованного к станции корабля. Там в укромном месте космонавты обнаружили ровное просверленное отверстие, а рядом с ним следы соскальзывания, как будто дрель срывалась. Серьезной угрозы для жизни эта ситуация не создала. Отверстие было в таком месте, что МКС можно было изолировать и самую важную часть корабля – спускаемый аппарат – тоже. К тому же дырку быстро заделали. Тем не менее встал вопрос, кто просверлил отверстие. Это либо ошибка, либо саботаж. После проведенного криминалистического расследования представители Роскосмоса с согласия и поддержки представителей NASA заявили, что виновник обнаружен, но подробности оглашены не будут. Варианта на самом деле только два. Первое: кто-то на земле во время монтажа в обход всех инструкций просверлил отверстие, а потом его заделал. Поначалу заплатка держалась, а потом слетела. Второй вариант: это сделал кто-то из экипажа МКС, нарушая правила здравого смысла. Известны следующие факты: отверстие было просверлено изнутри, а не снаружи, следы соскальзывания могут свидетельствовать о работе инструмента без упора, например в невесомости, во время инцидента на борту были отключены камеры, в воздушных фильтрах обнаружена стружка от корпуса. Все эти факты не склоняют чашу весов ни в одну сторону. Появившаяся чуть позже новость о том, что один из членов экипажа имел заболевание, которое может влиять на психику, дала много поводов для разговоров. Тем не менее все представительные органы отвергли выдвинутые этому человеку обвинения.

Самая страшная авария с разгерметизацией произошла со станцией «Мир» в 1997 году. Ее основные причины будут рассмотрены в другой главе. Главное, что грузовой корабль «Прогресс М-34» протаранил один из модулей этой станции, который назывался «Спектр». От удара образовалось отверстие площадью 2 кв. см, которое невозможно было заделать. Через него воздух выходил с огромной скоростью. Среднее время критического падения давления при таком повреждении составляет 26 минут с учетом работы аварийного нагнетания. На станции находились Василий Циблиев, Александр Лазуткин, а также американский астронавт Майкл Фоул. У космонавтов было два варианта спасения. Первый – это покинуть станцию в корабле. Второй вариант – изолировать разгерметизированный модуль. Каждый из сегментов станции присоединялся отдельно, как деталь от конструктора. Однако многие системы были взаимозависимы. В «Спектре», например, находился самый крупный массив солнечных батарей. От них электрические кабели шли к другим модулям. Они как раз и стали проблемой при закрытии люка во время аварии. Александр Лазуткин перебирал многочисленные разъемы, отсоединял и разбрасывал в разные стороны. Некоторые провода не отсоединялись, космонавт их разрезал ножницами по металлу, за которыми нужно было лететь в другой модуль. От падения давления стало закладывать уши, причем уже до болевых ощущений. Время решало всё. Тут еще проблема – нет ключа, который закрывает люк. Космонавт находит один ключ, но он не годится. Затем он находит второй ключ, который подошел, и люк закрылся. Правда, проблемы на этом не закончились. Так как станция оказалась отрезанной от солнечных батарей модуля, она потеряла почти половину своего энергоресурса. Начались сбои всех остальных систем. Окончательно ситуация нормализовалась после того, как космонавты уже другого экипажа Анатолий Соловьёв и Павел Виноградов, которые прибыли для ремонта, провели переподключение солнечных батарей. Для этого они вышли в «закрытый космос». Это как в вакууме открытого космоса, только внутри космического аппарата. Когда космонавты проникли в брошенный «Спектр», внутри все работало, в том числе и вентиляторы, которые должны были перегонять воздух, а теперь крутились вхолостую.

Модуль «Спектр» после тарана кораблем «Прогресс М-34». NASA

Был в истории случай, когда космонавты на орбите на борту станции «Салют-5» специально открыли «форточку». Такая потребность возникла после аварии и жалоб космонавтов из предыдущего экипажа на здоровье. Все грешили на то, что в воздух мог попасть ядовитый материал: топливо, жидкость для охлаждения или еще что-то. Приборы никаких отклонений в воздухе не фиксировали, но на всякий случай инженеры решили полностью заменить воздух на станции. Для этого был подготовлен экипаж корабля «Союз-24», состоящий из космонавтов Виктора Горбатко и Юрия Глазкова. Когда они прибыли на станцию, никаких запахов или других признаков отравляющих веществ не обнаружили. Тем не менее обидно было не использовать дополнительную подготовку, и космонавты решили испытать новые приборы. Глазков открыл клапаны – ту самую «форточку», – и воздух со свистом стал утекать. Когда давление упало, автоматически включилась система наддува. Из-за перепада давления возникла волна разрежения и сжатия, то есть звук. По словам Горбатко, «было такое впечатление, что станция разорвется». Корпус выдержал, и в итоге один из самых необычных и опасных экспериментов оказался удачным. Однако эта экспедиция на станцию была последней. Продолжение работы «Салюта-5» оказалось невозможным, потому что для корректировки орбиты был израсходован весь запас топлива.

Еще одним уникальным экспериментом в области давления является совместный полет двух принципиально разных кораблей – «Союз-19» и «Аполлон». Объединение двух враждующих стран, США и СССР, или, как потом это событие назвали в прессе, – «рукопожатие в космосе», было актом дружбы и началом сотрудничества. Но этому мешал тот факт, что космонавты из разных стран буквально дышали разным воздухом. В советском корабле использовался воздух, по составу близкий к обычному, – 21 % кислорода и 79 % азота. В американском корабле астронавты дышали чистым кислородом, но под давлением 0,4 атмосферы. Это в два раза больше, чем парциальное давление кислорода в атмосфере Земли. Парциальным называют давление, которое имел бы газ, входящий в состав газовой смеси, если бы он был один. То есть если из атмосферы Земли убрать все газы, кроме кислорода, то давление было бы 0,21 атмосферы. В организме человека есть много азота, который попадает туда из воздуха. Если азот убрать, то и внутри организма давление будет 0,21 атмосферы. Однако если человек резко перейдет из одного корабля в другой, из-за перепада давления азот (и другие газы) начнет расширяться в виде пузырьков и будет стремиться выйти из плена плоти. Это называется декомпрессионной или кессонной болезнью, и ею часто страдают подводники. Процесс похож на процесс кипения. Декомпрессионная болезнь может привести к серьезным последствиям для организма – повреждению клеток органов (в первую очередь легких), сосудов. Однако если давление азота в воздухе немного ниже, чем в крови, то он будет за счет диффузии постепенно без травматических последствий вымываться. После процедуры полного очищения организма от азота человек может дышать чистым кислородом.

Для космонавтов «Союза» сделали специальный переходный отсек, который работает как барокамера – медленно снижает давление азота и, чтобы процесс шел быстрее, увеличивает давление кислорода. Астронавты «Аполлона» тоже должны были проходить через это устройство, но для них оно работало наоборот, увеличивая давление азота и снижая давление кислорода. С людьми это работало, а вот с рыбками нет. На борту «Сюза-19» располагался запаянный аквариум, а в нем – рыбки данио-рерио и вместе с ними вода, корм и растворенный запас кислорода на десять дней. Эксперимент должен был показать, как органы живых существ, которые плавают в воде, то есть практически в невесомости, развиваются в космосе. Данио-рерио – это прозрачные рыбки, и все изменения их организма хорошо видны.

Командир «Союза-19» Алексей Леонов решил перенести в американский корабль аквариум и залетел в переходный отсек. Там из-за перепада давления кислорода снаружи и внутри аквариум треснул. Вода из получившегося крошечного отверстия не вытекала, а воздух как из крови космонавта, так и из аквариума стал выходить. Потом космонавт занес в бортовой журнал следующее: «Как себя чувствуют рыбки? Хорошо, они все погибли». Леонов как никто другой должен был понимать свою ошибку, но об этом позже. Нужно разобраться, почему же возникло различие в составе атмосферы кораблей.

В США используется чистый кислород, так как это позволяет экономить кучу ресурсов. Не нужно брать с собой азот, а вместо него можно взять в три раза больше кислорода и удлинить тем самым время работы внутри корабля. Есть и минус – чистый кислород пожароопасен. В СССР эту проблему осознали очень рано. В первом отряде космонавтов проходил подготовку Валерий Бондаренко. Одним из испытаний было нахождение в сурдобарокамере. Это устройство имитирует тишину и одиночество космоса, а также работу с повышенным содержанием кислорода. Медики должны были убедиться, что организм кандидата может долгое время выдерживать космический полет на тот случай, если двигатель для возвращения не сработает и полет продлится дольше запланированного. В ходе медицинского обследования космонавт снял закрепленные на теле датчики, протер места их закрепления смоченным в спирте ватным тампоном, после чего его выкинул. Вот только предмет гигиены попал на нагревательный элемент и вспыхнул. Вся сурдобарокамера начала гореть, а выйти быстро из нее тоже было нельзя из-за перепада давления. Загорелся и шерстяной костюм. Когда медики смогли открыть дверь, Бондаренко был еще жив, но помощь пришла слишком поздно. В итоге в отечественной практике чистым кислородом космонавты дышали только в скафандрах во время выходов в открытый космос и в ходе тренировок. Это снизило ресурс корабля, но снизило и риски. В США в программе «Аполлон» тоже не обошлось без жертв во время предполетных тестов. Виджил Гриссом, Эдвард Уайт и Роджер Чаффи зашли в кабину «Аполлона-1». Через пять часов астронавты сообщили, что кабина в огне, а через две минуты внутри полыхало всё. В отличие от барокамеры, где мало горючих материалов, в кабине их много. К тому же давление кислорода и его содержание в кабине инженеры увеличили, чтобы туда не попадал атмосферный воздух. Горение было таким сильным, что ручка люка снаружи была раскалена, и за нее невозможно было ухватиться голыми руками. Непосредственной причиной возгорания, вероятно, стало короткое замыкание в электропроводке. В дублирующей кабине, которая полностью имитирует основную, обнаружилось около десятка возможных проблем с электропроводкой. Также ошибочной была конструкция люка, которая не позволила астронавтам быстро выбраться самим. Люк был двойным. Одна створка открывалась вовнутрь, а его крышка – наружу. Люк прижимался более высоким давлением, а когда начался пожар и выросла температура, давление стало еще больше. Если бы люк мог открываться в другую сторону, то у астронавтов был бы шанс спастись. В итоге открыть аппарат удалось только после того, как давление внутри выросло настолько, что кабина лопнула. Но к тому времени все было испепелено. От чистого кислорода в программе «Аполлон» не отказались, так как это сильно усложнило бы конструкцию. Только в следующих за «Аполлоном» проектах американские космонавты стали дышать другим воздухом. А вот двери поменяли. Теперь люк открывался наружу легко и быстро, от среды с большим давлением в сторону среды с меньшим давлением.

Здесь речь шла про орбитальный корабль программы «Аполлон». Когда же стали делать лунный модуль «Орел», то в нем также люк открывался внутрь. Из-за этого астронавты Нил Армстронг и Базз Олдрин могли так и остаться внутри модуля после успешной посадки на Луну. Сначала они надели скафандры, а потом запустили процесс стравливания воздуха в кабине. Однако давление внутри, хоть и упало, не все-таки оставалась высоким. Снаружи на поверхности Луны давления, как и атмосферы, нет. Подергав ручку, астронавты открыть люк не смогли. Прилагать силу было небезопасно, так как корпус очень тонкий. Все же Базз Олдрин решился и отогнул на себя один угол, нарушив уплотнение. Остатки воздуха вышли, и астронавты смогли совершить свои знаменитые шаги по Луне.

Вернемся к Алексею Леонову. Он больше знаменит не участием в первой международной экспедиции «Союз-Аполлон», а тем, что стал первым человеком, вышедшим из корабля «Восход-2» в открытый космос. Причем это было не робкое высовывание половины тела, как это было в первом выходе американского астронавта позже, а полноценный вылет. Возможно, если бы задача стояла поскромнее, проблем у Алексея Архиповича было бы меньше.

Проблема оказалась в скафандре. Он выполняет две основные функции: не выпускать воздух и держать давление внутри, а также быть подвижным, чтобы человек мог свободно работать. Задачи скафандра похожи на задачи акваланга, и потому и то, и другое делают из резины. Вот только если толщина оболочки будет маленькая, то из-за перепада давления скафандр будет надуваться в вакууме подобно воздушному шарику. Часто можно услышать, что с Леоновом это и произошло. Скафандр, который получил имя «Беркут», надулся и стал чуть ли не больше самого корабля. Это заблуждение, и ситуация была совершенно иная. Миф возник из-за того, что сам космонавт описывал ощущения неоднозначными словами: «Скафандр так раздулся, что руки вышли из перчаток, когда я брался за поручни, а ноги – из сапог». Леонов чувствовал, что скафандр натянулся, но не увеличился в размерах. На самом деле инженеры заранее подумали о возможном «надувании». Экипировка космонавта имела несколько слоев, а резина использовалась толщиной почти как у баскетбольного мяча. Стать больше в объеме «Беркут» не мог в принципе. Баскетбольные мячи не раздуваются, как воздушные шарики, но сжать их, когда они накачаны, практически невозможно. То же произошло и со скафандром, внутри которого был Леонов. Под давлением резина натянулась и стала словно каменной. Леонов, тем не менее, оттолкнулся от поручня и вылетел из корабля. Первой его задачей было сделать несколько кадров на шпионский маленький фотоаппарат, который был у него на груди. Космонавт стал сжимать руку в локте, чтобы дотянуться до спускового механизма, но ничего не вышло. Сил согнуть толстую резину до конца не хватало, и рука распрямлялась. Леонов предпринял несколько попыток, но каждый раз дотянуться не удавалось. Отдельная видеокамера на корабле засняла неловкие движения космонавта, но на Земле движения рукой наблюдающие восприняли как «передачу приветов».

Скафандр «Беркут»

Бросив попытки сделать селфи, Леонов переключился на другую проблему. По инструкции космонавту требовалось зайти в шлюз ногами вперед. Согнуть и просунуть ноги в узкий люк ему не удалось. Инженеры потом сокрушались, что не подумали поставить поручень не только внутри, но и снаружи люка. Если бы они это сделали, то Леонов смог бы залезть в шлюз по инструкции, просто оттолкнувшись, и ничего сгибать не потребовалось бы. Немного помучившись, Алексей Архипович решает «сдуть» свой скафандр, то есть сбросить давление внутри и сделать резину мягче. Инженеры предусмотрели два режима работы: с давлением в 0,4 атмосферы и 0,27 атмосферы, но второй режим можно было использовать, только если в крови космонавта не осталось азота. Леонов уже час дышал чистым кислородом и понадеялся, что азот к этому времени вышел. Он пошел на большой риск, но не прогадал. Декомпрессионной болезни не было. Затем Леонов нарушил инструкцию второй раз и залетел в шлюз не ногами, а головой вперед. Теперь возникла проблема, как закрыть внешний люк. Инженеры снова схватились за голову. Космическая «дверь» открывается внутрь и занимает добрых 30 % объема шлюза. Теперь, чтобы решить проблему, Леонову было необходимо развернуться внутри резинового цилиндра диаметром 1 м, да еще и в жестком скафандре. По словам Леонова, пока он залезал обратно в корабль, за 5 минут у него выделилось 6 литров пота, он чуть не утонул в выделившейся жидкости и чудом не схлопотал тепловой удар. С неимоверными усилиями космонавт смог развернуться и закрыть внешний люк. Далее в шлюз был накачан воздух под тем же давлением, что и внутри корабля. Затем Павел Беляев – второй член экипажа «Восхода-2» – открыл внутренний люк шлюза, и наконец Леонов оказался в корабле. Шлюз после выполнения своей задачи был отделен. На этом проблемы с давлением не закончились. Из-за перепадов температуры после отсоединения шлюзовой камеры во внутреннем люке появилась щель, через которую стал выходить воздух. Приборы это зафиксировали и дали команду начать резервную подачу кислорода. Нагнетание газа шло быстрее, чем утечка воздуха. В итоге огнеопасного кислорода стало столько, что любая искра могла спровоцировать пожар. Внутри было много того, что могло гореть, так как корабль разрабатывался для относительно безопасной азотно-кислородной атмосферы. К тому же давление выросло до значений больше 960 мм рт. ст., при том, что нормальное значение – 750 мм рт. ст. Разрешилось все само. Под воздействием кислорода люк придавило к ободу плотнее, датчики перестали регистрировать утечку, и подача кислорода прекратилась. В следующий раз инженеры сделали люк, который открывался внутрь корабля, что было правильным решением.

В США первый выход в открытый космос оказался гораздо проще. Не было никаких шлюзов. Астронавты «Джемини-4» разгерметизировали весь корабль, и Эдвард Уайт вылетел из кабины. Трудности со сжиманием скафандра также были. Уайт перегрелся от нагрузки, похудел на 3,6 кг. Но благодаря более простой конструкции выйти и зайти обратно в корабль ему труда не составило.

Может показаться, что использование шлюза в советском аппарате было ошибкой, но это не так. Если бы что-то произошло, то американский корабль мог бы и не вернуться на Землю. Например, астронавты «Джемини-4» очень испугались, когда их единственный люк не закрылся с первой попытки. В итоге на современных американских станциях шлюз есть, хотя он и не такой конструкции, какой был на корабле «Восход-2».

Скафандры тоже претерпели изменения. Например, в скафандре «Ястреб», модификации «Беркута», рюкзак с кислородом был не за спиной, а в ногах. Там он занимал меньше места, а ходить, как мы привыкли на Земле, в невесомости все равно не нужно. В еще более современном скафандре «Орлан» используется полужесткая конструкция, которая не дает резине растягиваться, но сохраняет подвижность. Тем не менее космонавты очень устают во время работы в открытом космосе.

Также в скафандрах есть возможность работать с пониженным давлением, если работа требует больших усилий или особой подвижности. Александр Лавейкин во время длительного полета в 1987 году забыл об этом. Когда он выходил в открытый космос с борта станции «Мир», то случайно задел рычаг переключения режимов и не заметил этого. Давление стало падать, и Лавейкин забил тревогу. На Земле все встали на уши, но космонавт сообразил, в чем была проблема, и работа продолжилась.

Космонавты Александр Викторенко и Александр Серебров собирались выходить в открытый космос тоже с борта «Мира». Конструкция этой станции сборная. «Мир» имел специальный переходный отсек, который был предназначен для стыковки четырех целевых модулей и перехода членов экипажа между ними. Он также мог выполнять функции шлюзового отсека при выходе в открытый космос, для чего на нем был установлен клапан сброса давления. Викторенко и Серебров начали откачивать воздух, но давление стало падать и внутри бытового отсека космического корабля «Союз ТМ-8», пристыкованного к переходному отсеку. Люки были закрыты, а причиной этого стало отсутствие прибора измерения давления. После стыковки двух модулей или кораблей космонавтам требуется выровнять давление в двух до того независимых аппаратах. Для контроля этого процесса используется манометр. Стыковка корабля и станции прошла давно, прибор был уже не нужен, и чтобы он не мешался, космонавты его сняли, но не закрыли оставшееся от прибора отверстие.

Давление важно не только для космонавтов внутри корабля, оно важно и для баков ракеты-носителя. Чтобы топливо шло в двигатель, нужна сила, которая будет выталкивать горючее и окислитель.

Первая ошибка, связанная с давлением, имела место еще при попытке запустить первую в СССР ракету ГИРД-09. Последовательность действий для ее запуска была следующей. Сначала инженеры заливали в бак охлажденный жидкий кислород. Затем он начинал нагреваться и испаряться и тем самым создавал необходимое давление. Во время экспериментов на земле инженеры определили, что на этот процесс требовалось 6 минут 5 секунд. По истечении этого времени открывались клапаны подачи кислорода в двигатель, а затем происходило зажигание. И вроде все шло по плану, но вместо оглушительного рокота двигатель ракеты еле-еле журчал. Тонкая струйка пламени из-под ракеты не смогла ее даже приподнять. По плану полет должен был занимать 15 секунд, а пламя выходило из двигателя две минуты. В чем оплошность, было совершенно непонятно, пока инженеры не догадались поставить в бак датчик давления и залить в него кислород еще раз. В тот день была холодная и пасмурная погода. Оказалось, что кислород испарялся в таких условиях гораздо медленнее, чем во время испытаний в теплой лаборатории. На достижение нужного давления требовалось в три раза больше времени, но логика запуска этого не предусматривала.

Макет ракеты «ГИРД-09»

Самая известная авария, которую мы рассмотрим в этой главе, – взрыв модуля американского пилотируемого лунного корабля «Аполлон-13». Космический аппарат состоял из двух частей: командного и лунного модулей. Командный отвечал за движение по орбите от Земли до спутника и обратно, а также за движение по орбите вокруг Луны. На нем стояли более мощные двигатели и большего размера баки с топливом по сравнению с лунным модулем, который отвечал за посадку и взлет только со спутника. Когда астронавты Джеймс Ловелл, Джон Суайгерт и Фред Хейз удалились от планеты на расстояние в 330 тыс. км, они увидели, что приборы показывают аномально высокое значение уровня жидкого кислорода. В невесомости такое бывает, и чтобы все исправить, нужно только перемешать содержимое бака. Астронавты запустили специальный механизм, и через несколько секунд снаружи модуля произошел взрыв. После этого пошли электрические сбои и падение напряжения в разных системах, а также возникла тряска, вибрация и вращение.

Виновниками взрыва оказались сразу несколько систем. Еще на Земле во время подготовки к старту была заменена полка для крепления кислородного бака. Во время монтажа один болт крепления не был откручен. Когда инженеры попытались достать полку, она не далась. Тогда специалисты приложили силу. Вероятно, при этом возникли повреждения сливного отверстия бака. Это было замечено, но устранять поломку никто не стал. Инженеры решили не сливать, а выпарить топливо. В баках для контроля температуры и давления имелся специальный нагреватель. Он помогал увеличивать давление в баке при необходимости, например, при включении двигателя или с целью отправки кислорода в топливный элемент для генерации электрического тока, или для подачи его дополнительно в кабину для дыхания экипажа. Суть в том, что если кислород из бака уходит на нужды экипажа, а остатки окислителя в баке расширяются, то температура в баке падает (а с ней уменьшается и давление).

Нагреватель запустили не в космосе, а на космодроме. Идея сработала, и топливо выпарилось. Все бы ничего, но последовала еще одна ошибка. Система контроля давления и температуры в баке рассчитана на напряжение 28 В, а на космодроме использовалось напряжение 65 В. Из-за этого автоматический термоконтроль не сработал. Уже после, когда проводился эксперимент в рамках расследования аварии, специалисты отметили, что температура во время «процедуры выпаривания» могла доходить до 538 °C, хотя по инструкции не должна превышать 27 °C. На самом деле из-за перегрева внутри оголились провода электрических датчиков и от стенки бака отслоилась тефлоновая изоляция, которая может гореть в чистом кислороде. Это на Земле никто не заметил.

В итоге в процессе полета Джон Суайгерт после регистрации очередного снижения давления в баке запустил нагреватель, который стал увеличивать температуру и не выключился вовремя. Оголенные провода датчика температуры стали коротить и искрить, а изоляция оторвалась. Когда же астронавты запустили перемешивание, от искры загорелся тефлон и начал медленно и неуправляемо тлеть в чистом кислороде. Температура в баке начала стремительно расти, а с ней и давление. В итоге оно выросло настолько, что корпус бака не выдержал и лопнул, а окислитель отправился в космос. Осколки разорванного корпуса повредили и топливные элементы, и второй бак с кислородом.

И все это случилось из-за проблемы с давлением и сливом топлива на космодроме. В итоге командный модуль лишился топлива для маневров и электричества, на котором была построена вся система жизнеобеспечения. В итоге воздух не вырабатывается, тепло не подается, вода не регенерируется, связи нет, ориентироваться невозможно.

Командный модуль после аварии. NASA

На помощь пришел лунный модуль. Так как на поверхности Луны он должен работать автономно, то все системы у него были свои, но и ресурса у него было значительно меньше. Надо было экономить. Астронавты все время, пока возвращались на Землю, боролись за жизнь, они почти ничего не пили, не спали, работали в холоде при температуре 5–6 °C и сырости. Возникла еще и проблема с очисткой воздуха от выдыхаемого углекислого газа. Он постепенно стал вытеснять кислород, без которого дышать невозможно. Лунный модуль рассчитан на двоих человек, а в случае «Аполлона-13» в нем ради выживания пришлось ютиться втроем. В командном модуле были запасные фильтры-поглотители, но они не подходили для использования в лунном модуле. Они были прямоугольными, а в лунном модуле использовались цилиндрические. Астронавты это отметили еще за три года до описываемых событий, когда готовилась миссия «Аполлон-8». Тогда большого значения унификации не придали, но теперь это стало проблемой. Тем не менее с помощью клейкой ленты и деталей скафандра астронавты сделали переходник, и эта ситуация нормализовалась.

В итоге Джеймс Ловелл, Джон Суайгерт и Фред Хейз вернулись на Землю, показав пример отваги, выдержки и смекалки.

В баках давление может достигать 10 атмосфер. А какова сила одной атмосферы? На самом деле огромна. На один квадратный метр атмосфера давит массой 10 тонн (силой 100 000 ньютонов).

Воздействие, которое может оказать атмосфера, наглядно наблюдать на баках, в которых создается вакуум или низкое давление. Такое, например, произошло на полигоне Капустин Яр с цистерной спирта. Горючий материал использовался в качестве топлива для ракет. Об интересном содержимом цистерны узнали военнослужащие испытательной площадки. Они проковыряли снизу дырочку, из которой спирт капля за каплей вытекал. Однажды отверстие забыли заделать, и через него вытекло почти все топливо. Так как цистерна была герметична, а отверстие было снизу под жидкостью, внутрь воздух не поступал. Под толстой металлической оболочкой возникла разреженная среда с низким давлением газа, а атмосферное давление никуда не делось и буквально смяло стальной цилиндр, как лист бумаги. Этому помогла еще и сложная погода космодрома. Днем там было очень жарко, +40… +50. Спирт активно испарялся в баке. Пары спирта создавали давление, которое помогало жидкому спирту вытекать. Ночью температура падала ниже нуля, и пары спирта оседали. От этого давление внутри цистерны резко падало.

Похожие истории приключались и с ракетами. На том же полигоне готовили к проведению испытательного пуска ракету Р-11. Однако из-за обнаруженной неисправности старт был отложен. Из ракеты сотрудники полигона стали сливать топливо, но забыли по халатности открыть дренажный клапан, который позволяет воздуху попасть внутрь и выровнять давление. В итоге ракета схлопнулась.

В США такие ситуации тоже были. Например, с ракетой Сатурн –1Б. На ней на станцию «Скайлаб» готовились отправиться Джералд Карр, Эдвард Гибсон и Уильям Поуг.

Первую ступень специалисты заправили керосином, а после этого пошел дождь. Чтобы в ракету не залилась вода, инженеры закрыли отверстия дренажных клапанов пластиковыми крышками и благополучно об этом забыли. Когда потребовалось слить излишек топлива, о перепаде давления никто не подумал, да и о крышках никто не вспомнил. Так как керосина из баков изъяли немного, последствия были не самыми страшными – образовалась вмятина глубиной 15 см и диаметром 2 м. Тем не менее в таком состоянии ракета-носитель полететь не могла, а замена влетела бы в крупную сумму.

Поэтому через день баки решено было выправить, используя тот же принцип перепада давления, который и привел к изначальной проблеме. В бак закачали гелий под избыточным давлением. Это сработало. Через несколько дней ракета-носитель успешно стартовала.

Очень большая проблема с давлением связана еще и с парашютом. Он должен раскрываться на высоте, где давление воздуха намного ниже, чем в корабле. По официальной версии именно это стало причиной гибели космонавта Владимира Комарова на корабле «Союз-1». Первый полет космического аппарата нового типа был сопряжен с огромным количеством проблем: не раскрылась солнечная батарея, не раскрылась дублирующая антенна радиотелеметрии (они зацепились за вакуумное теплоизоляционное покрытие), не работала солнечно-звездная система ориентации, так как датчик запотел, не удавалось управлять кораблем вручную из-за смещенного центра масс, еще и космонавт по инерции пролетел мимо точки включения двигателей. С такими проблемами о выполнении задачи речь идти не могла, тут бы вернуться домой. Комаров смог победить ломающуюся технику и направил корабль на Землю. Сначала все шло по инструкции, даже раскрылся вытяжной парашют, который вытягивает за собой из контейнера основной, но последний из контейнера не вышел. Тогда была дана команда на раскрытие запасного парашюта. Со вторым куполом повезло больше – из контейнера он вышел, но вытяжной стал ему мешать. Во-первых, стропы стали спутываться, во-вторых, поток набегающего воздуха обтекал вытяжной парашют и создавал область пониженного давления, так называемую аэродинамическую тень, в которой запасной парашют не смог как следует расправиться. В итоге с огромной скоростью (более 180 км/ч) спускаемый аппарат с космонавтом внутри ударился о поверхность Земли. От столкновения еще и баки с горючим лопнули, и их содержимое загорелось.

Основная причина катастрофы, согласно выводам официальной комиссии, заключалась в перепаде давления, от которого деформировались края контейнера с основным парашютом, вследствие чего его прижало к корпусу. Тогда же были внесены изменения – контейнер стал расширяющимся, а его стенки стали толще. Однако позже инженеры стали проводить эксперименты с точно таким же спускаемым аппаратом, который должен был стать «Союзом-2» (но не стал). В условиях равенства давления при нагрузке выше расчетной в два раза парашют все равно не выходил из контейнера. Появилось другое предположение, что в результате покраски или процесса нанесения теплостойкого покрытия на парашют попал материал, который сделал его липким. Сила трения резко выросла, и теперь набегающего потока воздуха было недостаточно, чтобы вытяжной парашют оказал нужное давление и высвободил основной. Скорее всего, обе версии имели место, и к катастрофе привела не одна ошибка.

Через несколько месяцев со спускаемым аппаратом «Зонд-6», который является копией спускаемого аппарата «Союза», тоже возникла проблема. На этот раз парашют раскрылся, но почти сразу отделился.

На участке спуска было зафиксировано резкое снижение давления в парашютном контейнере, а до этого произошла разгерметизация спускаемого аппарата. Все это привело к «коронному разряду». Он попал на высотомер, который в свою очередь дал ложную команду на отстрел стренг парашютной системы не на поверхности Земли, а на высоте 5300 м.

В США проблема с давлением из-за обтекания воздуха была у станции «Скайлэб». Ракету-носитель и ее содержимое инженеры всегда создают и устанавливают так, чтобы обеспечить максимальную обтекаемость воздухом в полете. Это необходимо, чтобы уменьшить сопротивление и нагрев из-за трения о слои атмосферы. На американской станции конструкторы оставили небольшой зазор между корпусом и специальным противометеоритным экраном. Это было ошибкой. Обычно во время старта все раскладывающиеся конструкции плотно прижаты к космическому аппарату, а раскрываются они уже в вакууме. Во время разгона на ракете-носителе этот экран стал подобен крылу самолета. Воздух обтекал его так, что под ним давление стало больше, чем над ним. Вот только крыло самолета очень прочное и делается специально, чтобы использовать эту особенность потоков воздуха для создания подъемной силы, а экран был создан совсем для других целей. Он попытался улететь от ракеты-носителя, то есть стал отваливаться от корпуса, да еще и решил взять с собой друга и начал отдирать сложенную рядом солнечную батарею. В итоге без экрана станция «Скайлэб» стала сильнее нагреваться, а из-за отсутствия одного сегмента и заклинившего второго сегмента солнечных батарей возник энергетический кризис.

Когда первый экипаж прилетел на станцию, температура внутри составляла +55 °C. Чтобы устранить проблему, астронавты Чарлз Конрад, Джозеф Кервин и Пол Вейц установили своего рода солнечный зонтик. Специальную позолоченную и хорошо отражающую свет ткань натянули на четырех спицах и закрепили на месте оторвавшегося экрана. С солнечной батареей было сложнее, так как не было поручней, чтобы добраться до места ее крепления. Астронавтам помогла смекалка, ловкость и… длинная палка. Они смогли распрямить нераскрывшийся сегмент. После починки станция успешно работала девять месяцев.

Станция «Скайлэб». Позолоченный экран с правой стороны. NASA

Забавным стал случай с последним экипажем на «Скайлэбе». Стала протекать система охлаждения. Для обнаружения места утечки Уильям Поуг подключил запасной бак с хладагентом под давлением. В месте, где была трещина, должны были проявиться следы. Но давление не поднималось 6 часов. Оказалось, подсоединенное к системе охлаждения устройство для обнаружения утечки само протекало.

Еще несколько проблем с давлением было в первом полете шаттла «Дискавери». Полет шел успешно, но когда астронавты стали готовиться к возвращению на Землю, появились трудности. Началось все со сбрасывания лишних запасов технической воды. Дело в том, что, оказавшись в вакууме, жидкости при низком давлении испаряются. Температура кипения с понижением давления уменьшается. Это хорошо видно в горах. Например, на вершине горы Эльбрус вода кипит уже при 65 °C. Чем меньше давление, тем меньше требуется и температура для испарения. В космосе вода практически мгновенно испаряется и уносит запас тепла. Расширение газа H₂O приводит к снижению температуры и охлаждению жидкости ниже температуры плавления. Вода практически сразу после испарения превращается в лед. На этом основан принцип охлаждения скафандров космонавтов.

В случае с «Дискавери» замерзание жидкости произошло у сливного отверстия. Образовалась сосулька длиной 70 см. Она могла отколоться и пробить корпус шаттла. Чтобы ее сбить, астронавтам нужно было выйти в открытый космос. Для ускорения привыкания организма к работе в скафандре экипаж снизил давление во всем шаттле. Главным экспериментом на борту была работа электрофоретической установки, в которой в условиях невесомости получали сверхчистые биологически активные вещества. Из-за низкого давления произведенный белок начал сворачиваться, и выделилось содержимое клеток – эндотоксины, которые испортили 20 % материала. При этом ту сосульку, из-за которой начался сыр-бор, астронавты в итоге сбили манипулятором, и выходить в открытый космос не потребовалось. На этом проблемы не закончились. Давление в корабле стали увеличивать, но содержание кислорода падало. Оказался неплотно закрыт один из клапанов. Шаттл посадку все-таки совершил, но обнаружилась еще одна неочевидная проблема с давлением. Правая стойка шасси дала сбой, и «Дискавери» на взлетно-посадочной полосе повело вправо. Причиной стало низкое давление в системе гидроамортизации. Давления внутри стойки шасси не хватало, чтобы выдержать массу шаттла. К счастью, к серьезным проблемам эта ошибка не привела.

Недавняя авария, связанная с давлением в баках, произошла с ракетой-носителем Falcon 9 от компании Space Х. Ее подготавливали для выведения спутника «Амос-6». В процессе работ произошел взрыв бака с гелием, который использовался для наддува бака с жидким кислородом второй ступени еще во время заправки ракеты. Этот инертный газ помогает создать давление, которое выталкивает окислитель в двигатель. Причем гелий сжат в своем хранилище до 250 атмосфер. Чтобы стенки выдержали, инженеры сделали их двухслойными – первый слой из алюминия, второй из углепластика. Несмотря на прочность, после аварии в цельных баках специалисты нашли вмятины. Между слоями появились пустоты, куда стал попадать кислород из соседнего бака. В этот раз гелий закачивался переохлажденным за несколько дней до старта. Считалось, что, во-первых, к моменту пуска вспомогательный газ нагреется, а во-вторых, пока он холодный, его плотность выше. При заправке температура гелия оказалась ниже температуры замерзания кислорода, и последний в полостях между слоями бака становился твердым. Затем окислитель нагревался на воздухе и мог воспламениться с резким увеличением давления. Спутник «Амос-6» был потерян еще до старта. После аварии конструкцию баков ракеты-носителя улучшили, а также стали заливать более теплый гелий.

Глава 6
Радио

В космосе никто не услышит твой крик.

Слоган серии фильмов «Чужой»

Чаще всего люди на Земле общаются с помощью звука. Он представляет собой колебательные движения в виде волны сжатия и разряжения среды. Звуковая волна может распространяться на большое расстояние и нести информацию. Закодировать ее можно изменением частоты колебаний. У человека физиологически это происходит так. Голосовые связки говорящего с помощью мышц вибрируют и толкают воздух. Колебание атомов атмосферы распространяется и доходит до уха собеседника, где под давлением маленькие косточки начинают двигаться и воздействовать на нервы. Мозг слушающего фиксирует это движение и обрабатывает информацию.

Звук в безвоздушном пространстве распространяться не может, так как сжиматься и расширяться там практически нечему. Другое дело – электромагнитные волны. Чаще всего для связи используются волны с не очень большой частотой колебаний. Они называются радиоволнами.

Принцип действия радиосвязи состоит в следующем. Колебания электрического тока в любом проводнике создают в окружающем пространстве волны электрических и магнитных полей. Это действие подобно вибрации связок. Таким полям не нужна среда для распространения, они сами переходят друг в друга. При этом электромагнитные волны распространяются со скоростью света. Когда они достигают антенны приемника, который представляет собой металлический проводник, они возбуждают в нем переменный электрический ток. В антенне есть свободные заряженные частицы – электроны, которые начинают двигаться, увлекаемые электромагнитным полем. Этот процесс аналогичен работе человеческого уха. Колебания тока можно зафиксировать, и по его изменениям расшифровать информацию. Этот наведенный ток очень слаб, но если в приемник подать достаточно тока той же частоты, что и у радиоволны, то можно вызвать резонанс. Подобрав нужную частоту, можно усилить, раскачать колебания в антенне, чтобы они стали заметны и их можно было расшифровать.

Однако далеко не всегда радиоволны могут дойти до Земли без искажения, особенно если учесть, что у нашей планеты есть слой ионосферы, который влияет на сигналы. Кроме того, Солнце, земные молнии и электрические приборы создают множество помех.

Ионосфера – это слой атмосферы Земли, где преобладают заряженные частицы – ионы. Они будут взаимодействовать с электромагнитным излучением, так как имеют электрический заряд. Причем явления могут быть совершенно разные, в зависимости от частоты волны. Сигнал может отражаться, словно свет от зеркала, может преломляться, словно свет в воде, может поглощаться, словно свет в черном предмете, может рассеиваться, переизлучаться, искажаться и т. д. Кстати, свет – тоже электромагнитная волна, и все явления, происходящие с ним, могут случиться и с радиоволнами.

На заре космонавтики из-за искажений связи и ее нечеткости возникали различные казусы. Забавный случай произошел с космонавтом Валерием Быковским на корабле «Восток-5». На Земле приняли от него сообщение о том, что «был космический стук», после чего корабль вышел из зоны приема, и связь пропала. Инженеры, конечно, забеспокоились, что за стук может быть в космосе. Может, вибрация или что-нибудь оторвалось? Как только космонавт снова смог выйти на связь, его сразу стали расспрашивать о «характере стука». Быковский удивился: «Какого стука?». «Космического стука, о котором вы говорили». – «Да не стука, а стула… сту-ла, стул, понимаете? У меня был стул, – расхохотался Быковский и для ясности добавил: – Я покакал. По-ка-кал!» Эта новость была желанной и радостной на Земле, ведь Быковский первым в мире совершил данное действие на орбите.

На самом деле об этой проблеме с ионосферой было известно давно. Даже Первый спутник передавал сигналы на двух частотах, на тот случай если одна из них будет искажаться. Поэтому ошибки были не очень серьезные. Тем не менее связь на нескольких частотах тоже приводила к проблемам.

Одна из них произошла с Валентиной Терешковой. Она летала одновременно с Быковским и должна была вернуться первой. По радио автоматические системы передавали успешность выполнения всех действий, но от самой Терешковой докладов о ходе посадки не было. Оказалось, что доклады были, но Валентина Владимировна их отправляла не на той частоте, которую слушали. Специалисты на Земле ожидали устного доклада, а Терешкова использовала телеграфный ключ и посылала информацию азбукой Морзе.

Еще одна проблема – совпадение частот. Радиоприемник не может отличить две радиоволны. Если они обе на близких частотах, усилители будут увеличивать и затем использовать обе.

Первый спутник, который имел систему с радиоуправлением, назывался «Объект-Д». Этот аппарат был сделан в нескольких экземплярах. Один из них инженеры вывезли на космодром для проведения испытаний радиосистемы. Однако спутник выполнял не те команды, которые ожидали конструкторы. Стали разбираться. Технических проблем не оказалось, все было как надо, но «Объект-Д» все равно делал что-то не то или действовал, даже когда никаких радиокоманд на него не посылали. Многие военные, контролирующие испытания, заподозрили саботаж и вызвали представителей КГБ для поиска шпионов. В конечном итоге выяснилось, что на предприятии инженеры решили провести испытания дублера «Объекта-Д». Радиоволны оттуда доходили до космодрома, спутник их ловил и начинал выполнять соответствующие команды. Несогласованность испытаний в разных местах привела к большой суматохе и задержке старта.

Макет спутника «Объект Д»

Похожая история смешивания радиоволн произошла со спутником «Космос-57», который представлял собой беспилотный корабль «Восход». Его запустили с целью испытать системы для первого выхода в открытый космос. Так, например, на аппарате проверялась шлюзовая камера «Волга». С Земли с двух станций слежения одновременно отправили команды на изменение давления. Вот только программное устройство, которое было рассчитано на последовательный прием, интерпретировало их как одну команду начать снижение и спуск в атмосферу. Так как эта траектория спуска предполагала посадку корабля в незапланированном месте, через 22 минуты сработала система автоподрыва, которая использовалась с целью уничтожения аппарата, дабы он не попал в руки потенциальных противников. Ошибку исправили, в конструкцию аппарата инженеры добавили защиту радиолинии.

Действующие автоматические станции «Венера-15» и «Венера-16» тоже пришлось отключать из-за совпадения частот с другой миссией: «Вега-1» и «Вега-2». Дело в том, что баллистики выяснили: если запустить автоматическую станцию в 1984 году, она сможет изучить планету Венера и еще комету Галлея, сближение которой с Солнцем состоялось в 1986 году. Хвостатые странницы подлетают близко к Солнцу крайне редко. Комета Галлея это делает раз в 75 лет, и следующий шанс ее увидеть выпадет только в 2061 году. Упускать такую возможность было нельзя. Автоматической станции требовался год, чтобы подлететь к комете. Так, например, в 1985 году был запущен европейский зонд «Джотто». Однако баллистики в СССР обнаружили, что если старт осуществить пораньше, то орбита станции будет пересекать орбиту Венеры и можно изучить сразу два объекта. В ускоренном порядке инженеры спроектировали новую станцию, взяв уже готовое оборудование от предыдущего проекта. «Венера-15» и «Венера-16» тем временем работали на орбите второй планеты от Солнца и успешно проводили радиолокационные исследования. Когда к Венере подлетала «Вега-2», в работе ее системы ориентации возник сбой, который можно было решить отправкой радиокоманды на сброс и переориентирование. Проблема была в том, что «Венера-16» также получила бы эту команду, но в ее случае это привело бы к отвороту станции от цели исследования и от Земли. Повторно выйти на связь после этого будет невозможно. Тем не менее, чтобы спасти новейший проект, специалисты пошли на этот шаг. С учетом того, что основная миссия «Венеры-16» была уже выполнена, а «Вега-2» еще даже не добралась до своей цели, это решение было оправданно.

Еще один случай совпадения частот произошел на станции «Салют-3». Пролетая над Крымом, из бортового радиоприемника космонавты услышали голос незнакомой женщины. Она попыталась узнать, кто с ней разговаривает. Несмотря на то, что станция имела секретную задачу, Павел Попович представился как командир космической станции «Салют-3», но женщина ему не поверила и назвала космонавта телефонным хулиганом.

В 2023 году во время выхода в открытый космос космонавтов Сергея Прокопьева и Дмитрия Петелина в радиоэфире раздалась фраза на испанском языке: «Ты сказал один, пять, ноль по улице Иригойен?» Судя по всему, таксист из Аргентины попросил у космонавтов уточнить адрес. Добрался водитель до места или нет, неизвестно.

На корабле «Зонд-5» стояло оборудование по тестированию связи для пилотируемого полета на Луну. Павел Попович и несколько других космонавтов произносили стандартные для космического полета фразы, корабль регистрировал их и отправлял обратно. Эти переговоры прослушивали в США. Разведка очень сильно напряглась, так как их пилотируемый полет только готовился. Если бы человек из СССР оказался на Луне первым, это означало бы окончательный проигрыш в космической гонке. В администрации США поднялись нешуточные волнения. Об этом узнали в СССР. Тогда Павел Попович решил пошутить и отправил в эфир сообщение о готовности высадиться на Луну. В Америке быстро разобрались, что это розыгрыш, и людей на корабле не было. Хотя на «Зонде-5» все же были пассажиры – две черепахи. Русские инженеры получили нагоняй от начальства. Руководство страны не хотело сообщать никакой информации о ходе работ по лунной программе, чтобы противники не стремились форсировать события, а теперь из-за нешифрованной радиосвязи американские ученые могли догадаться о стадии программы. Действительно, после этого NASA ускорило создание своего лунного корабля.

Спутники связи, радио- и телевещания, предназначенные для людей, испытывают те же проблемы.

Galaxy 15 был спутником-ретранслятором, то есть принимал радиосигналы с наземных пунктов телевещания и отправлял их пользователям спутникового телевещания на Земле. Он проработал половину своего срока эксплуатации, но из-за космической радиации его компьютер вышел из строя. При этом контроль был потерян, но радиопередатчики и автоматические системы продолжали работать. Оказалось, что это даже хуже, чем полное отключение. Galaxy 15 начал дрейфовать, смещаясь по геостационарной орбите, и своей работой мешал другим спутникам, например, Anik F2, SES-1, AMC-11. Тогда у инженеров возник план. Раз спутник может принимать и отправлять сигналы, то можно послать ему такой сигнал, который заставит компьютер на борту перезагрузиться. Однако этот план привел только к тому, что сломалось еще несколько систем. В скором времени после разрядки аккумуляторов Galaxy 15 окончательно отключился. Когда же солнечные батареи зарядили спутник повторно, его компьютер перезапустился. Были восстановлены все системы, и аппарат еще двенадцать лет после этого проработал по назначению, превысив заявленный срок службы.

Радиолюбительский спутник AMSAT-OSCAR7, проработав пять с половиной лет, тоже вышел из строя, а потом ожил. После короткого замыкания в аккумуляторе он перестал выходить на связь. Орбита спутника была такова, что в определенный момент он на долгое время зашел в тень Земли и его аккумуляторы перестали заряжаться. Не получая энергию, они быстро разрядились. Системы связи отключились от аккумулятора и подключились напрямую к солнечным батареям. Когда спутник вышел из тени, он продолжил работать как ни в чем ни бывало. Однако к тому времени головной разработчик уже не следил за аппаратом, посчитав его утерянным. А вот антиправительственные подпольные организации в Польше решили этой ситуацией воспользоваться и приспособили официально мертвый, но еще функционирующий спутник для своих целей. С помощью радиолюбительской связи группировка «Боевая солидарность» передавала сообщения своим активистам в разных городах. Телефоны прослушивались, а про спутник правительство и не подумало.

Радио в космонавтике используется не только для общения, но и для управления. Инженеры занимались прежде всего системами управления для ракет. Во время тестирования ракет Р-1 в 1949 году было четыре не очень удачных старта, когда ракеты заметно промахивались мимо цели. Тут сыграла свою роль ионосфера. Ученые стали указывать именно на ионы в атмосфере и их влияние на радиокоманды. Однако выяснилось, что это была не главная причина. При вертикальных пусках, пока работал двигатель, информация с ракеты практически не поступала или шла со сбоями. Как только двигатель выключался, устанавливалась надежная связь, особенно в десятисантиметровом диапазоне. Дело было в двигателе, а вернее, в факеле горящего топлива. Температура горения была такой, что атомы газов – как атмосферы, так и топлива – разрушались на отдельные заряженные элементарные частицы. Получалась плазма, которая влияла на радиокоманды, создавала шум и как следствие снижала точность. Особенно сложно было, если радиоволны шли вслед за ракетой. Для лучшего контроля требовались рабочие радиостанции впереди или хотя бы вдоль курса полета. В итоге на каждом полигоне необходимы были три наземных пункта радиоуправления. Два из них должны были располагаться симметрично по обе стороны от места старта на расстоянии от 150 до 250 км, а третий должен был быть удален на 300–500 км. Это условие привело к тому, что космодром Байконур строился в обширных казахстанских степях со сложным и неприятным климатом. Правда, уже через пять лет инженеры приняли решение вообще отказаться от радиоуправления в первые минуты полета.

На орбите другое дело. В прошлой главе «Давление» описывался случай разгерметизации модуля «Спектр» орбитального комплекса «Мир» в результате столкновения с грузовым кораблем «Прогресс М-34». Причиной аварии стала неверная работа системы дистанционного управления. На борту грузового корабля была установлена телекамера и система управления по радиокомандам. А на борту «Мира» был смонтирован ранее привезенный пульт дистанционного управления. Система получила имя ТОРУ (телеоператорный режим управления). В качестве эксперимента космонавты Василий Циблиев и Александр Лазуткин для проверки эффективности попробовали совершить стыковку корабля «Прогресс М-33». Прилетевший ранее грузовик отстыковали от станции и отключили автоматические системы. Вот только на экране ТОРУ космонавты никакого изображения, кроме помех, не увидели. Это был полет вслепую. О стыковке речи уже не было, и теперь встал вопрос, как отвести корабль подальше, чтобы он не столкнулся со станцией. Одно неловкое движение – и могло произойти столкновение. На этот раз обошлось. «Прогресс М-33» прошел в 20 м от станции.

Вторая попытка была предпринята на следующем грузовом корабле «Прогресс М-34». На этот раз камера работала. После отстыковки автоматическая система была отключена. Чтобы не возникло помех, отключили всю систему, в том числе и датчики расстояния и скорости. Циблиев разместился за пультом и начал проводить повторную стыковку. Он аккуратно, постоянно притормаживая, старался держать стыковочный узел станции в центре экрана, но из-за инерции и причудливых законов орбитального движения это удавалось с трудом. Согласно ТОРУ, все шло неплохо, и до станции оставалось 24 метра. Тогда Лазуткин посмотрел в иллюминатор. В ожидаемом месте «Прогресса» не было, а был он уже метрах в двух от модуля «Спектр». Причем скорость его была больше, чем требуется. Лазуткин прокричал отвод. Тут в самый важный момент космонавт за пультом совершил неловкое движение, ручка управления дернулась. Корабль протаранил станцию и пробил ее корпус. После аварии на Земле все космонавты отряда попытались смоделировать ситуацию на тренажере, и был сделан вывод, что стыковку при работе ТОРУ в условиях, которые сложились при полете «Прогресс М-34», осуществить было практически нереально. Только двум самым опытным космонавтам удалось ее выполнить, и то со второй попытки. В дальнейшем от телеоператорного режима инженеры отказались вовсе.

Радиоволны помогают в отслеживании космических кораблей. Технология радиолокации позволяет измерять расстояние до объекта по отраженной от объекта радиоволне. Так, например, произошло во время первого полета на Луну автоматической станции. У «Луны-1» возникли проблемы с радиослежением – взошло Солнце. Наше светило излучает не только свет, но и радиоволны, которые стали отражаться от ионосферы планеты во время восхода. Они явились причиной появления шума, и найти в нем отраженный от маленького шарика сигнал не удавалось. К слову сказать, подобный эффект был известен и раньше. Во времена Второй мировой войны, чтобы скрыться от радаров, авианалеты осуществлялись во время восхода солнца. На следующих миссиях для радиопередатчиков добавили дополнительный канал связи на частоте с низким коэффициентом отражения.

При старте американского корабля «Меркурий-Атлас-9» у радистов на Земле возникли проблемы с локатором. Его антенна показывала неверный угол поворота относительно горизонта. Угол направленности был очень большим. Без этого параметра невозможно было определить высоту корабля. Пока радар настраивали, заглох дизельный двигатель, отводящий колонну, на которой работает персонал для подготовки ракеты-носителя к старту. Когда инженеры проводили починку в радиолокаторе, вышел из строя преобразователь данных. Усилитель мощности в нем не работал из-за отказов тефлоновых колец, поэтому слабые колебания и изменения частоты и фазы радиоволны было не различить. Починить устройство так и не удалось, и инженеры решили воспользоваться запасным усилителем. Старт откладывался несколько раз, и в ожидании астронавт Гордон Купер решил вздремнуть в корабле и заснул очень крепко. Полтора часа сотрудники космодрома мучились и в итоге решили перенести старт на сутки, а астронавт тем временем продолжал спать. Его никто не разбудил. Шесть часов Купер провел в сладкой дреме внутри ракеты-носителя. После этого он проснулся и как ни в чем не бывало спокойно пошел на рыбалку. Выдержке астронавта можно только позавидовать. На следующий день старт был осуществлен.

Радиоволны использовались и для стыковки космических аппаратов. Узконаправленная параболическая антенна-тарелка позволяет сконцентрировать радиоволну и заставить ее двигаться в виде луча по прямой линии. На одном корабле такая антенна испускает сигнал, на другом – принимает. Если луч от первого аппарата не направлен во второй, значит, корабли не на одной линии, а это в свою очередь означает, что автоматической системе нужно выдать команду на изменение траектории. Так называемый радиозахват позволяет без участия человека проводить маневры сближения и стыковки. В миссию кораблей «Союз-7» и «Союз-8» входила стыковка, но когда космические аппараты сблизились, радиозахвата не произошло. На борту находились космонавты, и они могли взять управление в свои руки, но оказалось, что для ручного процесса не хватает нескольких индикаторов. Не зная точных значений скорости и расстояния, экипажи не могли выполнять маневры.

Другой случай произошел во время полета «Союза Т-8». В его ходе не до конца раскрылась антенна. В неверном положении она привела бы не к стыковке со станцией, а к столкновению с ней. Причем в ручном режиме тоже ничего сделать было нельзя, так как та же антенна выполняла функцию радара и отвечала за определение расстояния и угол отклонения. Владимир Титов, Геннадий Стрекалов и Александр Серебров вернулись на Землю ни с чем.

Виктор Афанасьев и Муса Манаров выходили в открытый космос с борта станции «Мир» и немного погнули антенну. Только этого никто не заметил. Теперь радиолуч был направлен не туда, куда надо, а вся система давала ложные команды на сближение. Первая после выхода в открытый космос стыковка должна была произойти с грузовым кораблем «Прогресс М-7». Но когда пришло время, корабль стал вилять. Первая мысль инженеров – неправильно распределили массу корабля. Были сделаны корректировки, но и вторая попытка сорвалась, причем «Прогресс» чуть не врезался в станцию. На контрольных видеокадрах обнаружилось, что проблема не в корабле, а в антенне. Затем выяснилось, что параболическая тарелка, которая направляет сигнал, вообще отлетела. Космонавты произвели ремонт, и некоторое время проблем со стыковкой не было.

На земле с отработкой системы сближения и стыковки «Игла» и «Курс» тоже были сложности. Радиоволна отражалась от корпуса корабля, и антенна иногда принимала сигнал с другой стороны. Эту проблему отлавливали во время испытаний. Однако попытка стыковки корабля «Союз-23» со станцией «Салют-5» не удалась. Система стыковки «Игла» выдавала разные данные. Автоматика показывала, что станция то близко, то далеко. Двигатель при этом тратил топливо то на разгон, то на торможение. Так как в это время космонавты Валерий Рождественский и Вячеслав Зудов станцию не видели, то не смогли обнаружить проблему. Когда проблема была найдена наземными службами по данным с радаров, топлива в корабле осталось мало, и было принято решение прекратить попытки стыковки и вернуть космонавтов на Землю. Сам главный конструктор комплекса «Игла» А. Н. Мнацаканян на одном из заседаний комиссии выдал фразу: «Дальнейшее использование “Иглы” смерти подобно. Надо быстрее внедрять “Курс”». Он хотел таким образом ускорить процесс создания новой системы «Курс». Однако руководители вместо того, чтобы снять с производства «Иглу», сняли с должности Мнацаканяна. Дело в том, что «Игла» уже была заявлена как система сближения и стыковки для следующих десяти кораблей, новой системы на замену нет, а станции, космонавты и научные программы не ждут. Уже другой конструктор, О. Н. Шишкин, продолжил дорабатывать «Иглу». «Курс» появился только через десять лет, в 1986 году.

Радиоволны помогают определять местоположение не только космических аппаратов на орбите. С их помощью люди на Земле тоже могут «найти себя». Этим занимаются спутники навигации. Четыре спутника определяют время, за которое радиоволна пройдет от приемника у пользователя на Земле до аппарата на орбите. Если умножить время на скорость света, получится расстояние. Зная расстояния до спутников, положение которых также известно благодаря обратному исследованию на выбранных опорных пунктах, можно установить координаты.

Хотя ионосфера раньше мешала космическим кораблям, но серьезных проблем не доставляла, то в данном случае она создавала большие трудности. Дело в том, что скорость света очень большая (~300 000 км/с), и если ошибиться во времени даже немного, то ошибка в расстоянии будет огромной. Первые три спутника навигационной системы «Циклон» («Космос-192», «Космос-220», «Космос-292») тестировались в 1969 году, тогда ошибка составляла 3 км. Правда, главной причиной была неверная информация о реальных координатах спутника, которые определяются теми же методами. Чтобы учитывать то влияние, которое оказывает атмосфера и ее слои на прохождение радиосигнала, использовалось и используется минимум два передатчика на разных частотах. Только теперь они нужны не для дублирования, а для расчетов. По разнице в скорости прохождения сигнала и по разнице угла его преломления можно рассчитать параметры атмосферы и внести поправки в координаты.

С определением координат спутника ученые тоже поработали. Новая система учитывает не только положение спутников относительно опорных пунктов, но и положение Земли в пространстве. Земля вращается неравномерно, есть приливы и отливы, есть прецессия и нутация, есть движение полюса и еще с десяток эффектов, меняющих положение планеты в пространстве. Хотя они и слабые, но для повышения точности нужно учитывать их тоже. Тогда на помощь пришла астрономия. В 1960-х годах ученые стали открывать интересные объекты – квазары. Это удаленные на немыслимое расстояние объекты, которые излучают радиоволны. Ближайший находится примерно в 23 084 182 000 000 000 000 000 км. На таком расстоянии, даже если квазар и двигается, на небе Земли это совершенно незаметно. С помощью радиосигналов от этих объектов астрономы определяют точное положение их в пространстве и на их основе создают опорную систему координат. Это увеличило точность навигационных спутников в разы.

Первая американская навигационная система Transit допускала ошибку в 200 метров, однако спутники этой серии использовали не только время прохождения сигнала, но и эффект Доплера. Это эффект изменения длины волны в зависимости от скорости передвижения. Когда источник сигнала и приемник движутся навстречу друг другу, то длина волны этого сигнала уменьшается, а частота увеличивается. Если волна распространяется между удаляющимися объектами, то она как бы растягивается, становится больше. Частота при этом уменьшается. Это легко наблюдать, вернее, слышать, когда гудит поезд. Если он едет на нас, то звук выше, а когда от нас, то ниже. Так как точки на Земле двигаются с разными скоростями, то, определив скорость по эффекту Доплера, можно уточнить координаты местоположения. Метод требовал сложных вычислений, так как надо было понимать, как относительно любой точки на Земле двигается спутник и какая у него должна быть относительная скорость. Тем не менее собранный для этой цели новый компьютер с задачей справлялся. Однако оставалась проблема: если приемник на Земле не стоит, а перемещается, то метод оказывался полностью бесполезен.

Современная российская система ГЛОНАСС точнее, но и она может сбоить. Как, например, в 2018 году из-за аварийного отключения электроэнергии на одном из наземных пунктов. На борт спутника не поступали его координаты, а без них информация о расстоянии бессмысленна.

Следующая после Transit американская навигационная спутниковая система, известная как GPS, эффект Доплера не использует. Изначально GPS использовалась только военными для наведения на цель или определения курса. Однако в 1983 году случилась трагедия, которая все изменила. Самолет Boing 747 летел из города Анкоридж на Аляске в Сеул в направлении, указанном радиомаяком. Экипаж включил автопилот, который стал следовать по магнитному курсу. Однако получившаяся прямая траектория проходила вглубь территории СССР, а у самолета не было разрешения входить в воздушное пространство другого государства помимо Южной Кореи, США и Японии. Система навигации самолета проблем не выдавала. Масла в огонь подлил разведывательный самолет США Boeing RC-135, который на радаре выглядит так же, как пассажирский самолет. Шпион курсировал вдоль границ СССР и пересекся с Boing 747. На радаре это выглядело как две сошедшиеся в одном месте точки, которые затем разошлись. Для перехвата самолета-разведчика, который начал пролетать над базой советских подводных лодок, в воздух был поднят истребитель Су-15. На запросы иностранный самолет не отвечал и с курса не сходил даже после предупредительных выстрелов. Тогда была отдана команда сбить противника. Но только этим противником оказался гражданский самолет. Разразился международный скандал огромного масштаба с обвинениями СССР во всех смертных грехах. И все же финансовая компенсация была востребована не с СССР, а с компании-перевозчика, чьи пилоты доверились технике и не выполнили, согласно официальному расследованию, полетных инструкций. Президент США после этого отдал приказ на внедрение технологий GPS в гражданскую сферу, чтобы координаты определялись точнее и чтобы такие ситуации не повторялись.

Однако военные оставили лазейку и могли при необходимости уменьшить точность для пользователей. Это было сделано на всякий случай, чтобы систему никто не использовал против ее создателей. Лазейкой воспользовались в 1999 году во время событий в Югославии, в 2011 году – в Ливии и в 2008 году – в Южной Осетии.

Когда возник конфликт между Грузией и Южной Осетией, российская система ГЛОНАСС не имела глобального покрытия и не могла функционировать в полной мере. Южная Осетия и союзные войска использовали GPS. Когда ее отключили, вместе с ней стала отключаться и система наведения. По некоторым данным три самолета было сбито из-за проблем с навигацией. Эта ситуация вынудила в ускоренном порядке дорабатывать и вводить в эксплуатацию ГЛОНАСС.

Во время гражданской войны в Ливии руководство страны ввело загрубление данных как раз наоборот – для военных из стран НАТО. Оказалось, что многие солдаты выкладывали в социальные сети фотографии со своих мобильных телефонов, к которым была привязана геолокация. И средства медиа активно освещали ситуацию, тоже показывая координаты GPS. Вероятно, этой открытой информацией вторая сторона конфликта активно пользовалась. Также возможно, что имело место прослушивание радиоканалов сил НАТО. Как со связью, так и с сигналами навигации: если подобрать нужную частоту, к каналам можно подключаться, прослушивать или даже посылать на спутники сбивающие радиосигналы. Для защиты радиолинии используются кодирующие последовательности. Если попытаться встроить в них свой сигнал, не зная шифра, система это заметит. Другое дело – мощный сигнал в виде шума. Например, если два человека разговаривают одновременно на разных языках, то, зная один из них, можно понять говорящего на нем и не слушать второго. Если же второй будет кричать громче, то разобрать не получится ничего. В 2011 году с территории КНДР начал транслироваться сильный радиосигнал. Он заглушил систему GPS, и та перестала работать не только над Северной, но и над Южной Кореей. Почти за два года подобных действий около 16 тысяч самолетов потеряли навигацию. К катастрофам это, к счастью, не привело.

Многие ученые для повышения точности хотели бы перейти к более коротким электромагнитным волнам.

Сначала все хорошо умели работать только с системами метрового диапазона. Эти волны прекрасно себя зарекомендовали в связи. Но чтобы правильно определить расстояние, например, для посадки на Луну, при изучении рельефа Венеры или для радаров спутников-шпионов, требуется более высокая точность, а значит, нужно использовать более короткие электромагнитные волны.

Ученые так воодушевились, что решили сделать большой скачок и перейти к видимому свету. Красный, желтый, зеленый и прочие цвета – воспринимаемое глазом излучение, как и радио, тоже представляет собой электромагнитные волны, но очень короткие.

В 60-е годы, во время расцвета космонавтики, происходило и бурное развитие лазеров, которые работают в оптическом диапазоне. Почти сразу в космических НИИ появились отделы, которые приступили к разработке методов применения новой технологии.

Во время первой демонстрации рубинового лазера Главному конструктору, желая показать возможность работы прибора, инженеры переборщили. Они выкрутили до конца напряжение зарядного устройства, и вместо яркого лазерного луча получили эффектный взрыв перегретой лампы накачки. Тогда это перспективное направление только зарождалось, а сейчас лазерные системы связи активно применяются и неплохо себя показывают. Правда, самые успешные аппараты стоят на Марсе. Там атмосфера тоньше, чем на Земле. На нашей планете тоже проводятся эксперименты с лазерной связью, но пока у нее есть большой недостаток. В пасмурные дни ничего не выходит. Сообщения теряются в облаках, отражаясь или рассеиваясь.

В конце главы хотелось бы показать, как трудности можно превращать в преимущество. С помощью эффекта Доплера метеорологические спутники определяют скорость ветра. Отраженный от воздушных потоков радиосигнал будет менять частоту в зависимости от скорости ветра в изучаемом слое атмосферы.

Также метод определения координат с помощью эффекта Доплера сейчас используют спутники «Коспас-Сараст» для обнаружения аварийных радиомаяков.

Радиоизлучение поглощается и сигнал не проходит? И это тоже можно использовать для изучения концентрации атомов вещества, что поглощает излучение. Например, волны микроволнового диапазона помогают изучать влажность атмосферы и облачность. Вода как в микроволновке, так и в атмосфере Земли поглощает энергию излучения и при этом нагревается. Если приемное устройство на Земле сможет оценить, как много энергии поглотилось, можно узнать, как много воды было между спутником и устройством.

Температуру планеты спутники тоже могут измерять благодаря электромагнитным волнам инфракрасного диапазона. Длины этих волн еще меньше, чем у видимого излучения. Все предметы имеют излучение, и чем предмет горячее, тем более короткая у него волна.

Отраженные от поверхности Земли радиоволны при проведении локации могут дать очень много информации об особенностях поверхности. Легко можно обнаружить айсберги и торосы в морях и океанах. Гладкие поверхности отражают волны лучше шероховатых, и потому можно определять породы и свойства грунта. Металлы и соли в почве также видны на радарных снимках. Собственно, металлические самолеты, корабли и танки – главные цели локации, и другие металлические объекты обнаружить несложно. По результатам радиолокации можно даже определить уровень зрелости пшеницы на полях. Возможности огромны.

Глава 7
Логика работы и автоматика

Срубил Иван Царевич Змею Горынычу 256 голов – и умер змей. Потому что был он восьмибитным.

Анекдот

Неудача, связанная с логикой работы ракеты, произошла при первой же попытке ее запустить. Это было еще в далеком 1933 году. Тогда на полигоне установили ракету «Гирд-09». Она была заправлена и готова. Инженеры дали команду на пуск, топливо пошло в двигатель. Но ракета не взлетела, и у нее раскрылся парашют. Оказалось, механик не заметил, что электрический контакт свечи зажигания касался корпуса. Система запуска двигателя просто не получила электрический разряд в качестве команды. Парашют сработал верно, как по часам.

При разработке первой зенитной ракеты ЗУР-205 возникла похожая проблема с двигателем и его электрической схемой. В трубопроводах имелись клапаны, которые должны были открываться в определенной последовательности. При подаче электрического тока на пиропатрон в клапане тот взрывался и открывал дорогу топливу и окислителю или газу для наддува. Но почти каждый раз один клапан открывался, а остальные нет, или открывалось несколько клапанов, но в случайном порядке. Проблема была в схеме подключения проводов. В качестве контакта, на который подавался минус, использовался сам корпус ракеты, а для плюса использовался провод. Такая схема имеет название однопроводная. Хотя материалов для соединения элементов электрической цепи она требует меньше, что для ракет важно, но надежность у нее невысокая. Любой случайный контакт с корпусом – и цепь замыкается, возникает короткое замыкание. Правда, электрики предприятия сразу этого не поняли, и чтобы узнать, в чем проблема, пришлось собрать совещание чуть ли не со всеми главными конструкторами и министром вооружения СССР. Во время разбирательства возникла идея внедрить двухпроводную схему. Хотя реализация данного предложения заняла бы очень много времени и привела к срыву установленных сроков, Министр дал на это разрешение. Через два месяца ЗУР-205 стала работоспособной. В двухпроводной схеме к каждому клапану подходили два изолированных провода: плюс и минус. Мелочь, но надежность выросла в разы.

Трагичный пример упрямства и чрезмерной уверенности в своей правоте связан с самой массовой в СССР ракетой шахтного базирования УР-100. Она являлась основой ядерного щита СССР с 1966 по 1972 годы, а ее современные модификации стоят на вооружении и сейчас.

УР-100 размещалась в скрытой пусковой установке, взводилась и могла в готовом положении находиться на боевом дежурстве несколько лет. Военные иногда проводили технический осмотр ракет. В ходе одной из таких проверок в августе 1967 года включился двигатель второй ступени, он в свою очередь прожег топливный бак первой ступени, в котором воспламенилось топливо. Произошел взрыв. Никто не пострадал, кроме уверенности в надежности стратегического щита СССР. Причину включения нашли далеко не сразу, так как она была до банальности проста. Один из лейтенантов, который проводил подготовку ракеты, перепутал два одинаковых штепсельных разъема. Можно сказать, что он воткнул вилку не в ту розетку. Тут же во все части, где такая ракета была размещена, пришло предписание нанести маркеры на разъемы, чтобы исключить возможность их перепутывания. Однако почти сразу после этого произошел точно такой же инцидент. В ходе разбирательства выяснилось, что предписание в военной части получили, но один из офицеров стал утверждать, что указания не верны, и что даже если разъемы перепутать, ничего страшного не произойдет. Чтобы доказать свою точку зрения, он решил провести эксперимент, который закончился для него трагически. После этого на предприятии эту проблему решили раз и навсегда. Конструкторы изменили размер разъемов так, что перепутать их теперь было просто физически невозможно.

В первых ракетах и космических аппаратах система автоматики представляла собой последовательность электрических схем и аналоговых механизмов. Сложные расчеты на борту не проводились, а выполнялись на Земле и потом передавались по радиоканалу. В основе работы лежали механические часы и переключающие реле. С этими системами тоже были проблемы, причем даже во время первого полета человека в космос. Но началось все с перевеса. За три дня до старта Юрий Гагарин проходил контрольное взвешивание вместе с креслом. Оказалось, что космонавт тяжелее требуемого на 14 кг. Похудеть, конечно, за такое время космонавт не мог, и потому инженеры решили уменьшить массу корабля, сняв с него некоторые автоматические системы, которые требуются только для беспилотных полетов. При дальнейшем анализе оказалось, что специалисты срезали еще и несколько нужных датчиков, но, к счастью, они не пригодились в процессе полета. Когда же Гагарину пришла пора возвращаться на Землю, его немного подвели двигатели. Топливо кончилось на секунду раньше времени. Так как клапан двигателя залипал, часть горючего попала в полость, а не в камеру сгорания. В данном случае одна секунда много не решала, процесс посадки все равно осуществился, только космонавт по инерции пролетел чуть дальше. Однако для автоматики это было важно. Поскольку штатная программа (циклограмма) полета уже была не расчетной, все остальные команды на отделение отсеков и закрытие клапанов наддува не прошли. Это привело к разбалансировке и раскрутке корабля, а также последующим проблемам, ранее описанным в главе о статике.

Инженеры исправили ситуацию с клапанами и добавили автоматическую систему, которая фиксирует время залипания клапанов. Если оно превышает 100 мс, закрывается подача топлива. Это время было выбрано, так как, согласно наземным экспериментам, время ответа на команды в вакууме не больше 80 мс. Правда, в полете корабля «Восход-2» обнаружилось, что это время ошибочно. Космонавты Павел Беляев и Алексей Леонов также собирались возвращаться на Землю после сопряженной с ошибками, но успешной миссии и запустили процесс автоматической ориентации корабля. Он начался, но практически сразу прекратился. Оказалось, что для маневра требовалось включить два двигателя. У одного задержка клапана составляла 40 мс, а у другого – 80 мс. Для автоматики эти данные сложились. Так как время получилось более 100 мс (120 мс), согласно логике своей работы система дала команду на отключение подачи топлива, без которого ориентация прекратилась. Космонавты взяли управление на себя. Чтобы не свалиться кому-нибудь на голову, так как прицеливались «на глаз», Беляев и Леонов выбрали для посадки глухую тайгу.

Они успешно сели недалеко от города Березники в Пермском крае. У места посадки оказалась и своя неприятная особенность – в лесу сложно искать космонавтов, да и эвакуировать их оттуда непросто. Героев нашли только через несколько часов, а у них не было теплой одежды (температура воздуха тем временем составляла –5 °C). А эвакуировали космонавтов только через два дня, когда была вырублена просека, чтобы смог сесть вертолет.

При стыковке станции «Салют» и корабля «Союз-10» тоже возникла проблема из-за жесткой и фиксированной последовательности действий. В процессе стыковки специальный штырь в передней части корабля выдвигается и входит в конус на станции, как вилка в розетку. Затем защелкивается захват штыря, чтобы создать единую связку. Далее специальный механизм по направляющей на штанге стягивает и прижимает обода стыковочных узлов плотно друг к другу. На них есть контакты для электрического соединения и прочные замки для механической фиксации. В случае «Союза-10» весь процесс дошел до стягивания. Вероятно, во время этого процесса включились боковые двигатели системы ориентации, которые согласно логике программы продолжали работать даже после связывания. Это была первая ошибка. Резкое ускорение привело к движению корабля в сторону. Так как штырь был уже закреплен, то он не давал кораблю сдвинуться. Поскольку полной фиксации не было, «Союз-10» все же начал раскачиваться на штыре. От этого металл штанги погнулся и теперь не давал плотно соединиться и закрепиться. Что же, раз стыковка не прошла, программа не выполнена и надо возвращать космонавтов на Землю. Вот только освободить корабль из «пасти» станции оказалось не так просто. Команда на отсоединение запускала механизм, который представлял собой обратный порядок действий, то есть сначала разделялись механические замки, затем электрические контакты и так далее. В случае «Союза-10» они и так соединены не были. Начать расстыковку с середины процесса было невозможно ни с помощью автоматики, ни вручную. Можно было отделить часть стыковочного узла «Союза» и таким образом освободиться, но в таком случае стыковочный узел «Салюта» больше использовать было нельзя, так как в нем остались бы части корабля. Космонавтам В. А. Шаталову, А. В. Елисееву и Н. Н. Рукавишникову были даны инструкции, как закоротить схему, чтобы раскрылся замок. Также с Земли давали радиокоманды на борт станции, чтобы она «отпустила» корабль. Что именно из этого помогло, неясно, но расстыковка все-таки произошла. По результатам полета инженеры сделали несколько исправлений: двигатели теперь отключались после начала стягивания, вручную можно было отдельно провести все операции по стыковке, и, наконец, основание штыря усилили, чтобы он мог выдерживать большие нагрузки.

Пожалуй, самой страшной катастрофой стала ошибка в работе программного токораспределителя. Этот прибор является основой автономной системы управления ракетой. Он представляет собой вал с кулачками, которые при вращении замыкают различные управляющие электрические цепи механизмов и агрегатов ракеты. По сути, этот механизм очень похож на часовой. Крутятся шестеренки, которые в определенный момент замыкают контакт, заставляя ту или иную систему включиться или выключиться.

На космодроме Байконур 24 октября 1960 года начались предстартовые операции во время испытаний баллистической ракеты Р-16. Руководители боевого расчета дали команду на запуск системы. Друг за другом начали происходить операции, последней из которых было включение двигателей. В данном случае использовался программный токораспределитель (ПТР) А-120. Но в нем имелись некоторые дефекты, поэтому часто происходили короткие замыкания. Плотность проводов в приборе была очень большой, и если внутрь что-то попадало, пусть даже просто пыль или пары воды, то система ложно срабатывала. Так и произошло в тот злополучный день. Баллистическую ракету вывезли на стартовую площадку и заправили топливом. В определенный момент, когда сработал пиропатрон для подачи окислителя, инженеры заметили срабатывание других пиропатронов, которые открывали доступ топлива в газогенератор другого двигателя. Оказалось, что от взрыва и воздействия едкого окислителя токораспределитель оплавился.

Программный токораспределитель

На проводах частично отделилась изоляция, и они стали задевать друг друга, несвоевременно замыкая цепи и запуская команды. Прибор требовал замены.

Чтобы уложиться в сроки, руководство решило не снимать токораспределитель, а отложить старт и сбросить систему на начало работы, а неверные команды выполнить вручную. Сливать топливо и отключать электропитание не стали.

Как и часы, токораспределитель не мог идти назад, поэтому, чтобы установить его параметры на начало, инженерам требовалось прогнать прибор по всему циклу заложенных в него последовательных команд. Так как электрические цепи работали, когда токораспределитель дал команду на включение двигателя второй ступени, он включился, как и было положено. Пламя от него прожгло бак с топливом первой ступени, и начался сильнейший пожар. Самовоспламеняющееся топливо, растекаясь от ракеты с большой скоростью, мгновенно начинало гореть. В это время на стартовой площадке было около 120 человек, и далеко не всем удалось скрыться от адского пламени. Среди погибших был главный маршал артиллерии Митрофан Иванович Неделин, присутствовавший на старте, поэтому этот трагический случай иногда называют «неделинской катастрофой».

После этого была проведена огромная работа над ошибками. В первую очередь руководители космических запусков запретили работать на заправленной ракете. Топливо должно быть слито. Токораспределитель доработали, а также были усовершенствованы системы отключения питания при коротких замыканиях (проще говоря, предохранители).

Тем не менее это не давало гарантий того, что не возникнут новые ошибки. 11 февраля 1985 года на долговременной орбитальной станции «Салют-7» произошел скачок напряжения первого комплекта передатчика системы дальней радиосвязи. Он был автоматически отключен от питания. По сути, механизм похож на выбивание пробки в электрическом щитке. В дело вступил второй (резервный) комплект. На стации в это время космонавтов не было, но полет продолжился. На Земле в Центре управления полетами специалисты заметили отказ, но дело было в конце рабочей смены, поэтому предпринимать ничего не стали, а только передали информацию заступившим на службу коллегам. Те, в свою очередь, вместо того чтобы разобраться, в чем дело, решили включить основной комплект. Это было нарушением инструкции, согласно которой на это сначала должен был дать добро специалист по токовой защите – космический электрик.

Логика операторов ЦУПа была проста: если проблема несерьезная, то передатчик запустится и продолжит работу; если же проблема не решалась сама собой, то «пробки» сработают еще раз. Это решение привело к катастрофическим последствиям. Сразу возникло короткое замыкание, но бортовая автоматика повторно не отключила неисправный передатчик. Из-за резкого возрастания тока потребления начали перегорать соседние системы. Это было похоже на то, что происходит, когда дома одновременно работают утюг, микроволновка, чайник, компьютер, телевизор, вентилятор, телефон и еще с десяток приборов. Первой закоротило систему связи. Ток свыше 100 ампер не только выводил из строя приборы, но и быстро разрядил аккумуляторы. Без энергии оказались резервные передатчики всех систем связи и, вероятно, целый ряд систем жизнеобеспечения. Правда, что конкретно вышло из строя, узнать было нельзя.

Систему связи починить было несложно, но только при наличии человека на борту. Тогда в СССР началась подготовка амбициозной операции по спасению «мертвой станции». Экипаж корабля «Союз Т-13» в составе Владимира Джанибекова и Виктора Савиных должен был, во-первых, в ручном режиме состыковаться с неуправляемым вращающимся объектом в космосе, и во-вторых, заменить на борту станции радиопередатчик и подключить дешифратор, а также шагнуть в неизвестность и попробовать починить то, что могло быть сломано. Пожалуй, это была самая сложная задача в истории космонавтики, поставленная экипажу еще до старта. Тем не менее космонавты с ней справились блестяще, хотя дополнительно выяснилось, что на «Салюте-7» не работали вентиляторы, была разгерметизирована система водоснабжения, температура упала ниже нуля. А риск короткого замыкания и пожара был просто колоссальным – особенно когда космонавтам удалось нормализовать температуру и начал таять иней, которым покрылась вся станция. Хотя станция ожила, проработать долго ей было не суждено.

Другая долговременная орбитальная станция (ДОС № 3), которая получила имя «Космос-557», вышла из строя уже на первом витке вокруг Земли из-за неверной логики работы системы ориентации. Три двигателя должны создавать тягу в разных направлениях и тем самым разворачивать космический аппарат по трем осям. К ним подключается датчик ориентации, который дает команду разворачиваться в конкретную сторону. Например, инфракрасная вертикаль регистрирует тепло Земли. Если тепловое излучение планеты – с правой стороны от датчика, тот дает команду двигателям повернуть всю конструкцию направо, если Земля слева, то, соответственно, нужно поворачивать налево. В случае «Космоса-557» для определения положения Земли датчик использовал движение ионов в атмосфере и давал команду не одному двигателю, а сразу трем. От двигателей тоже шли ионы, которые датчик воспринимал неправильно и думал, что Земля находится не там, где она был на самом деле. Прибор был рассчитан для работы с помехами только от одного двигателя. Соответственно, он снова давал команду двигателям, и те разворачивали станцию. И опять ситуация повторилась. По словам Б. Е. Чертока, «Процесс напоминал поведение собаки, которая вертится, пытаясь поймать собственный хвост». На станции слежения это заметили, но, как назло, в кабинете специалистов был выключен телефон. Когда до руководителей полета дошла информация, уже было невозможно отключить работу системы ориентации, так как станция ушла из зоны радиовидимости. Когда с «Космосом-557» снова можно было выйти на связь, станция стала бесполезна, так как двигатели исчерпали топливо. Позже логика работы всей системы ориентации была переделана, а потом от ионных датчиков и вовсе отказались.

Еще одна такая же станция, получившая имя «Салют-3», была выведена на орбиту, но предполагаемая стыковка с ней космического корабля «Союз-15» не удалась также из-за автоматики. На этот раз система стыковки «Игла» неправильно воспринимала расстояние. Когда до станции было 350 м, автоматика решила, что расстояние равно 20 км. Как раз с такого расстояния режим работы должен переключаться на стыковку по методу параллельного наведения. Космонавты включили «Иглу», когда дистанция была намного меньше. Автоматика подумала, что станцию необходимо догонять, и включила двигатели на максимум. И с большой относительной скоростью корабль пролетел мимо «Салюта-3». По счастливому стечению обстоятельств аппараты не столкнулись. Космонавты Геннадий Сарафанов и Лев Дёмин не сразу сообразили, что произошло. Они развернули корабль и дали автоматике еще одну попытку. Результат был тот же – «Салют-3» и «Союз-15» с большой скоростью пролетели мимо друг друга, чуть не столкнувшись. Космонавты еще раз развернули корабль, и третья попытка тоже провалилась. Топлива на четвертую попытку или стыковку в ручном режиме уже не было. Космонавты вернулись на Землю, даже не подлетев к месту своей миссии. Инженеры проблему в автоматике исправили, сохранив ручной контроль действий машины. Если бы космонавты сразу обратили внимание на проблему и отключили автоматику, провести стыковку в ручном режиме было бы несложно.

За ориентацию и положение кораблей и ракет в пространстве чаще всего отвечают специальные гироскопы. Если заставить вращаться такой предмет, то потом ось его вращения не будет менять свое положение в пространстве. За это отвечает закон сохранения момента импульса. Этот эффект легко пронаблюдать у вращающейся юлы и у Земли. Ось волчка направлена вверх, а ось нашей планеты – на Полярную звезду. Времена года, положения звезд, Солнца и Луны меняются, люди учатся, создают семьи, меняют адреса, а ось смотрит на Полярную звезду. Вращающийся волчок тоже как планета. Его ось будет всегда направлена на его собственную Полярную звезду, а какую конкретно – можно выбрать, раскрутив его в нужном направлении. Если взять волчок в ракету, то, взглянув на ось его вращения, мы сразу поймем, где наша точка отсчета (Полярная звезда) и в каком положении относительно нее находится ракета, как бы она ни кувыркалась. Собственно, так работает простейший гироскоп.

Даже если на вращающееся тело действует некая сила, например сила тяготения, то ось начинает двигаться, но не абы как, а особым образом по кругу. Это движение называется прецессией, и ее тоже можно использовать для ориентации и навигации. С этим прибором связана ошибка первого срабатывания системы аварийного спасения (САС).

В систему входят датчики, двигательная установка и парашюты для посадки. Датчики регистрируют аномальное поведение ракеты-носителя, а двигательная установка, подобно катапульте, в случае угрозы отбрасывает спускаемый аппарат с космонавтами от ракеты-носителя. САС – важнейшая и необходимая для безопасности космонавтов система, которая спасла три экипажа. Она срабатывает в случае ручного запуска, резкого повышения температуры или при сильном отклонении от курса (более 7°) – например, если ракета будет наклоняться на стартовом столе или крениться в полете. Но однажды эта система, наоборот, стала причиной аварии.

Двигательная установка САС

14 декабря 1966 года с космодрома Байконур предполагался запуск беспилотного корабля «Союз 7К-ОК № 1». Во время старта после команды «Зажигание» двигатели заработали, но не на полную мощность, и ракета оставалась неподвижной на пусковом столе. Было принято решение остановить запуск, и инженеры отключили двигательные установки. На стартовом комплексе возникло небольшое возгорание, которое довольно быстро потушили. Начался процесс слива топлива. Тем временем САС продолжала работать и фиксировать положение ракеты в пространстве. Приблизительно через полчаса вследствие естественного вращения Земли ракета (впрочем, как и сам космодром) поменяла свое положение в пространстве. Гироскоп САС воспринял это как отклонение от вертикали и заваливание ракеты и дал команду на срабатывание системы. Запустились реактивные двигатели, и пламя от их сопел вызвало возгорание верхней (третьей) ступени. Огонь быстро распространился до первой ступени, и в итоге ракета взорвалась. Сами спускаемый аппарат и бытовой отсек с помощью штатно отработавшей САС были подняты на высоту около километра, где произошло отделение спускаемого аппарата, который спустился на парашюте.

Еще одна ошибка из-за вращения Земли, точнее, из-за смены дня и ночи, произошла при посадке корабля «Союз ТМ-5» с советским космонавтом Владимиром Ляховым и космонавтом Афганистана Абдулом Ахадом Момандом на борту. Маневр ориентации проходил, когда космический аппарат пролетал над границей дня и ночи. Инфракрасный вертикал ищет Землю по ее инфракрасному тепловому излучению и дает двигателям команду развернуться к планете. Днем и ночью интенсивности излучения от планеты заметно различаются, и датчик дал бортовому вычислителю два различных показания среднего значения интенсивности излучения для определения уровня фона и помех. На саму ориентацию эти данные не влияли, но компьютерная программа был написана так, что она выдавала ошибку в случае получения любых сильно отличающихся друг от друга показаний. В итоге двигатель не включился вовремя, и по инерции корабль перелетел нужное место посадки (об этой проблеме данного полета подробнее рассказывается в главе «Орбиты, инерция и гравитация»). На Земле быстро написали новую временную последовательность для возвращения на Землю, но в программе была ошибка. Бортовой компьютер взял из памяти другую временную последовательность, сделанную еще для предыдущего корабля, но в данном случае она не работала. Космонавтам пришлось все делать вручную. Пока они возились, автоматика, посчитав, что уже идет непосредственно посадка в атмосфере, дала команду на запуск таймера, по завершении отсчета которого произойдет отделение приборно-агрегатного отсека с двигателем. Это могло стать концом. Если бы двигатель отделился, то космонавты никак не смогли бы вернуться на Землю, прежде чем у них бы кончился кислород для дыхания. С учетом того, что бытовой отсек с системой жизнеобеспечения был отделен еще до возникновения всех этих проблем, конец наступил бы очень быстро. Все же в корабле имелась система ручного отключения разделения. Ей командир корабля и воспользовался. Вернуться на Землю космонавты смогли, но только на следующие сутки после устранения всех ошибок в программе.

За многими системами ракет-носителей человек уследить не может. Ими управляют компьютеры. Пока вычислительные машины были большого размера, инженеры использовали радиосвязь. Датчики регистрировали состояние ракеты или космического корабля. Информация передавалась на Землю. Компьютер обрабатывал данные и отправлял команды на борт. Позже для лунных пилотируемых программ инженеры разработали небольшие компьютеры для космической техники – бортовые центральные вычислительные машины (БЦВМ).

В их работе тоже было много нештатных ситуаций. Одна из них стала известна как «самый дорогой дефис в истории». «Маринер-1» была грандиозной миссией, основной задачей которой должен был стать полет автоматического зонда к Венере. Для обеспечения надежности помимо ручного управления по радиосвязи с Земли имелось программное обеспечение на борту для контроля курса. Старт начинался согласно плану, но на третьей минуте полета аппарат потерял синхронизацию радиосигнала с Землей. Как раз на этот случай и был предусмотрен автоматический контроль траектории. На «Маринере-1» автоматика не работала, и отклонение от курса возрастало. Когда стало понятно, что компьютер не исправит положение, во избежание неуправляемого падения ракеты было принято решение ее взорвать. Промежуток времени, когда полет к Венере возможен, достаточно мал, так что нужно было быстро найти неисправность и устранить ее, чтобы следующий аппарат «Маринер-2» работал исправно. Ошибку искали интенсивно и достаточно быстро нашли, но не одну. Во-первых, антенна наведения оказалась недостаточно мощной. Прием сигнала был неустойчив и несколько раз прерывался. Программа на борту «Маринера-1» стала игнорировать команды, едва различимые среди шума или приходящие с опозданием. В программе корректировки, как оказалось, была опечатка. Писавший пропустил макрон, или надчеркивание. Этот символ отвечал за работу функции сглаживания при расчете траектории. Если отклонения ракеты-носителя от курса были небольшими, программа должна была их пропускать и не учитывать. У руля есть конкретный минимальный шаг поворота, и, соответственно, он может изменить траекторию на определенный угол. Если отклонение ракеты-носителя меньше, чем угол, на который ракета-носитель может повернуться, то исправление траектории не поможет, а может даже ухудшить ситуацию. Так и произошло. Без сглаживания, обозначаемого макроном, автоматика воспринимала нормальные небольшие отклонения как очень серьезные, что вызывало лишние поправки, которые сбивали ракету с курса еще больше. На «Маринере-2» эту ошибку исправили оперативно, и вторая попытка совершить полет на Венеру была успешной.

Еще одна ошибка имела место во время полета корабля «Аполлон-14». Эта миссия состоялась после сложнейшего аварийного полета «Аполлона-13», и потому ее готовили с удвоенной ответственностью. На борту имелась система экстренного возвращения, которая разворачивала корабль в сторону Земли при нажатии «кнопки паники». За полтора часа до расчетного включения двигателя для осуществления посадки астронавты приступили к плановой проверке бортового оборудования. Она показала, что в компьютер введена программа запуска аварийного прекращения посадки, как будто кнопка была нажата. Согласно этому коду, «Аполлон-14» должен был со всеми работающими системами пролететь мимо своей цели. Астронавты Алан Шепард, Стюарт Руса и Эдгар Митчелл сбросили команду.

Однако через некоторое время она снова была введена. Видимо, капелька припоя или мелкая деталь отвалилась и замыкала тумблер, которым эта программа вводится в компьютер. Обычный сброс в таком случае не сработает, так как закоротить может уже при посадке. Было бы очень обидно из-за этой ошибки после проделанной работы остаться ни с чем. Для решения проблемы программиста лунного модуля Дональда Айлза буквально вытащили из постели (было около 4 часов ночи по местному времени), и за оставшееся время нужно было написать и оттестировать патч, который позволил бы отключить аварийную систему при посадке с возможностью снова активировать ее позже. И еще должно было остаться время на отправку и ввод кода астронавтами. В итоге код был написан и состоял всего из нескольких строк. Астронавты записали код под диктовку во время сеанса радиосвязи и ввели в бортовой компьютер корабля.

За столь короткое время нельзя было переписать всю программу. Патч обманул систему, так что та решала, что аварийная отмена посадки уже началась и последовательность действий для разворота уже не требуется. Также патч реализовывал новые настройки, чтобы посадка могла продолжаться в штатном режиме. Правда, теперь если бы что-то пошло не так, аварийная программа не сработала бы. Астронавты должны были вручную контролировать тягу двигателя. В итоге все сработало, но только Алану Шепарду пришлось 61 раз нажимать на одну и ту же клавишу.

Частая проблема, с которой сталкиваются программисты-новички на Земле, – это переполнение. Когда в памяти хранится больше информации, чем она может вместить, программа аварийно завершает работу. Такую ошибку допускали и программисты космических систем. Так произошло на станции «Мир». Причин было несколько. Во-первых, еще во время подготовки программисты не успели настроить и испытать новый компьютер «Салют-5Б». Так как руководителям было важно запустить станцию к XXVII съезду КПСС, приняли решение использовать более старый компьютер от предыдущих станций, а новый доработать в процессе. Второй момент – к 1991 году базовому блоку станции было уже пять лет, а гарантийный срок станции составлял три года. В-третьих, к станции в это время летел новый модуль «Квант-2», и БЦВМ «Аргон-16» была занята еще и процессом сближения. В итоге память переполнилась, и силовые гироскопы, стабилизирующие комплекс, были отключены. Космонавты Викторенко и Серебров вручную стабилизировали станцию. Правда, стыковку все равно осуществить удалось не сразу. Только через пять дней к станции присоединился новый модуль. Чуть позже на борту появился и новый компьютер «Салют-5Б». Когда к станции подсоединились еще модули, он стал сбоить. Сложность станции росла быстрее, чем производительность и надежность ее БЦВМ. Особенно много проблем появилось после аварии блока «Спектр» (о ней подробнее рассказано в главе «Давление»). Тем не менее «Мир» на орбите проработал пятнадцать лет и в пять раз превысил заявленный срок службы.

Похожую проблему испытал корабль «Аполлон-11» во время первой в истории пилотируемой посадки на Луну. Уже у самой поверхности спутника командир Нил Армстронг доложил на Землю о выдаче компьютером ошибки и отключении вычислительной системы. Вручную с большой точностью контролировать тягу двигателя посадки было невозможно. Но на Земле астронавтам ответили, что можно продолжать ход миссии. Эта ошибка возникла из-за того, что Армстронг неверно задал работу радара, который раз за разом записывал информацию для расчетов в память компьютера.

Нужно понимать, что в 1969 году компьютеры, которые могли поместиться в лунный модуль, имели не очень большой объем данных. 36 864 слова влезало в постоянную память, и 2048 слов – в оперативную. Очень быстро записывать новые данные стало некуда, и компьютер их все стер и пошел на перезагрузку. Из постоянной памяти важные задачи были восстановлены, а радар начал работать в другом режиме. За 600 метров до посадки, почти у самой поверхности, когда скорость лунного модуля уже была относительно небольшой, после нескольких подряд ошибок переполнения Армстронг перестал доверять компьютеру и взял управление на себя. Посадка у него удалось, но на опасной грани: запаса топлива осталось меньше 5 %.

Если в прошлых случаях компьютер пасовал из-за того, что было много чисел, то в случае первого полета ракеты-носителя «Ариан-5» с четырьмя спутниками Cluster проблема заключалась в том, что число было одно, но слишком большое. Ошибка произошла из-за неожиданно сильного горизонтального смещения. Программное обеспечение и логика работы ракеты-носителя перешли по наследству от прошлой версии «Ариан-4». В них было заложено предельно возможное значение горизонтальной скорости ракеты. Для хранения этого значения в памяти выделялось 16 бит информации, то есть в памяти могли храниться 2 в 16 степени (или 65 536) значений. В данном случае это числа от –32 768 до +32 767. Однако «Ариан-5» была мощнее, и ее траектория полета отличалась от траектории полета предыдущей ракеты-носителя. Значение горизонтальной скорости ракеты-носителя оказалось больше 32 767. Это дало ошибку. Сложилась ситуация, которая возникает при очень большом пробеге автомобиля. Счетчик на панели может показывать максимальное число 9999, но когда машина проезжает 10 000 км, значение сбрасывается. Водитель видит, что пробег составляет всего 1 км. В случае с «Ариан-5» получилось невозможное число, которое привело к серьезным последствиям. Самое неприятное, что этот расчет для новой ракеты-носителя вообще не требовался. Если бы его не было вовсе, на полете это никак не сказалось бы. Однако устаревший программный код никто не удалил. Тем временем цепочка проблем была запущена. Приборы на борту регистрировали данные в формате 64-битных чисел, а бортовой компьютер работал с 16-битными числами. Проблема появилась во время конвертации. Программный модуль заметил ошибку в никому не нужном расчете и отключился. Резервный компьютер тоже наткнулся на невозможное число и, как и первый, прекратил работу. После этого двигатели стали получать хаотические команды развернуть ракету-носитель. Та потеряла балансировку и развалилась. Это была одна из самых дорогих по финансовым потерям авария.

Похожая проблема имела место во время старта ракеты-носителя «Союз-2.1б» с 19 спутниками в 2017 году. Только число было не огромное и в память компьютера вполне влезало, проблема в другом. Для начала рассмотрим детскую загадку. Медведь прошел на север 1 км, затем на юг 1 км, а потом на восток 1 км и оказался в том же месте, откуда стартовал. Какого цвета медведь? Ответ: белый, а ситуация произошла на Северном полюсе. При вращении и движении на сфере работают совершено иные математические принципы расчета, нежели при движении на плоскости. Это сложнейшая проблема, и она успешно решается автоматическим системами, но не в тот раз. Старт «Союза-2.1б» был первым с нового космодрома «Восточный». Ранее эти ракеты-носители уже неоднократно запускались с космодрома Байконур и прекрасно себя показывали. Программное обеспечение тестировалось и проверялось в течение двадцати лет. Однако ошибка при этом пуске возникла. Дело в том, что Восточный находится севернее Байконура. Угол, под которым ракета стартует относительно Земли, соответственно, тоже другой. При пуске с Байконура ракета-носитель должна так огибать Китай, чтобы ее ступени не падали на территории этого государства. При старте с Восточного это не требуется. В итоге после запуска разгонный блок вышел на опорную орбиту. Основным спутником в связке из 19 аппаратов был «Метеор-М» № 2–1. Его задачей являлись метеорологические наблюдения. Для этого спутнику требуется выйти на солнечно-синхронную околополярную орбиту – это орбита, при нахождении на которой спутник будет совершать целое число оборотов вокруг планеты за сутки, то есть через сутки возвращаться в то же положение относительно Земли и Солнца. При этом в каждом своем обороте «Метеор-М» № 2–1 должен был пролетать от полюса к полюсу. Условий много. Просуммировав все углы из базы данных, одна автоматическая система рассчитала, что для выхода на нужную орбиту аппарату нужно выполнить поворот на угол в 362°. Другая система, используя данные не из памяти, а от солнечных датчиков, определила, что после разворота на 2° можно начитать другие маневры. С точки зрения математики повороты на 362° и на 2° приведут в одно и то же положение, однако в первом случае требуется совершить целый лишний полный оборот (360°), без которого прекрасно можно обойтись во втором случае. После ориентации двигатель разгонного блока должен был включиться и отправить спутники на запланированную для них орбиту, но сделал он это, пока спутники еще не успели повернуться полностью. Разгонный блок зафиксировал необходимый угол в 2° и дал команду, но не учел, что связка еще продолжает вращаться. В результате неправильной ориентации маневр оказался не разгоняющим, а тормозящим (см. главу «Орбиты, инерция и гравитация»). Спутники полетели назад на Землю. В случае с космодромом Байконур эта ситуация была бы невозможной, так как он южнее и сумма углов не могла быть больше 360°. Поэтому ошибку не находили в течение двадцати лет. Да и в случае с Восточным инженеры тоже не сразу могли разобраться с проблемой. Если бы старт был в другое время года или в другое время суток, угол между Солнцем и выведенным спутником был бы иным и проблемы бы тоже не возникло.

Еще одна ошибка с неверно введенной информацией была допущена во время эксперимента по лазерной локации миссии шаттла «Дискавери 51-G». На корабле был установлен уголковый отражатель – своего рода зеркало. На наземной станции на горе Халеакала имелся мощный лазер. Луч света должен был пройти путь от него, отразиться от корабля и вернуться назад. Ученые могли определить время движения лазерного луча и, умножив его на скорость света и разделив пополам, вычислить расстояние до шаттла с очень высокой точностью. Однако шаттл должен был развернуться к горе так, чтобы ученые лазером могли попасть в зеркало. Он этого не сделал, так как в компьютер ввели неверную высоту обсерватории. Было загружено значение 9000, что, в общем-то, верно, если измерять в футах, но бортовой компьютер считал в морских милях (9000 футов = 2,743 км, 9000 миль = 16 668 км). Отражатель на шаттле был направлен в сторону космоса, а не в сторону вершины горы. В следующий раз ошибку астронавты исправили, и ученые смогли попасть лазером в шаттл.

Следующая ошибка тоже совершена человеком. В рамках миссии шаттла «Колумбия STS-87» планировалось запустить спутник Spartan-201. Это было сделано, но только во время подготовки астронавт Чаула Каплана забыла включить компьютер системы управления на борту аппарата. Чтобы исправить свою ошибку, она попробовала специальным манипулятором поймать спутник, пока он далеко не улетел. Однако здесь ждала еще одна ошибка. Программа роботизированной руки предполагала включение захвата только в определенном положении. Каплана запустила манипулятор преждевременно и вместо того чтобы поймать Spartan-201, она его толкнула. Тот раскрутился. Теперь аппарат не только невозможно было поймать, но он стал еще и представлять опасность для корабля. На время астронавты от него отлетели. Через несколько дней была разработана спасательная операция. У. Скотт и Т. Дои вышли в открытый космос и поймали спутник руками. Это оказалось несложно, так как аппарат угомонился и практически перестал вращаться за счет системы стабилизации, а в невесомости массу спутника в одну тонну можно легко удерживать. Однако возник вопрос, а что делать дальше? Астронавты почти час просто держали спутник в руках, пока не получили дальнейшие указания. Скотт позже пошутил: «Мне пришлось задержаться, чтобы прихватить спутник. Я буду дома к ужину». В итоге астронавты потратили на операцию времени в десять раз больше запланированного.

В космонавтике, разумеется, нужно все предусматривать и дублировать. Но, как говорится в пословице, у семи нянек дитя без глазу. Для первого полета шаттла «Колумбия» инженеры разработали систему с четырьмя компьютерами IBM AP-101, которые дублировали друг друга. Важный момент: все четыре работали по одной и той же схеме. У инженеров возникло опасение, что если в основе проектирования компьютеров была допущена ошибка, то они могут все выйти из строя. Было предложено простое решение – добавить пятый компьютер, работающий иначе, чем все остальные. Он должен будет взять управление в случае выдачи других команд от IBM AP-101. Вот только оказалось, что он как раз работает неправильно. В его программе с самого начала работы стояла функция задержки, которая не давала процессору перегружаться задачами. На остальных компьютерах такой задержки не было. Рассинхронизация по времени привела к рассинхронизации результатов расчетов. Поскольку результаты работы четырех основных БЦВМ отличались от результатов резервной, то все системы переключились именно на резервную вычислительную машину, которая работала медленно и неверно. Хорошо, что это обнаружилось еще во время подготовки. Проблема была в том, что задержка незначительная, но с каждой секундой полета она становилось бы больше. Во время предустановочных испытаний на стендах инженеры проблему не нашли, но благодаря длительным тестам ошибка успела накопиться и стать заметной за несколько часов до старта. Если бы программисты сбросили и перезапустили компьютер перед стартом, как это обычно и бывает, то ошибку обнаружили бы только после аварии. В данном случае единственной проблемой была задержка, которая привела к тому, что первый в истории старт шаттла выпал на 12 апреля, годовщину первого пилотируемого полета в космос. Исправление представляло собой схему голосования «три из пяти», то есть системы корабля будут работать от трех и более синхронизированных компьютеров.

Благодаря многократному дублированию о состоянии компьютеров в дальнейшем не переживали. В итоге почти в каждом полете шаттла один-два из пяти отказывали. Были случаи и на грани катастрофы. Например, перед стартом шаттла «Колумбия» для миссии STS-5 на космодроме прошел ливень. Все залило, в том числе и компьютер. Астронавты просушили систему, но, как потом оказалось, сильно это не помогло. Старт был проведен после полной замены вычислительной техники.

Шаттл «Колумбия» в миссии STS-83 вернулся раньше времени. Правда, основной причиной был не сам компьютер, а его батарейка. На корабле было три топливных элемента, вырабатывающих электроэнергию. Один из них забарахлил. Астронавты сняли с него напряжение во избежание взрыва. Но только без этого стали сыпаться вычислительные машины. Сначала в условиях низкого напряжения выключился кодовый модулятор. Он кодирует, шифрует и направляет данные от датчиков в компьютеры. Без него, сколько бы ЭВМ ни было, они все были бы бесполезны. На борту был запасной модулятор, но только один. Затем вышел из строя компьютер для экспериментов. Так как основная цель полета – это научные исследования, этот компьютер восстановили, но он через несколько часов снова вышел из строя. Тогда для экономии электроэнергии космонавты отключили практически все вплоть до света, но даже это проблемы не решило. Полет был прерван, так как если бы произошел еще один отказ, ситуация могла бы стать катастрофической.

В миссии STS-9 впервые использовалась научная лаборатория «Спейслэб». Она представляла собой огромный комплекс с научным оборудованием. Астронавты с удовольствием ринулись проводить новые интересные опыты. Устройство обработки сигналов для записи данных перегрелось и отключилось. Решили перепрограммировать компьютер, но сделали только хуже. Операционная система полностью вышла из строя. Чтобы ее восстановить, астронавтам пришлось удалить часть информации.

Глава 8
Топливо

Разве я позволил бы себе налить даме водки? Это чистый спирт!

М. А. Булгаков. Мастер и Маргарита

Основоположник теоретической космонавтики Константин Эдуардович Циолковский предлагал использовать химические двигатели, то есть устройства, использующие для разгона топлива химическую реакцию. Дав идею, Циолковский подробно не углублялся в изучение свойств и особенностей горения и детонаций. Его выводы были основаны на простых размышлениях. Первое – надо использовать жидкости или газы, чтобы было удобнее контролировать горение. Твердые соединения по типу пороха будут взрываться сразу, подачу топлива нельзя прекратить, увеличить или уменьшить. Однако, когда инженеры приступили к реализации замысла Циолковского, обнаружилось, что для перемещения топлива из баков в двигатель или по двигателю нужны дополнительные системы, насосы, трубопроводы и так далее.

Тогда первопроходцам космонавтики пришла идея совместить позитивные свойства твердых и жидких веществ и создать некую смесь. В жидкий бензин химики добавляли канифоль, которая делала горючее более густым. Получалось что-то вроде вязкого желе. И насосы не нужны, и вроде как топливо не твердое. Вторым веществом химической реакции горения стал жидкий охлажденный кислород. По мере нагревания в баке кислород испарялся и создавал давление, которое выталкивало жидкую составляющую в двигатель. Именно на этом топливе и была создана первая в СССР гибридная ракета «Гирд-09».

Правда, перед этим было много проб и ошибок. Так, например, у инженеров встал вопрос, как дать двигателю первую искру. Химики подсказали использовать медленногорящие вещества – стронций и хлористый калий. Пока они тлели, можно было проводить зажигание. По запросу представителям ГИРД (группа изучения реактивного движения, создатели первых советских ракет) выдали по полкилограмма и того, и другого. Первым делом инженеры смешали оба материала, добавили еще кое-что и заложили в камеру сгорания. Туда же засунули длинный бикфордов шнур. Все дело проходило в подвале обычного жилого дома на Садовой-Кудринской улице в Москве. Спрятавшись за укрытие, испытатели подожгли шнур и стали ждать. Прошла пара минут, а эффекта не было. Тогда один из инженеров со словами: «Ну, все потухло» вышел из укрытия, но не прошел даже нескольких шагов. Рвануло так, что сотрясся весь дом, выбиты были стекла и слетели со стен картины. Не зная того, инженеры соорудили самую настоящую бомбу. Долго не было реакции из-за длинного бикфордова шнура – до смеси искра дошла далеко не сразу. Если не считать легкого оглушения, никто не пострадал. Жители дома после этого забаррикадировали выход из подвала в надежде прекратить опасные эксперименты. Сергею Королёву пришлось потратить много сил, чтобы договорится с милицией и своими соседями. Другие испытания двигателей и ракет проводились уже на полигонах на открытом воздухе.

С кислородом тоже не все было гладко. Чтобы испарение происходило быстрее и чтобы давление было больше, баки нужно было делать из меди. Однако этот металл, хотя и хорошо проводит тепло, не является очень прочным. От переизбытка давления баки ракеты просто взрывались. У инженеров было два варианта: сделать более толстые стенки или взять другой материал. В целях облегчения ракеты был выбран второй вариант. Позже баки делались из авиационного дюралюминия. Это увеличило прочность, но двигатель сразу стал работать хуже, так как кислород в него поступал под меньшим давлением.

Конструкторам было непросто изучить эти особенности быстро. Все очень боялись концентрированного кислорода. Ходило много слухов о взрывоопасности этого газа при попадании в него органических материалов. Хотя слухи появились не на пустом месте, все-таки во всех этих историях фигурировал газ, а не доведенная до температуры –183 °C жидкость. Для начала химической реакции необходима была энергии или тепло, которого в случае с охлажденным кислородом не было. В какой-то момент после невыполненных экспериментов, когда еще оставался окислитель, инженеры начинали с ним «развлекаться». Например, клали цветок в эту страшно холодную жидкость, тот очень быстро замерзал и становился твердым. После этого растение можно было разбить как стеклянный бокал. Такие шутливые опыты успокоили инженеров и ускорили работу, развеяв страх. Но эта веселая расслабленность сыграла и злую шутку. В одном из испытаний для зажигания использовались электросвечи, как в автомобиле, но двигатель не запустился. Тогда инженеры перекрыли подачу кислорода и решили поджечь установку за счет своеобразного факела. Они взяли метровую палку, намотали на нее марлю, смочили в бензине и подожгли. Как только открытый огонь поднесли к двигателю, раздался мощный взрыв. В камере сгорания после предыдущего неудачного эксперимента остался жидкий кислород, который на воздухе испарялся и становился газом. Наружу он выходил медленно, так как был немного тяжелее окружающего атмосферного воздуха. Сгущенный бензин, который никуда не делся, тоже испарялся. Последовал закономерный результат – взрыв. На удивление никто не пострадал, даже тот человек, что держал в руках палку и находился фактически в эпицентре. В этот раз вся история произошла на полигоне, а не в подвале дома на Садово-Кудринской.

Тут же обнаружилась еще одна проблема. Жидкий кислород выталкивался в камеру сгорания струями, которые били в конкретную точку двигателя. Там жидкость смывала сгущенный бензин и оголяла стенки. Это место очень быстро прогорало, и двигатель разрушался.

Инженеры попробовали и жидкий бензин. Во время испытаний двигателя для ракетоплана РП-1 техники изрядно намучались с детонацией такого топлива. Бензин состоит из смеси горючих материалов. Одни лучше воспламенялись, другие хуже, и потому инженерам никак не удавалось стабилизировать работу. Давление внутри камеры сгорания скакало от 2 до 8 атмосфер. Чаще всего двигатель расходился по сварному шву или по месту, где система охлаждения имела проблемы. Например, в одном из проектов разные части оболочки охлаждались воздухом и жидким кислородом. Камера сгорания разрушилась как раз на стыке этих систем.

Еще одна проблема бензина – он достаточно легко испаряется и пузырится. Для двигателя важно, чтобы топливо из него не возвращалось в топливный бак. Для этого используются специальные клапаны. Если один из них был некачественным или установлен неплотно, то бензин мог попасть в топливопровод и закупорить его. В лучшем случае это приводило к тому, что двигатель переставал работать, а в худшем – к взрыву.

Далее работы шли по двум направлениям. Одна группа инженеров продолжила мучиться с бензином, придумывая способы упрочнения двигателя. Заранее скажем, что хоть ракеты с таким топливом и летали, но недалеко. Тем не менее наработки остались и потом использовались при создании двигателей на керосине.

Вторая группа предпочла спирт. В отличие от бензина и керосина это вещество можно получать без примесей. Спирт горел в двигателях ровно и спокойно, не провоцируя взрывов. Это был идеальный выбор. Число ракет на спирте стало быстро увеличиваться. Однако этот вид топлива был дорог и ценен с других точек зрения. К тому же на испытательных полигонах и космодромах это топливо не успевало даже доехать до ракеты. То в охраняемых прочных металлических цистернах обнаруживались отверстия, то плотно закрытые и опломбированные сливные горловины оказывались отвинченными. И это еще полбеды. Самые находчивые солдаты боевых частей и рабочие полигонов после появления новой партии спирта в отличие от ракет быстро выходили из строя. Никакие меры от руководителей космодромов, ни сухой закон, ни угроза трибунала или наказания не помогали. На полигоне Капустин Яр, где испытывались первые в СССР баллистические ракеты, начальник приказал вести строгий учет, не давать информацию о содержании цистерн, а после использования сливать остатки в канаву. И хотя по документам эта стратегия работала, но все равно после каждого отмененного пуска половина личного состава была в приподнятом настроении. Тайна раскрылась случайно. Один из командиров контролировал, как солдат сливал спирт в песок, подошел поближе, и… его нога провалилась под землю. Оказалось, солдаты выкопали ямку, положили в нее ведро, накрыли марлей и присыпали песком. Знающие этот факт старались сливать ценное топливо в то самое место. Спирт во время процедуры утилизации просачивался сквозь песок прямо в ведерко, а марля не пропускала грязь. Позже можно было забрать ценную добычу. Военачальники на некоторое время смогли восстановить дисциплину, но смекалка солдат не имела границ.

Немецко-американский ученый Вернер фон Браун проектировал ракеты на спирте, но когда в СССР запустили Первый спутник, попросил химиков разработать более эффективное топливо. Чтобы его ракета-носитель «Редстоун» могла запустить полезный груз на орбиту, требовалось повысить ее эффективность на 8 %.

Новое топливо получило название Hydyne. Это была смесь 60 % несимметричного диметилгидразина и 40 % диэтилентриамина. На нем летала ракета-носитель «Юпитер-С». Хотя с ее помощью США удалось запустить свой первый спутник, от нового горючего инженеры быстро отказались. В первую очередь несимметричный диметилгидразин крайне токсичный. Любая авария ракеты-носителя приводила к заражению местности, вызывая проблемы с экологией. Для пилотируемых ракет-носителей это топливо вообще недопустимо. Американские инженеры вернулись к спирту. Потом сделали переход к водороду и активно использовали твердое топливо. Керосин за океаном стали использовать в космонавтике только в XXI веке.

В СССР несимметричный диметилгидразин обрел популярность даже раньше. Конструктор ракетных двигателей Валентин Петрович Глушко все время искал более эффективное топливо. Сергей Павлович Королёв как главный конструктор отвергал все попытки внедрения этого опасного горючего в ракеты-носители и называл его «чертовой отравой». Академик Михаил Кузьмич Янгель в своих баллистических ракетах, напротив, реализовывал идеи Глушко. Но его ракеты никогда не были пилотируемыми и в основном использовались в военных целях. Двигатели на гептиле – именно так со времен СССР было принято называть несимметричный диметилгидразин – заинтересовали и конструктора Владимира Николаевича Челомея. В ходе гонки вооружений как по ракетам, так и по топливу эти конструкторы продемонстрировали разнообразные достижения. Но это привело к проблемам. Достаточно быстро встал вопрос, куда ядовитое соединение девать. Хотя гептил хранится долго, но определенный срок годности имеет. Руководством СССР был объявлен конкурс на разработку способов утилизации этого вещества. Химик Иварс Калвиньш придумал метод, который не только деактивировал гептил, но и позволял делать из него лекарство под названием мельдоний. Как оказалось, мельдоний укрепляет сердечную мышцу и помогает ей сокращаться в условиях кислородного голодания. Космонавтике это открытие принесло пользу, хотя и решить проблему гептила в промышленном масштабе не помогло. Зато спортсмены долгие годы использовали это вещество как стимулятор во время соревнований. А когда мельдоний признали допингом, многие из них попались на его использовании для повышения результатов.

В советской космонавтике с гептилом было много проблем. Пока это топливо не прогорело, оно очень опасно. Если его использовать с тетраоксидом азота в качестве окислителя, то после химической реакции получается азот, вода и углекислый газ – вроде бы ничего страшного. На сегодняшний день это токсичное топливо используют грузовые ракеты «Протон», которые являются прямым продолжением разработок Владимира Челомея.

Но в случае аварийного старта ракеты-носителя «Протон» или неудачного испытания баллистических ракет, которые тоже используют гептил, могут возникнуть проблемы.

Пожалуй, самой большой ущерб принесла авария 2007 года. Тогда при попытке запуска спутников ГЛОНАСС ракета-носитель «Протон-М» упала в 40 км от казахстанского города Жезказган, залив его окрестности высокотоксичным топливом. После этого Казахстан потребовал от России компенсационную выплату в размере 60,7 млн долларов на устранение экологической катастрофы.

В 1988 году проблемы возникли еще до прибытия топлива на космодром. Близ Ярославля в 300 метрах от моста через Волгу опрокинулась железнодорожная цистерна, перевозившая гептил. Несколько тонн вещества вылилось на землю. По счастливой случайности ничего не попало в реку. Дело было зимой, грунт промерз и не дал несимметричному диметилгидразину распространиться. Тем не менее пострадало двенадцать человек, которые вывозили ракетное топливо вместе с грунтом на захоронение.

С твердым топливом тоже проводилось много экспериментов. Особенно продвигал подобные идеи один из пионеров космонавтики Фридрих Цандер. Одним из его проектов был ракетоплан, который имел несколько крыльев, поршневой двигатель с винтом и реактивный двигатель. Пионер космонавтики считал, что такой аппарат, пока он находится в атмосфере, будет лететь как самолет, опираясь крылом на воздушный поток. Затем ракетоплан должен был перейти на ракетный двигатель и выйти на орбиту, где воздуха почти нет. В этот момент крылья складывались за ненадобностью и сами использовались в качестве топлива.

В одном из первых экспериментов в этой области в качестве твердого горючего использовался порошок магния. Все щелочные и щелочноземельные материалы хорошо вступают в химические реакции окисления и при этом выделяют много энергии.

Двигатель ОР-1 сначала работал на бензине, а затем инженеры подключили подачу магния. Двигатель заглох тут же. Оказывается, крупинки металла начали спекаться друг с другом еще до попадания в камеру сгорания двигателя. Инженеры пытались реализовать несколько идей, чтобы решить проблему: подбирали размеры трубок подачи, делали изоляцию от высоких температур и т. д., но все попытки оказались безуспешными.

Еще один вариант топлива стоил водителю Гудкову, который отвозил инженеров на площадку, новых штанов. Он не имел инженерного образования, но двигателями интересовался. А что может быть необычнее реактивного двигателя, особенно в 30-е годы ХХ века? Однако любознательному водителю никто ничего не рассказывал. Все инженеры были заняты. Однажды Гудков уселся на скамейку на полигоне и почувствовал жжение. Он резко встал и обнаружил, что его штаны в нескольких местах дырявые и дымятся. Первая его реакция – ладонями бить по пятой точке, стараясь остановить тление одежды. Дело было в крошках фосфора. На открытом воздухе это вещество самовоспламеняется. Его закладывали в ракету, предварительно заливая лаком. При пуске двигателя ракет специальный металлический ежик сдирал защитную пленку, и фосфор начинал гореть. Такой механизм использовали в первом прямоточном реактивном двигателе в СССР. Как раз на крошки, которые остались после заправки, и сел наш герой. Последствий для здоровья водителя не было, пострадали только штаны. Сергей Павлович пообещал: «Компенсируем твою производственную потерю».

В итоге еще на ранних этапах ракетостроения по заветам Циолковского Советский Союз не возлагал больших надежд на твердое топливо. Хотя в стране и велись разработки, в том числе твердотопливных боевых ракетных комплексов, они всегда сопровождались проблемами и кучей ошибок. Так, например, у ракеты РТ-1 был только один успешный пуск. Твердотопливные элементы (их называют шашками) сильно подвержены любому внешнему воздействию. Любое растрескивание, попадание пыли или влаги, нерасчетное давление может вызвать аварию. Кроме того, в ракете использовалось несколько плотно уложенных небольших шашек. Если бы между ними появился зазор, то и это привело бы к нестабильному горению и взрыву. Ракета РТ-2 оказалась более надежной, ее даже поставили на боевое дежурство. Правда, даже когда в сети электропитания были незначительные скачки напряжения, с дежурства РТ-2 на всякий случай снимали.

В США к твердому топливу относились куда более благосклонно. Самая массовая ракета заокеанских военных «Минитмен» использует в качестве горючего алюминий, а в качестве окислителя – перхлорат аммония. В камере сгорания вместо нескольких шашек размещается одна большая, а в ней – одно просверленное в виде звезды отверстие. Таким образом решалось сразу несколько проблем: во-первых, со стабильностью горения, а во-вторых – с контролем работы. Это было достижением британских химиков, которые смогли разработать материал, позволивший связывать взрывоопасные вещества и лепить из них большие шашки.

Хотя новая технология была на две головы выше предыдущих, все равно при использовании твердого топлива требовался особый контроль. Несоблюдение определенных мер при работе с твердым топливом послужило причиной катастрофы шаттла «Челленджер» в 1986 году. В назначенный день старта специалисты, отвечающие за боковые ускорители, отказались подписать допуск изделия на старт. Дело в том, что температура на улице была неестественно низкой для южного штата Флорида, а именно –6 °C. Химики не могли дать гарантий, что твердое топливо и системы ускорителя будут безопасны. Минимальная допустимая температура должна быть не ниже +11 °C. Перед этим событием запуск «Челленджера» несколько раз откладывался. Дальше переносить было уже очень дорого, да и сроки поджимали. Под нажимом специалисты по ускорителю сдались и дали добро на старт при температуре выше 0 °C, чтобы хотя бы лед и иней растаяли. Ближе к середине дня воздух прогрелся до +2 °C и была дана команда к старту.

Почти сразу что-то пошло не так. Из стыка между блоками правого ускорителя пошли клубы дыма неестественного серого цвета – видимо, горело то, что гореть не должно. Тем не менее достаточно быстро ситуация нормализовалась. Но когда шаттл пролетал самый сложный участок атмосферы, где на конструкцию оказывается самое сильное влияние воздуха, из ускорителя в области стыка пошло пламя. Оно прожгло корпус ускорителя и корпус соседнего бака с жидким водородом. Тот в свою очередь тоже стал гореть. Вся конструкция шаттла из-за появления боковой силы стала терять равновесие и крениться. В конце концов ускоритель отвалился от остальной части «Челленджера» и пробил бак с водородом. Произошел взрыв.

Лед и боковой ускоритель перед стартом. NASA

Причиной трагедии стало маленькое уплотнительное кольцо между блоками ускорителя. От холода оно сжалось, и появился зазор, который в свою очередь привел к прогоранию и последующим печальным событиям. Стоит отдельно упомянуть еще одну серьезную проблему. Дело в том, что от взрыва экипаж не погиб. Однако никакой аварийной системы спасения у астронавтов не было. Двигатели, которые еще работали, отбросили кувыркающуюся кабину с астронавтами. Шаттл продолжал падать, разрушаясь от потоков воздуха. Обломки и кабина с людьми рухнули в воду с высоты 20 км. Если бы у экипажа была возможность выбраться или у кабины был бы парашют, жертв можно было бы избежать.

Сроки, что стояли в графике полета шаттлов, которые руководители программы так боялись сбить, были сдвинуты почти на два года. За это время инженерами была разработана система спасения, но, как позже оказалась, спасти она могла далеко не всегда.

Вернемся к кислороду. Для любой химической реакции требуется два вещества. В качестве окислителя для костров, печей, газовых плит, оружия, двигателей внутреннего сгорания и т. д. издавна используется кислород, пусть и неосознанно. Правда, в воздухе это газ, а в ракете он должен быть жидким. Первая проблема – а как его добыть? В атмосфере его полно – 21 %. Берем воздух и охлаждаем его до –183 °C. Все остальное, что успело стать жидким при более высокой температуре, убираем, и у нас остается жидкий кислород.

В 1933 году пуск ракеты с индексом 26 оказался неудачным. При получении кислорода инженеры допустили охлаждение до более низкой температуры (–195 °C), из-за чего стал жидким не только кислород, но и остальные газы, в первую очередь молекулярный азот, который является достаточно инертным веществом и очень плохо вступает в химические реакции. Причем азота в атмосфере гораздо больше, чем кислорода. На жидком воздухе ракета полететь, разумеется, не захотела. Похожая история происходила и в более поздние времена. Так, во время третьей попытки выполнить испытательный пуск знаменитой ракеты-носителя Р-7 («Семёрки»), которая позже запустит первый в мире спутник, кислород тоже не был чистым, однако на этот раз по другой причине. Перед стартом осуществляется продувка двигателя азотом. Это позволяет инженерам быть уверенными, что в трубопроводах нет препятствий для движения топлива. Это было важно, так как в предыдущей попытке один из клапанов банально замерз. В нем образовалась ледяная пробка. Поток азота, если такие заторы образовались в двигателе, пробил бы их или дал информацию о наличии проблемы. Плохая продувка также не раз становилась причиной аварий ракет-носителей, но в предыдущем испытании такая проверка смогла обнаружить ошибку еще до печальных последствий.

После продувки инертный газ должен был полностью выйти и больше не поступать, но из-за неверно установленного клапана азот шел в двигатель, когда его запустили. Горючее вступать в химическую реакцию с кислородом при наличии азота не стало. Ракета-носитель осталась без движения на стартовом столе.

Если же кислород стал газом и на его пути появляется любое вещество, способное гореть, то последствия могут оказаться очень серьезными. Так, самая большая трагедия космодрома Плесецк произошла в 1980 году. Тогда ракета-носитель «Восток-2М» загорелась в процессе подготовки к старту. На самом деле при расследовании причин аварии было выдвинуто две версии. В одной из них, ставшей официальной, утверждается, что боевой расчет, который готовил ракету-носитель, обнаружил течь в трубопроводе с жидким кислородом. Чтобы устранить неисправность, один из солдат выбрал дедовский способ – обмотать место течи мокрой тканью. Холодный кислород быстро превращает воду в лед, который и не дает выходить кислороду дальше. С учетом того, что ледяные пробки ранее доставляли огромные проблемы в тех местах, где окислитель должен был проходить, это решение вполне разумное. Известны даже случаи, когда инженеры поступали так же. Вот только если кислород найдет лазейку и сможет в виде газа проходить сквозь заплатку, быть беде. В таком случае ткань станет фитилем для пламени.

Другая версия тоже связана с химической реакцией. В качестве топлива для турбины двигателя используется пероксид водорода. Он разлагается за счет каталитической реакции на кислород и воду, а кислород в свою очередь используется как окислитель для запуска ракетного двигателя. Для запуска такой реакции разложения перекиси водорода используется катализатор, в качестве которого можно использовать, например, свинец. Этот же материал часто используют в качестве припоя, но не в ракетной технике. Вторая версия аварии предполагает, что в одном из фильтров, которые используются для очищения топлива при заправке, чтобы в двигатель не попало ничего горючего, как раз был припой не из чистого олова, а более дешевый, со свинцом. В итоге началась химическая реакция с пероксидом водорода, а грязь на фильтре спровоцировала взрыв.

Хотя вторая версия не являлась официальной в 1980 году, сейчас она считается основной. Основанием стал инцидент, который произошел через год. Тогда тоже из-за некачественного фильтра началась реакция разложения в ходе подготовки ракеты-носителя к старту, но в этот раз командный расчет это быстро заметил и успел предпринять действия для устранения угрозы возгорания.

Двигатель РД-108, используемый в ракете-носителе Р-7

На Байконуре в 1963 году также произошел трагический случай из-за того, что солдаты плохо проветрили пусковую установку. Баллистическая ракета Р-9А была создана таким образом, чтобы ее можно было запускать не только с поверхности Земли, но и из скрытых шахт. В одной из таких шахт под названием «Десна-В» боевой расчет стал обучаться технологии обслуживания, подготовки и заправки ракеты. Военные на скорость провели подготовку и заправку учебной версии Р-9А жидким кислородом и керосином. Тренировка прошла успешно, однако по неаккуратности горючие материалы могли расплескаться, пусть и в небольшом количестве. На следующий день группа химиков направилась в шахту для исследования содержания горючих материалов. Однако в силу поджимающих сроков к работе приступили и несколько боевых расчетов, не дожидаясь разрешения. Казалось, что все прекрасно, дышалось легко и свободно, несмотря на то что трудиться приходилось под землей. Как раз именно это могло насторожить солдат, но обычно мысль проветрить приходит в голову, когда кислорода мало, а не много. По расчетам химиков в день аварии в шахте содержание газа составляло 31 % вместо положенных 21 %. Один из военнослужащих заметил, что лампа освещения перегорела, и решил поменять ее. Возникла искра, загорелись провода и одежда солдата. О пожаре было доложено по уставу. Согласно инструкции несколько военнослужащих отправились проводить эвакуацию и ликвидировать возгорание на единственном средстве погружения в шахту – лифте. Также по другой инструкции перед тушением электропроводки требуется отключение электричества. Выполняя ее, электрики обесточили не только этаж, где было возгорание, но и всю шахту, в том числе лифт. Тем самым был отрезан единственный путь наружу. После этого случая инженерами была инициирована работа по созданию средств автоматического контроля загазованности и появились более четкие правила безопасности для персонала.

Самая большая проблема, связанная с жидким кислородом, – его хранение. Рано или поздно он нагреется. В поисках другого окислителя инженеры решили использовать оксиды азота, самым подходящим из которых был тетраоксид азота. Он при комнатной температуре жидкий, но его легко и испарить. Также это вещество в ходе реакции горения выделяет много энергии. Другой оксид азота, который называют закись азота, часто используют гонщики для ускорения своих машин. Это вещество чуть хуже, так как для того, чтобы оно было жидким, также требуется охлаждение.

Есть и минусы. Тетраоксид азота крайне токсичен и химически активен. Сначала инженеры в рамках испытаний добавляли этот окислитель в жидкий кислород. Получалось весьма неплохо, но стенки двигателя от агрессивного вещества быстро приходили в негодность.

Это вещество используется и сейчас, особенно в тех случаях, когда нужно хранить топливо долго, например, в двигателях системы ориентации, двигателях для межпланетных миссий, в двигателях, которые используются для посадки, в двигателях ракет, стоящих на боевом дежурстве. Неаккуратное обращение с этим окислителем приводит к серьезным последствиям.

Так, во время испытания жидкостного ракетного двигателя для самолета БИ-1 испытатели получили серьезные травмы. На стенде был установлен двигатель с подобием кабины. В нее сел пилот Григорий Бахчиванджи, а рядом за испытаниями следил главный конструктор Арвид Палло.

Сразу после включения двигатель взорвался. Куски металла разлетелись в разные стороны и попали в бак. Из поврежденных трубопроводов под давлением вырвалось ядовитое топливо. Кабина, где сидел пилот, была защищена. А вот инженеру не повезло. Разъедающее вещество обожгло ему лицо, оставив следы на всю жизнь.

Американские астронавты, принимавшие участие в знаменитой программе «Союз-Аполлон», чуть не отравились тетраоксидом азота. Они успешно выполнили стыковку с советским кораблем «Союз-19», полностью выполнили программу полета и уже возвращались на Землю. Когда раскрылся парашют, ядовитое вещество стало сочиться внутрь корабля «Аполлон» из двигателей ориентации. Один из астронавтов забыл их отключить после входа в атмосферу. Когда открылся клапан для втягивания воздуха из атмосферы, вместе с кислородом внутрь корабля попал и ядовитый окислитель.

Командир экипажа Томас Стаффорд, как только представилась возможность, сразу раздал Вэнсу Бранду и Дональду Слейтону кислородные маски. Тем не менее это произошло уже после приводнения, и все трое успели отравиться, а Вэнс Бранд даже потерял сознание. Врачи эвакуировали астронавтов и поставили их на ноги за пару недель интенсивного лечения.

При подготовке ко второму полету американского шаттла «Колумбия» во время заправки двигателя произошла утечка тетраоксида азота. Ядовитое вещество стекало по корпусу и вступало в реакцию с теплозащитными плитками и клеем, который их крепил. 379 плиток теплозащиты было повреждено, а около 50 из них просто отвалилось. Инженеры это быстро заметили, и старт был отменен. На ремонт потребовалось две недели, в течение которых вышли из строя и другие системы. На их замену и ожидание благоприятного времени старта ушло еще две недели. В итоге полет прошел успешно, но количество затраченных финансов и нервов было весомым.

Один из последних случаев с тетраоксидом азота произошел на космодроме Плесецк. Емкость, где до этого хранилось ядовитое вещество, в 2013 году нуждалась в плановой очистке. Один из военнослужащих, капитан Сушков, нарушил правила безопасности и спустился в цистерну без противогаза. Хотя окислитель был слит, его пары все равно оставались. Свою ошибку офицер осознал слишком поздно. Когда Сушков попытался выбраться, он потерял сознание от отравления.

Несколько сослуживцев, чтобы вызволить пострадавшего, забрались внутрь и также получили порцию токсина. Выбраться и вытащить товарища они смогли, но спасти его не успели.

Нельзя забывать, что тетраоксид азота не только ядовит, но и взрывоопасен. Именно эти свойства вещества в сочетании с десятком человеческих ошибок привели к самому большому взрыву в истории ракетостроения. Он произошел в шахте 374–7 в Арканзасе в США. Там базировалась баллистическая ракета «Титан-II» с ядерной боеголовкой. Горючим и окислителем для нее была ядовитая пара аэрозин (смесь гидразина и несимметричного диметилгидразина) и тетраоксид азота. Началось все с того, что техник Пауэлл забыл взять специальный инструмент для ремонта, а вместо него подобрал какой-то рядом лежавший гаечный ключ со сменной головкой. Вторая ошибка заключалась в том, что на ремонтных опорах не была должным образом размещена мягкая отбортовка – своего рода страховка, продолжение платформы, соединяющее ее с корпусом ракеты таким образом, чтобы препятствовать падению предметов в шахту. К этим незначительным проблемам добавилась доля неудачи. От гаечного ключа отвалилась головка. Она проскочила между платформой и ракетой. Пролетев 30 метров, головка ключа ударилась о дно шахты и отскочила в бак. От удара бак с горючим был пробит, и ядовитый аэрозин начал медленно наполнять шахту. Техники это быстро заметили, и командование дало приказ на эвакуацию. Это касалось не только людей в шахте, но и тех, кто находился в командном пункте, который на самом деле легко мог быть изолирован. Многие считают, что это тоже было ошибкой, что является спорным утверждением. Данные «эксперты» утверждают, что боевой расчет мог легко предотвратить все последующие события, последовательно выполняя действия по нейтрализации топлива и включению системы вентиляции. Автоматика определила ситуацию как пожар и загерметизировала шахту, но не командный пункт. Другие должностные лица получили информацию об утечке ядовитого топлива и решили, что речь идет о попадании токсина в атмосферу. Поэтому они инициировали эвакуацию жителей из ближайших населенных пунктов. Пока организовывался штаб по устранению аварии, шло время, пары топлива заполнили всю шахту и через внутреннюю вентиляцию попали в командный пункт, а из-за снижения давления в баке горючего начало расти давление в баке окислителя. Возник риск, что и тетраоксид азота начнет вытекать. Следующие несколько часов предпринимались неловкие попытки проникнуть в командный пункт. Сначала попытались проникнуть через небольшой люк для аварийного спасения. Более того, одному из специалистов это даже удалось, но он был только в защитной маске, а военные настаивали на том, чтобы сотрудники были в полной химической защите. В массивном костюме в этот узкий лаз никто пролезть не мог, поэтому следующая группа стала штурмовать командный пункт через главный вход. Однако не удалось открыть защитные двери, так как никто не знал, как они работают. Все это сопровождалось проникновением в шахту кислорода извне. Третья попытка была удачной, и отряд включил вытяжной вентилятор. Это, вероятно, стало причиной появления искры, которой не хватало для взрыва. Первый взрыв в шахте был небольшой, его даже никто не заметил, но его было достаточно для того, чтобы разрушить бак окислителя. Тетраоксид азота сразу же вступил в бурную реакцию с гептилом. Для горения даже не нужна была искра. Взрыв был такой силы, что все подумали о взрыве ядерной боеголовки. Головная часть ракеты выбила 740-тонный люк шахты, который пролетел 200 метров. Ядерный заряд, к счастью, не сдетонировал и не вызвал радиационного заражения. Благодаря эвакуации почти никто критически не пострадал, кроме человека, включившего вентилятор.

Потом инженеры уже в безопасных условиях пытались воссоздать ситуацию с другой ракетой, когда четырехкилограммовая головка от ключа пробивает бак, но это ни разу не получилось. Другой интересный момент связан с тем, что взорвавшаяся ракета прежде уже пережила один взрыв.

Это случилось на пятнадцать лет раньше в шахте 373–4. Тогда взрыв произошел во время ремонта и модернизации шахты. Лифт и подъемные механизмы используют гидравлическую жидкость, которая хорошо горит, и прямо в двух сантиметрах от насоса для этого вещества строители стали проводить сварочные работы. Сосредоточившись на безопасности по отношению к топливу, специалисты забыли, что опасность могут представлять и горючие вещества других систем.

В итоге пожар распространился по трубопроводу гидравлической жидкости и перекинулся на верхние этажи шахты, отрезав рабочих на нижних этажах. Ракета при этом не пострадала. Ее перевезли, но спустя много лет она оказалась в эпицентре мощнейшего взрыва. Либо это была самая невезучая ракета в истории, либо после первого инцидента ее использовать не следовало.

Несколько раз в этой главе упоминался водород. По мнению Константина Циолковского, кислород и водород – лучшая пара горючего и окислителя для полетов в космос. При их соединении выделяется больше всего энергии. И единственная проблема – взрывоопасность этой смеси. Через два года после смерти основоположника космонавтики дирижабль «Гинденбург» подтвердил эти опасения. 190 000 кубометров водорода за тридцать секунд сожгли 200-тонную конструкцию длиной 250 метров.

На самом деле свойства жидкого водорода очень напоминают свойства жидкого кислорода. Вот только чтобы кислород вспыхнул, нужны горючие вещества, от которых окислитель все же можно изолировать. Водороду для воспламенения достаточно иметь рядом кислород, который в атмосфере повсюду. Избавиться от атмосферного кислорода, как мы понимаем, гораздо сложнее. Страх перед этим фактом был зачастую сильнее, чем реальная угроза. Это позволило сделать системы, которые не подводили, и серьезных аварий, причиной которых стало бы возгорание водорода, не было. А вот эффективность двигателей на самой энергичной паре оказалась не такой большой, как мог представить Циолковский.

Водород – это очень неплотный и легкий газ. Для его хранения требуются в достаточном количестве крупные баки. Материал емкостей для хранения должен быть прочным и иметь хорошие теплоизолирующие свойства, а значит, он будет более тяжелым. Космическая система в таком случае проигрывает в массе. Это можно было бы компенсировать за счет тяги двигателя. Но легкий водород, хотя и выделяет много энергии в ходе горения, не способен создать достаточное давление в двигателе, которое бы увеличило скорость истекающих газов и, соответственно, тягу. Это особенно сильно проявляется при работе на малых высотах, где атмосферное давление велико. В итоге в шаттлах, как и в проекте «Буран», водород использовался в качестве топлива, но на первых этапах полета ему помогают твердотопливные ускорители у американских шаттлов и керосиново-кислородные двигатели ракеты-носителя «Энергия» у советского «Бурана». Но все-таки наш РД-170 остается самым мощным двигателем в мире, а американский двигатель F-1 ракеты-носителя «Сатурн-5» для пилотируемого полета на Луну – вторым по мощности, только оба они используют керосин и кислород, а не водород.

Двигатель РД-170

На самом деле еще одна ошибка связана с тем, что водород и кислород – пара, дающая на выходе не максимально возможную энергию. Больше тепла будет выделяться, если использовать водород и фтор. Валентин Петрович Глушко предложил попробовать сделать двигатель на этой паре, однако сразу возникли проблемы. Дело в том, что фтор и любые его соединения с водородом ядовиты, а способов нейтрализации очень мало. Фтор не только токсичен, но и обладает высококоррозийными свойствами.

Под руководством Глушко был создан и начал проходить испытания двигатель РД-301. Первая проблема оказалась в подаче топлива. Фтор вступал в реакцию с материалом двигателя, и продукты этой реакции забивали форсунки для впрыска. Тогда разработали механизмы защиты и изменили геометрию форсунок, так что контакт фтора с ними был минимален. Работу проделали колоссальную. Изготовленный двигатель прекрасно себя показал, но в производство не пошел. Работа с фтором требовала невероятной дисциплины, а инструкция занимала несколько томов. Вероятность ошибки была слишком высока, и от проекта отказались.

Другая умопомрачительная идея Глушко – ядерный ракетный двигатель. В качестве рабочего тела используется водород, но он не вступает в химическую реакцию, а нагревается за счет работы ядерного реактора. Проект под названием РД-0410 был создан, и двигатель начал работу, но он был радиоактивный. К тому же достаточно тяжелый, хотя его тяга меньше, чем у РД-170, в разы. В США ядерный двигатель тоже был сделан. Он получил имя NERVA. Его еще до изготовления планировали использовать для пилотируемого полета на Марс или для переоборудования лунной ракеты-носителя «Сатурн-5». Когда NERVA построили, он оказался мощнее всех химических двигателей, но его размер был сопоставим с размерами трехэтажного здания. Чтобы вывести его на орбиту, требовалась отдельная ракета-носитель «Сатурн-5». Проект оказался невероятно дорогим и не востребованным правительством США.

Глава 9
Луна

На самом деле нет никакой темной стороны Луны – вообще-то она вся темная.

Pink Floyd

Как только первый в мире спутник 4 октября 1957 года оказался на околоземной орбите, сразу же начались работы по реализации более амбициозной задачи – осуществления полета на Луну. Официально о цели достижения Луны в СССР заявили 30 декабря 1957 года. Конструкторам еще 25 сентября поступила задача разработать двигатель для новой ступени ракеты-носителя. Это был звоночек, вещавший о начале работ над более мощной и быстрой ракетой.

Чтобы достигнуть Луны, нужна скорость более 11,2 км/с. Для такого разгона обязательно требуется третья ступень ракеты-носителя. С этим этапом была огромная проблема, о которой мы рассказывали в других главах, а сейчас сосредоточимся на Луне. Сразу оговоримся: ошибок в лунных программах наберется на отдельную полноценную книгу, а здесь мы остановимся лишь на некоторых из них.

Одной из задач до запуска первого лунника была его стерилизация. Земные бактерии не должны были попасть на естественный спутник нашей планеты. Снаружи на аппарате никто бы не выжил, а вот внутри? Ведь в герметичном корпусе есть и воздух для охлаждения, и температура комфортная. Решение было простым – положить внутрь аппарата хрупкий контейнер с формалином. Станция ударится о Луну, упаковка разорвется, и освободившаяся жидкость отравит все белковые организмы. Контейнер был сделан из резиновых груш-спиртовок для клизм.

Правда, уже на стартовой площадке клизмы заменили на флакон из-под одеколона «Кармен». На самом деле ничего из этого не требовалось в принципе. Энергии удара от столкновения с Луной со скоростью 3 км/с достаточно, чтобы испарять металлы, не говоря уже о микробах. Тем не менее для спокойствия ученых все эти операции были проведены при запуске первого лунного зонда.

Для отслеживания траекторий полета было решено использовать два метода: радио- и оптический. Второй предполагал распыление по траектории движения ракеты вещества, которое было бы заметно с Земли. Этот метод получил название «искусственная комета». Удивительно, но яркое облако можно было создать, используя всего 300 граммов натрия. Солнечный свет заставляет натрий светиться. Такой эффект возникает у любого щелочного металла. У элементов первой группы периодической системы электрон находится далеко от ядра, поэтому его проще возбудить и, соответственно, проще вызвать свечение. Среди щелочных металлов первым в таблице Менделеева идет литий. Если использовать его, то свечение будет в 40 раз ярче, чем от натрия. Правда, литий излучает в инфракрасном спектре, так что его свечение не видно глазом. Хотя специализированные инструменты прекрасно могли отслеживать след ракеты, обыватели не имели бы такой возможности. Был выбран натрий, который светится желтым. Любой любитель астрономии мог даже в средний телескоп наблюдать искусственную комету, летящую к Луне. Но когда наступило время выпустить натрий, над большинством обсерваторий сгустились облака. Наблюдать получилось только в одной обсерватории.

Первый аппарат советской лунной программы приблизился к нашему естественному спутнику, но перелетел его. Станция «Луна-1» просто пронеслась мимо, так как слишком сильно разогналась. Ошибка была банальной. 1 января при подготовке полета один из сотрудников неверно установил параметры антенны. Она была наклонена на 44°, а не как запланировано – на 42°. Автоматика была завязана на положение ракеты, оно в свою очередь зависело от угла между антенной и Землей. В итоге двигатель не был выключен вовремя, так как приборы сочли полет некорректным. Когда же ракета наклонилась еще на 2°, автоматика сработала, но скорость аппарата уже была слишком высокой.

Макет АМС «Луна-1»

Тем не менее данные, полученные с помощью аппарата, удивили ученых. Пролетая мимо Луны, зонд не зарегистрировал изменения магнитного поля. Этот факт говорил о том, что собственного магнитного поля у спутника Земли нет. Источник такого поля вокруг планет – жидкое ядро, и, видимо, у Луны оно отсутствует.

Следующая попытка совершить задуманное была успешной. Станция «Луна-2» стартовала не сразу. Запуск откладывался четыре раза, пока инженерам не надоело исправлять мелкие проблемы, и они просто заменили ракету-носитель целиком. Старт 12 сентября 1959 года прошел успешно. В полете отказала только одна система – радиовысотомер. Но для того, чтобы аппарат мог врезаться в лунную поверхность и разбиться, прибор был не нужен. Касание небесного тела рукотворным объектом по данным с космодрома Байконур состоялось 14 сентября в 00 часов 02 минуты 24 секунды. В США же указали на время 00 часов 02 минуты 22,6 секунды. Разница была незначительной на первый взгляд, но очень важной. Причиной неточности стал простой факт – скорость света конечна. До Луны радиосигнал идет 1,3 секунды. За это время станция пролетает более 4 км, а это уже значительное расстояние.

В США была похожая история. Сначала Pioneer 3 не смог долететь до Луны из-за того, что двигатели отключились раньше на 3 секунды и не успели разогнать аппарат, а еще двигатели ошиблись в угле поворота: вместо запланированных 68° аппарат развернулся на 71°. Pioneer 4, наоборот, разгонялся слишком долго. Он набрал скорость выше расчетной и перелетел цель. После успеха советской «Луны-2» в США приступили к другой программе под названием Ranger.

После контакта следующей важной частью изучения Луны было ее фотографирование. Особый интерес вызывала обратная сторона. Скорость вращения Луны вокруг своей оси практически совпадает со скоростью ее обращения вокруг Земли. Это приводит к тому, что с Земли видно только одну сторону естественного спутника. Очень интересно было увидеть, что же там, с другой стороны. Теорий было много, вплоть до лунных баз инопланетян.

Впервые узнать, что там на самом деле, удалось советской автоматической станции «Луна-3». Это был уникальный и прорывной проект. Пленочный фотоаппарат не сможет доставить пленки для проявки на Землю, а телекамера не сможет передать радиосигнал с такого расстояния. В итоге две концепции соединили вместе. Пленочный фотоаппарат получал кадры, пленка проявлялась прямо на борту, а затем сканировалась, и изображение уже по радио отправлялось на Землю.

Проявить пленку в невесомости тоже задача не из простых: нужны реагенты, сушка; реагенты разлетаются в невесомости, воду некуда девать. Чтобы фото не было смазанным и зафиксировало именно Луну, а не небо, пришлось стабилизировать вращение аппарата, чего тоже до этого никто не делал. Требовалась еще и особая орбита спутника. На окололунную орбиту он не выходил, а двигался вокруг системы Земля – Луна. Зонд должен был и при облете Луны, и при облете Земли иметь прямую связь с наземными измерительными пунктами в СССР. Вот только пункты в СССР все в северном полушарии, а орбита «Луны-3» имеет наклон. Станция делает оборот вокруг Луны и Земли и никак не может пролететь в ходе витка одно и то же полушарие. Расчетчики нашли выход – использовать гравитацию Луны для изменения наклона орбиты. Так называемый гравитационный маневр использовался впервые.

Даже люди, которые знали подробности и сами разрабатывали систему, не верили в возможность ее осуществления. Так, например, один из астрономов, который работал с этой системой, за несколько часов до решающего момента сказал: «Ничего не получится, пленка вся давно засветилась».

А когда станция летела по орбите, в пункте слежения усомнились, что станция двигается по намеченному плану. Точность расчета траектории (с учетом того, какими тогда были ЭВМ) была невысокой, и орбиты спутников всегда отличались от запланированных, пусть и ненамного. А тут станция летит прямо по схеме. Сотрудники оценки траекторий не поверили и решили, что им прислали их же расчеты обратно. Сомнения исчезли, только когда появилась первая проблема: связь сильно ухудшилась и почти пропала. У этого было простое объяснение – Луна частично закрыла путь движения сигналов. И именно тогда началось самое ответственное – фотографирование и проявка. Работа самой сложной установки в космосе на тот момент шла на удивление неплохо, но подвела самая простая деталь – затвор. На 29 снимке его заклинило.

Тем не менее первое в истории фото обратной стороны Луны было сделано, но только его увидели всего несколько человек. Одним из первых снимок держал в руках Евгений Яковлевич Богуславский. «Луна-3» послала изображение, когда пролетала рядом со своей целью. Полученное изображение было исключительно низкого качества, и инженер порвал его со словами, что при подлете к Земле получим лучше. Так и произошло, но самый-самый первый снимок был утрачен.

Фото обратной стороны Луны, полученное АМС «Луна-3»

В США после такого достижения призадумались. В их программе планировалось сделать первый снимок обратной стороны Луны исключительно телевизионными средствами. Изображение в лучшем случае имело бы разрешение 100 на 100 пикселей, а в СССР уже имелось фото разрешением 1000 на 1000 пикселей.

Все же этот шаг нужно было пройти. В США решили одновременно и осуществить мягкую посадку. Сделать это было непросто. Серию последующих неудач можно назвать эпопеей коротких замыканий. В СССР в случае неудачного пуска о нем или не сообщалось, или утверждалось, что все прошло успешно. В США в случае аварии во всем обвиняли короткое замыкание без дальнейшего объяснения.

Так, Ranger 1 стало коротить еще на старте. Один из таймеров станции из-за программной ошибки активировался и начал отсчитывать время до запуска научных приборов на орбите. Ракета-носитель тем временем стояла на стартовом столе. В результате по команде с таймера был подан ток для разворачивания солнечных панелей прямо под обтекателем ракеты-носителя, и приборы начали вместо Луны изучать Землю. Следующее короткое замыкание произошло уже в полете. Двигатель, который должен был отправить аппарат с орбиты Земли к Луне, включился, а потом сразу выключился. Вероятнее всего, это случилось из-за перегрева, расплавления изоляции и последующего замыкания контактов электроцепи. В итоге последней неприятностью стал выход из строя солнечных батарей.

Ranger 2 сломался еще быстрее. На этот раз закоротило систему ориентации. Гироскоп выдавал ложную информацию и раскручивал станцию. Пока аппарат вращался, он не мог запустить двигатель. И с помощью радиокоманды с Земли отключить прибор не получалась, так как антенна все время отворачивалась.

Ranger 3 смог полететь к Луне, но и в его системах возникли короткие замыкания. Сначала вышел из строя радиомаяк. Без него было практически невозможно передать команды на борт, изменить или откорректировать траекторию. Станция работала только на автоматике, но и та подвела. Разгонный двигатель включился, но никакой команды на его выключение при наборе необходимой скорости не последовало. Двигатель работал, пока не закончилось топливо, и слишком сильно разогнал аппарат. Компьютер на борту автоматически перезагрузился и попытался исправить собственные ошибки, но было уже поздно. Станция заметно промахнулась мимо Луны.

Ranger 4 наконец смог попасть в цель, но никакого исследования он не провел. В отличие от Ranger 1, у которого таймер запустился раньше времени, у этого аппарата он вообще не запустился. Ни солнечные батареи, ни антенны для связи, ни приборы не включились. Интересно, что данный таймер даже не проверяли перед стартом. После «неделинской» катастрофы (см. главу «Логика работы и автоматика») и после аварии Ranger 1, которая, к счастью, не имела трагических последствий, в США решили не включать данный прибор на ракете-носителе, а тестирования проводить только в лабораториях. Проблема, скорее всего, возникла в момент отсоединения станции от ракеты-носителя «Атлас». В это время бортовая электрическая цепь должна была отсоединиться от ракеты-носителя и перейти на бортовое электропитание. Вероятно, незакрепленные металлические элементы контактировали с разъемом интерфейса и закоротили его. Скачок напряжения вывел из строя всю схему. До включения таймера дело так и не дошло.

Для следующей миссии Ranger 5 NASA провело большую работу. В электрику станции были добавлены диоды и предохранители. Диод – это полупроводниковый элемент, который позволяет току идти по цепи только в одном направлении. Также инженеры добавили второй резервный таймер.

Ranger 5 стартовал успешно. Казалось бы, на этот раз должно обойтись без коротких замыканий, но нет. Они произошли в солнечной батарее. Электрический заряд быстро иссякал. До Луны его точно бы не хватило, и потому специалисты полета решили что-то предпринять, пока это не произошло. Они отправили космическому аппарату команду развернуться и изменить свою траекторию. Это только усугубило положение. Впоследствии главной причиной появления неисправностей инженеры стали называть процедуру стерилизации. В отличие от СССР, где микробы убивали формалином, в США это делали нагреванием. Возможно, этот процесс повреждал чувствительные приборы и элементы. В дальнейшем инженеры приняли решение отказаться от стерилизации, но два следующих аппарата серии ее уже прошли.

Ranger 6, как нетрудно догадаться, тоже задачу не выполнил. В NASA после стольких аварий ужесточили контроль и испытания. Благодаря этому обнаружилось, например, что золотое покрытие на диодах отслаивается и вызывает короткое замыкание. Эта проблема ускользала от тестирования ранее, так как невозможно было имитировать среду невесомости, где золотые хлопья будут «плавать» и попадать на контакты разных приборов. Более полусотни диодов пришлось заменить. В итоге старт прошел безупречно, все системы работали. Однако в процессе движения к Луне на несколько секунд почему-то включились видеокамеры. Это насторожило инженеров, но пока до пункта назначения было далеко, они камеры не трогали, боясь испортить то, что работает. Когда настало время получить первые кадры, съемочная аппаратура на борту не включилась. И снова причина – короткое замыкание.

Последовало новое разбирательство. Причина этого технического сбоя была совершенно не ясна, но на заводе, где видеокамеры делались, во время проверки в запечатанном и проверенном модуле Ranger ревизоры нашли пакет с болтами. Скорее всего, там его забыли случайно, а у Ranger 6 такой проблемы не было. Одна из основных версий заключалась в следующем. Рядом с электропитанием располагался контакт, на который подается большое напряжение. Возможно, при сбросе излишков топлива его часть оказалась между двумя контактами и стала проводником. Хотя в тестах эта версия не подтвердилась, но она осталась как самая вероятная.

Наконец, Ranger 7 был полностью успешен. Последующие Ranger 8 и Ranger 9 тоже выполнили все свои задачи. Однако ко времени их старта финансирование проекта практически прекратилось, так как цели были уже совершенно другие.

Следующая задача автоматических станций после фотографирования Луны – мягкая посадка. И здесь обнаружилась целая россыпь проблем еще до запуска первого аппарата. Самый большой вопрос – а какая на Луне поверхность? Пока никто на Луне не был, искать ответ пришлось косвенными методами. Инфракрасные измерения температуры освещенной части естественного спутника показывали значение 120 °C выше нуля, а неосвещенной – 150 °C ниже нуля. Такая разница обусловлена отсутствием атмосферы и передачи тепла методом конвекции. Днем Луна нагревается от Солнца, а ночью остывает, излучая все тепло в бескрайнюю пустоту космоса. Самое интересное, что с наступлением темноты поверхность Луна остывала до минимума менее чем за час. Перепад температуры составлял 270 °C. Ни один материал на Земле не может остывать так быстро. Астрономы провели исследование на других длинах волн. Данные в радиодиапазоне показали, что температура Луны за то же время меняется всего на градус.

Образец лунного грунта, доставленный на Землю АМС «Луна-20»

Данные противоречили друг другу. Единственное разумное объяснение – толстый слой рыхлой поверхности. Песчинки сверху почти соприкасаются друг с другом. Верхний слой работает изолятором тепла для нижнего слоя. Пористая структура не дает энергии выходить в космос. Вакуум в пустотах дополнительно уменьшает теплопроводность. По похожему принципу работает термос. При этом верхние пылинки лунного грунта имеют большую площадь, с которой происходит излучение тепла. От этого они очень быстро остывают. Для сравнения: кофе в кружке остывает медленнее, чем суп в плоской тарелке, как раз из-за того, что площадь соприкосновения супа с воздухом больше. Под слоем пыли на Луне находится более твердый грунт, чью температуру дают измерения радиоизлучения.

Так как верхний слой изолирует нижний, то температура последнего практически не меняется. Радиоволны проходят сквозь рыхлый песок, не взаимодействуя с ним. Это и дает два разных результата скорости остывания. Радионаблюдения говорят о температуре внутреннего слоя, а инфракрасные наблюдения – о температуре внешнего.

Теория получилась интересной, но возник другой вопрос – а какова толщина верхнего слоя и насколько он плотный? Что будет с аппаратом, который коснется песка? Утонет, будет плавать, сильно ли погрузится, или плотности грунта хватит, чтобы можно было стоять, как на твердой поверхности? Ответить на эти вопросы без непосредственного контакта было невозможно.

Чтобы с большей вероятностью посадка удалась, зонд сделали в форме яйца с раскрывающимися лепестками.

Советская АМС «Луна-4» посадку совершить не смогла. Дело в том, что пока межпланетная станция летит, она имеет большую скорость. Лобовое столкновение было бы слишком жестким. Автоматической станции нужно было облететь Луну, чтобы гравитация спутника притормозила ее. Затем требовалось в определенный момент включить двигатели торможения, так как Луна не могла сбросить всю скорость. В случае «Луны-4» двигатели не сработали, и станция просто пролетела мимо. После выяснилось, что дело было не в двигателе, а в системе астронавигации. Датчики должны были зафиксировать Солнце, Луну и Землю в определенном положении и дать сигнал запуска. После промаха «Луны-4» выяснилось, что приборы измеряли направление с большой ошибкой и не могли установить точный момент для включения двигателя.

Посадка космического аппарата, во-первых, должна осуществляться в дневное время, чтобы Солнце освещало поверхность для фотографирования. Во-вторых, прилунение необходимо проводить на той стороне, которая повернута к Земле, для осуществления передачи фотографий по радио. Оба условия возможно выполнить, если Солнце, Земля и Луна находятся примерно на одной линии (это бывает незадолго до полнолуния и немного после него). Соответственно, запуск космического аппарата необходимо производить за несколько дней до того, как небесные тела расположатся относительно друг друга таким удобным образом.

Когда станция залетела за Луну, ее датчики потеряли Солнце и Землю. Луна закрыла ориентиры своим «телом». После зонд так и не смог найти небесные тела как опорные точки.

Самое неприятное, что этой системе астронавигации отдали полный контроль над «Луной-4», и вручную с Земли никак нельзя было дать команду на включение двигателей. Так станция и пролетела несколько раз между Землей и Луной, напоминая об ошибках инженеров. Во время дальнейших испытаний нашлась еще одна проблема. Датчик касания Луны мог сработать от вспышки при запуске двигателя. Так что «Луна-4» была все равно обречена. Но, разумеется, этот факт тяжесть неудачи не снимал.

Последующие станции имели радиосистему управления. Правда, «Луне-5» это тоже не помогло. И опять ошибка была в том, что Луна заслоняет Солнце. На этот раз без подогрева светом замерзала система управления, а конкретно гироскоп, который разворачивал станцию в необходимом направлении. Из-за этого автоматика станции неверно оценила ее положение в пространстве, и двигатель дал импульс в другую сторону. В итоге, хоть «Луна-5» и затормозилась, но недостаточно для мягкой посадки, и станция разбилась о поверхность.

«Луна-7» тоже наткнулась на похожую проблему, только ошибка была менее очевидной. Датчик, определявший направление на Землю, буквально за несколько мгновений до включения двигателя сообщил, что Земля не обнаружена. Как уже говорилось, станция запускалась за несколько дней до выстраивания Солнца, Земли и Луны вдоль одной линии. Вот только строго на одной линии три объекта бывают редко, так как орбита Луны имеет наклон в 5°. Если бы этого наклона не было, то в каждое полнолуние мы бы наблюдали лунное затмение. То есть Земля и Солнце при взгляде со стороны Луны могут быть на 5° выше или ниже друг друга – в разное время может быть по-разному. В случае с «Луной-7» произошло так, что Земля находилась на самом краю поля зрения датчика. В таком случае любое, даже легкое, отклонение от курса приводит к тому, что планета вылезает за край и оказывается невидимой для приборов. К тому же в попытке развернуться в нужную сторону станция повернулась датчиком Земли к Солнцу. Более яркий свет от звезды окончательно сломал датчик и, как следствие, всю систему в целом.

В этом месте стоит рассказать историю, которая последовала после этих неудач. В СССР к этому времени у государственных деятелей возник вопрос: а стоит ли продолжать вкладывать ресурсы и силы в проект, который за столько попыток не продвинулся к своей цели? По инициативе заместителя председателя Совета Министров СССР Дмитрия Фёдоровича Устинова была назначена встреча по этому поводу. Сергей Павлович Королёв поручил Борису Евсеевичу Чертоку подготовить доклад о причинах неудач с особой тщательностью и усердием. Далее, по воспоминаниям Бориса Евсеевича, было следующее. Подготовка была очень серьезная, организовали даже репетицию доклада. А демонстрационные плакаты Королёв браковал два раза. В итоге докладчик подготовился безукоризненно с обстоятельным рассказом на сорок минут, и один из заместителей Королёва даже сказал на репетиции: «После такого доклада надо не наказывать, а награждать».

Когда же настал час икс и докладчику дали слово, первым встал не он, а Сергей Павлович. Он рукой придержал своего коллегу и попросил слово. Министры опешили, так как ожидали другого, но все-таки разрешили Королёву высказаться.

– Все, что собрался рассказывать Черток, займет много времени. Объяснение причин всех неудач при решении проблемы мягкой посадки подробно расписано на представленных здесь плакатах, раздельно для каждого пуска. Но есть одна общая причина, которая все объясняет, – идет процесс познания. На процесс познания в планах и графиках мы не предусмотрели затраты средств и времени. В этом наша ошибка, за нее мы расплатились, и, смею заверить, в ближайшее время задача будет решена. Мы прошли трудный путь познания, получили бесценный опыт. Прошу комиссию разрешить провести пуск и по его результатам, если сочтете необходимым, принимать окончательное решение.

В комнате после этих слов образовалась тягостная минута молчания, которую нарушил сам Устинов: «Я Сергея Павловича поддерживаю». Других комментариев не было. Все совещание суммарно заняло около десяти минут, хотя запланировано было с учетом вопросов и обсуждения на полтора часа. Слова Королёва были не об ошибках, а скорее о поиске ответов. А познания без ошибок не бывает.

«Луна-8» полетела к своей цели, и на этот раз все шло прекрасно, пока не лопнул шарик. Посадка планировалась не только с помощью двигателей, но и с помощью двух амортизирующих надувных баллонов. Посадочный аппарат должен был надуться как воздушный шарик. При ударе гибкая и мягкая оболочка позволяет уберечь приборы внутри от сильного удара. И только после того как аппарат перестанет прыгать по поверхности Луны и качаться, защитная оболочка сдувалась.

Вот только с «Луной-8» произошла неприятность. «Шарик» лопнул. Воздух стал выходить из оболочки и создавать реактивную тягу. Накачанный баллон начал пускать струю вещества, которая раскручивала посадочный аппарат. И снова произошло падение. Ошибка была очень обидной. Один из крепежных кронштейнов оказался бракованным и раскололся. Возник острый край, который уперся в ткань баллона и проткнул ее. Причем это была не ошибка в конструкции, а ошибка в технологическом процессе. Однако и из этой ситуации удалось вынести полезный урок. В следующих станциях баллоны надувались в самом конце, после всех других операций.

«Луна-9» после стольких аварий предыдущих своих собратьев, после стольких проб и ошибок все же смогла свою задачу выполнить успешно, и 1966 год ознаменовался первой в истории мягкой посадкой на поверхность Луны. Правда, и у этой станции были проблемы. Первые фотографии с поверхности Луны оказались пересвеченными, слишком белесыми. Кстати, такая же проблема была и у первого китайского лунохода. Правда, там первые фотографии были не белыми, а скорее желтыми. В обоих случаях на аппаратах была возможность менять настройки фотокамер, ученые ею воспользовались, и фотографии стали получаться более правильного цвета. Кстати, глаз на Земле тоже обманывает человека с цветом Луны. Наш спутник на самом деле очень темный, серый, как чернозем. Но за счет своих размеров Луна отражает много света, что делает ее в глазах людей более яркой и светлее, чем она есть на самом деле. И здесь может возникнуть вопрос: а как понять, что цвет Луны на фото неверный, если глаз его воспринимает неправильно? Советские ученые на всякий случай нанесли на аппарат несколько разноцветных полосок, чтобы их можно было видеть на камере для сравнения и настройки.

Макет спускаемого аппарата АМС «Луна-9»

Еще одна проблема «Луны-9» заключалась в том, что она села на краю кратера. За несколько часов станция съехала на 9 см вниз. Из-за этого несколько стереографических изображений оказались неверными, как бы растянутыми.

Но это была ерунда по сравнению с тем, что вышло у английских астрономов. Дело в том, что обсерватория Джодрелл Бэнк перехватила радиосигнал от «Луны-9». Фотографии без разрешения советских ученых были опубликованы и растиражированы в иностранной прессе. И все бы ничего, но без знаний о работе фотоаппарата и способе передачи кадра у английских ученых получилось изображение в 2,5 раза у́же, чем оно должно быть.

В дальнейшем инженеры стали использовать передачу в разных диапазонах длины радиоволн, чтобы перехватить сигнал было сложнее. «Луна-13» должна была выполнить такие же исследования, как и «Луна-9». Новая станция была лишена ошибок предшественницы и позволила подтвердить и уточнить данные с «Луны-9» и получить совершенно новые данные о поверхности Луны.

В США чуть позже с теми же целями мягкой посадки полетели автоматические станции Surveyor. И на удивление все получилось с первой попытки. Шишки NASA уже набило, и теперь миссия прошла успешно. Тем не менее дальше пошли проблемы. Surveyor-2 разбился из-за того, что один двигатель не сработал. В отличие от «Луны-9», американский аппарат должен садиться определенным местом, а именно опорами с пружинными амортизаторами вниз. Для этого недостаточно одного двигателя торможения, нужны еще двигатели для поворотов. Один из таких двигателей не включился, Surveyor-2 упал на Луну боком и разбился.

Surveyor-3 тоже почти развалился. Его радар искал подходящее место для посадки. По дороге радар наткнулся на молодой кратер. Они образуются от ударов астероидов и представляют собой круглые углубления. Кратер выглядит как чаша, и потому так называется – слово crater означает «чаша» на латыни. Поверхность этого элемента рельефа достаточно гладкая благодаря тому, что астероиды при ударе придавливают грунт, а сферическая форма кратера позволяет фокусировать излучение радара. В итоге отраженные радиоволны обманули локатор, который подумал, что под ним ровный участок. Была дана команда на посадку, но радар, путаясь в своих показаниях, двигатель вовремя не отключил. Из-за этого Surveyor-3 ударился о Луну и отскочил от нее на высоту 11 м, затем ударился снова и отскочил уже на 4 м. Хотя аппарат не должен был прыгать, как его предшественник «Луна-9».

Интересно, что кратер, обманувший радар, заинтересовал ученых, и неподалеку от него потом высаживались астронавты «Аполлона-12». Они взяли образцы грунта и кусочки станции Surveyor-3 для изучения на Земле.

Причины аварии Surveyor-4 неизвестны. Скорее всего, взорвалось топливо. Аппарат Surveyor-5 испытал трудность в непосредственной близости от Луны – из баков начал выходить гелий. Этот газ требовался, чтобы в условиях невесомости толкать топливо в двигатель. На Земле специалисты это быстро заметили и инициировали срочную посадку, пока весь гелий не вышел. Успели. Surveyor-6 сел без проблем и даже провел интересный эксперимент с перелетом на другое место с помощью повторного включения двигателей. Такое испытание должно было помочь в пилотируемой программе «Аполлон». Однако во время этого эксперимента сломался другой прибор. На борту Surveyor-6 имелся анализатор поверхности, который излучал радиоактивные альфа-частицы в поверхность Луны и смотрел, как они будут взаимодействовать с грунтом: рассеиваться, поглощаться и т. д. На приборе была защитная головка, которая не давала радиации облучать другие приборы, но после «прыжка» она перевернулась. Альфа-частицы отправлялись в космос и в сторону чувствительных систем. Когда ученые заметили, что альфа-частицы стали создавать дополнительный шум, прибор отключили.

И, наконец, Surveyor-7 также успешно совершил посадку, и все его приборы работали хорошо. Но в этот раз ошиблись ученые, сделав неточный анализ полученных материалов. На этой автоматической станции была проведена фотосъемка захода Солнца на Луне. Камера запечатлела слабое свечение на лунном горизонте, которое было похоже на зарево. Но на Луне нет плотной атмосферы, откуда взяться рассеянному закатному свету? На самом деле вокруг Луны летает много пыли. Все-таки гравитация у спутника Земли есть. Легкие атомы газов удержать Луна не может, а вот более тяжелые пылинки – вполне. Но они должны быстро оседать. Солнечная радиация выбивает из пылинок электроны и делает их положительно заряженными. Тот же процесс происходит и с грунтом. Частицы пыли и поверхности имеют одинаковый положительный заряд и отталкиваются друг от друга. Факт свечения вызвал много вопросов до того, как был исследован факт рассеивания на пыли. Одни специалисты решили, что прибор работает некорректно, другие – что космический аппарат открыл лунную атмосферу. Были люди, которые усомнились в подлинности фотографий и даже всей программы. Позже NASA для исследования этого явления даже запустило специализированную автоматическую станцию LADEE, которая раскрыла все особенности лунных пылевых облаков.

Проект Surveyor давал информацию для решения следующей задачи – доставки образца грунта Луны на Землю.

Советский Союз тоже запланировал крупные исследования, которые и должны были проводить «Луна-10» и последующие аппараты этой серии. Вопросов набралось много: как будут работать механизмы на Луне, что делать со смазкой, которая в условиях высокой температуры будет испаряться, как будет меняться траектория вблизи естественного спутника, какое место среди множества кратеров и гор на лунной поверхности будет подходящим для посадки и т. д. Потихоньку ученые, набираясь опыта, получали ответы.

«Луна-10» в рамках исследования связи должна была передавать с окололунной орбиты гимн «Интернационал», который инженеры собирались транслировать в прямом эфире во время XXIII съезда КПСС. Союз композиторов помог инженерам создать первый космический синтезатор с записанной мелодией. Во время репетиции обнаружилось, что несколько нот в мелодии пропало, и она стала «заикаться». Чтобы не упасть в грязь лицом, на торжественном заседании съезда решили транслировать запись.

«Луна-11» не смогла смотреть на Луну ровно. Вероятно, в двигателе что-то застряло, и ему не удалось заставить станцию развернуться правильно. «Луна-11» то поворачивалась к своей цели, то отворачивалась от нее. Все фотографии получались смазанными. Другие приборы по той же причине не могли дать информацию.

«Луна-12» была усовершенствована, так что фотографии она успешно делала, но на ее борту не заработал спектрометр.

Автоматическая станция для доставки лунного грунта устроена так, что надуть какую-то часть посадочного аппарата (как это было, например, в случае «Луны-9») не получится. Теперь для мягкой посадки требовались реактивные двигатели, которые бы тормозили космический аппарат. Кроме того, нужна была отдельная система, которая с Луны взлетит, то есть понадобятся еще двигатели и топливо. Значит, вся станция будет намного тяжелее предшествующих. Под новую миссию создавалась ракета-носитель УР-500 («Протон»). В начале эксплуатации у нее было много проблем и аварий, и потому многие лунные станции даже не покинули околоземную орбиту.

Первым аппаратом, который запустили с целью взятия образцов грунта и который смог выбраться с околоземной орбиты на лунную трассу, была «Луна-15». Интересно, что происходило это параллельно с полетом американского корабля «Аполлон-11». Вот только советский аппарат был полностью автоматическим, а внутри американского находились пассажиры.

В те дни середины июля 1969 года соревнование двух космических держав превратилось в настоящую гонку в прямом смысле слова. Советская машина стартовала раньше на один день, быстро разогналась и набрала хорошую скорость. Это неудивительно: «Луна-15» была намного легче «Аполлона-11». При прохождении первого поворота на трассе советский аппарат тоже лидировал, но оказалось, что выбранная дорога не самая подходящая. Радарные данные показали, что место посадки неровное, холмистое, ухабистое. Тогда водители на Земле дистанционно «притормозили», чтобы найти подходящее место. Уже на втором «повороте» за счет заминки «Аполлон-11» пошел на обгон. Водители американской машины сидели внутри и пошли на риск. Их место посадки тоже было не самым подходящим, но благодаря лучшему контролю астронавты решили, что они с этой проблемой справятся. И вот 20 июля – финишная прямая. Оба аппарата собираются сесть. «Луна-15» за несколько секунд до конца теряет управление. Радиоконтакт водителей и машины прерывается. Станция врезается в «отбойник». Связь с «Луной-15» была потеряна, так как путь радиоволнам преградила высокая гора. В нее, вероятно, и врезалась станция. Советский аппарат на финише разбился. «Аполлон-11» после нескольких заносов и на последних граммах топлива смог успешно прилуниться. На том этапе лунная гонка была выиграна США.

Тем не менее научный интерес заставлял советских инженеров двигаться вперед, и потому полеты на естественный спутник Земли продолжились. После неудачи «Луны-15» еще несколько стартов исследовательских станций не состоялось по вине ракет-носителей. Но успех не заставил себя долго ждать. Через два года «Луна-16» доставила образцы грунта земной спутницы в СССР. Правда, и здесь не обошлось без ошибок.

«Луна-16» должна была сесть на поверхность Луны ночью. Чтобы контролировать с Земли процесс бурения и взятия проб, для регистрации видеокамерой требовалось подсветить поверхность Луны и механизмы станции. В конструкторском бюро инженер Михаил Синица начал поиск и тестирование ламп. Нашлись подходящие по параметрам лампы, но у них было слабое место – соединение цоколя и стеклянного баллона. При перегрузках, подобных старту ракеты-носителя, стекло не выдерживало и трескалось. Когда инженер сообщил об этом факте главному конструктору «Луны-16» Георгию Бабакину, тот очень удивился. Дело в том, что стекло у лампы нужно, чтобы сохранить внутри вакуум, а на Луне и так плотной атмосферы нет. Нить накала будет светить и не перегорать даже вообще без баллона. Во время испытаний на Земле отработать и проверить функционирование такой лампы было сложно. Правда, эта забавная ошибка ни на что не повлияла – лампочку не установили ни с баллоном, ни без него. Подсвечивать было незачем, так как системы выбора места взятия проб тоже в конечном аппарате не было. Хотя фотографии места посадки получились очень темные и разглядеть на них ничего нельзя, это никак не отразилось на выполнении задачи.

Миссия прошла успешно, как и у станции «Луна-20», которая села на освещенной стороне и сделала снимки. Также она взяла кусочек лунного грунта не с ровного участка «моря», а в гористой местности «материка». Моря и материки – это условное название типов рельефов на Луне. Воды никакой там нет. Моря более гладкие и состоят из темных вулканических пород. Материк – это вся остальная поверхность с более светлым грунтом.

А вот история аппарата «Луна-23» закончилась аварией. Эта автоматическая станция, как «Луна-16» и «Луна-20», должна была взять пробы грунта. Инженеры конструкцию усовершенствовали. Во-первых, фотокамеру убрали вовсе. Во-вторых, в отличие от предшественников, у которых бур был не длиннее 35 см, «Луна-23» могла взять образец с глубины более двух метров. Однако в процессе снижения из-за сложного рельефа Луны автоматической системе не удалось достаточно погасить горизонтальную и вертикальную скорости посадочного аппарата. При контакте со своей целью «Луна-23» по инерции завалилась в сторону тяжелого бура. Удивительно, но это падение не сломало основные системы, которые передавали на Землю информацию. Бур, на который легла многотонная конструкция, повредился, но даже если бы он работал, поднять «Луну-23» никто бы не смог, чтобы с нее к Земле стартовал возвращаемый аппарат с образцом грунта. Некоторые эксперименты, которые можно было провести в лежачем состоянии, станция выполнила, а потом инженеры ее отключил.

«Луна-24» уже села без этой ошибки и с задачей глубокого бурения справилась.

Параллельно с автоматическими станциями для доставки грунта советские инженеры запускали и первые луноходы. И с ними тоже был много проблем.

Первая проблема возникла еще во время испытаний на Земле. Масса самоходного аппарата с научным оборудованием составляет 750 кг. Однако на Луне он будет весить в шесть раз меньше. Колеса для самоходного аппарата были рассчитаны именно на лунную гравитацию. Они легкие и практически ажурные. Таким образом инженеры облегчили аппарат. Однако если лунный механизм поставить на Землю, то колеса просто сомнутся. Теперь встает вопрос, а как луноход тестировать и учить управлять им экипажи водителей (разумеется, водители не размещались внутри лунохода, а отдавали ему команды по радио из наземного центра управления). Ответ оказался прост – с аппарата сняли все научное оборудование и системы, без которых можно было обойтись. Таким образом луноход облегчили в шесть раз. Однако возникла новая проблема – центр тяжести оказался ниже, чем он был бы на Луне. То есть на Земле аппарат более устойчив, а на спутнике мог бы заваливаться набок при поворотах. Чтобы исправить эту ошибку, к луноходу прикрепили длинный штырь, а на него на определенной высоте водрузили дополнительный груз. Высота груза подбиралась так, чтобы центр масс был на том же уровне, на котором будет при полной нагрузке на Луне. С такими видоизменениями испытания пошли, но проблемы встречались на каждом шагу: то эта штанга за что-нибудь зацепится, то не влезет в контейнер для перевозки.

На самой Луне с центром масс проблемы не было, зато были проблемы с колесами и видеокамерой. Буквально с первых метров водители «Лунохода-1» отметили, что колеса как-то тяжело прокручиваются. Сначала ученые грешили на рыхлый и тяжелый грунт, но, как оказалось, дело было в блокировке.

Мотор-колеса лунохода

Каждое колесо лунохода было снабжено собственным мотором. Для того чтобы во время стоянки, например, на горке, луноход не съезжал со своего места, в системе управления моторами колес была блокировка. Однако она работала все время, в том числе и на ровном участке. Дело в том, что блокировка работала на электромагнитах. Она выдерживала воздействие тока силой в 2 ампера в течение 0,5 секунды, а потом нужно было переключить ток на 0,005 ампер. Только такого действия вообще не было предусмотрено, и электромагниты на всех колесах перегорели, после чего стояночные тормоза стали работать постоянно. К счастью, ресурс двигателя был огромным и позволял преодолевать дополнительную силу трения. Но скорость аппарата все равно не могла стать большой, сильное торможение происходило и по другой причине. На борту были две телекамеры, своего рода «глаза». Они позволяли определять расстояния до объектов. Правда, оказалось, что это не так просто. Камеры располагались слишком низко. Водителям приходилось часто останавливаться, чтобы было время правильно оценить размеры лежащих камней и глубину кратеров. К тому же линия горизонта на Луне гораздо ближе к наблюдателю, чем на Земле, так как радиус естественного спутника меньше радиуса нашей планеты, а это было непривычно для взгляда.

Во втором луноходе для удобства была добавлена третья камера на высоте человеческого роста.

Для сравнения: «Луноход-1» за десять с половиной месяцев проехал 10,5 км, а «Луноход-2» за пять месяцев преодолел более 37 км. Это время равно 10 и 5 лунным дням соответственно. Промежуток времени в месяц не случайно назвали в честь серпа Луны. Скорость вращения спутника такова, что сутки на нем – время между двумя полнолуниями – соответствует 29,3 суток на Земле.

Пятый лунный день работы «Лунохода-2» стал для него последним не из-за выработки ресурса, а из-за ошибки. После двухнедельного сна в лунную ночь аппарат начал заряжаться и готовиться к новому путешествию. Набрав достаточно заряда, луноход тронулся.

Макет «Лунохода-2»

Впереди был небольшой кратер. Таких по пути аппарата ранее было много, потому водители не видели в нем угрозы. Однако «Луноход-2» практически сразу застрял. Кратер оказался достаточно глубоким. Обычно перед тем, как выбраться из ямы, крышка, на которой изнутри располагалась солнечная батарея, закрывалась, и на заряде аккумуляторов луноход сдавал назад. На этот раз руководители приняли решение крышку с солнечной батареей оставить открытой – все-таки луноход был спросонья и много энергии не имел. Однако в кратере был еще один – незаметный, предательский, поменьше размером, – из-за чего «Луноход-2» при движении зацепился за стенку кратера и зачерпнул его содержимое. Лунная пыль попала на солнечную батарею, а потом на радиатор, который охлаждал приборы аппарата. На этот раз сыграл еще тот факт, что крышка смещала центр тяжести и немного наклоняла луноход назад. Это как раз нельзя было отработать во время тренировок на Земле. На следующий сеанс связи «Луноход-2» не вышел – перегрелся. О завершении работ официально объявили через три недели.

Еще одна проблема, которая привела к такому исходу, связана с ошибкой в системе навигации.

В первом луноходе для определения угла наклона аппарата использовался небольшой шарик. Он свободно мог кататься по специальной капсуле под действием силы тяжести Луны. Если луноход наклонялся вперед, то и шарик скатывался вперед на определенное расстояние. Там он замыкал электрический контакт и таким образом сообщал о значении угла.

Для «Лунохода-2» инженеры эту систему усовершенствовали и вместо шарика использовали жидкость. Правда, в невесомости жидкость ведет себя совершенно иначе, чем на Земле или на Луне. Во время полета к Луне жидкость разделилась на несколько капелек, которые замкнули контакты со всех сторон капсулы. В итоге прибор не работал полностью. Без него водители из наземного экипажа только на глаз по изображению на телекамерах могли понять положение лунохода и возможные риски опрокидывания или задевания склонов кратеров. Более того, из-за этого прибора «Луноход-2» мог вообще остаться на месте посадки, не проехав ни одного метра. Дело в том, что после мягкого прилунения на приборах у водителей угол наклона зашкаливал. Вполне возможно, что луноход после отделения от посадочной платформы мог вообще опрокинуться и лежать колесами вверх. Руководители миссии решили сначала его запустить, включить камеры и получить какие-нибудь данные, а затем уже проводить процедуру отделения. По первым телевизионным кадрам стало понятно, что аппарат стоит практически горизонтально на ровной площадке.

В это же время в США с исследовательскими целями отправляли на Луну людей. Но астронавты тоже люди и могут ошибаться.

Начнем с неурядиц экипажа «Аполлона-11». Помимо проблем с дверью, описанных в главе «Давление», выйти на Луну первопроходцам мешала лестница.

Четыре стойки лунного модуля были телескопическими. Чтобы смягчать удар при посадке, их можно было втянуть. Но астронавты сели очень мягко, и стойки остались выдвинутыми на максимальную длину. Трап был рассчитан именно на сжатие стойки и на рыхлый песок, в который модуль погрузится. Все пошло не по плану, и в итоге между поверхностью Луны и последней ступенькой было 90 см. Даже на Земле прыгать с такого расстояния опасно, а если человек в тяжелом скафандре, который может завалиться в сторону тяжелого ранца, да и еще в условиях непривычной гравитации – тем более. Потом на ступеньку нужно будет залезть, чтобы вернуться, а это будет еще сложнее.

Нил Армстронг сошел с трапа ловко и легко, но сразу решил проверить, а сможет ли он забраться назад. И не смог запрыгнуть. Даже несмотря на пониженную гравитацию, подняться не получилось. Только за счет подтягивания на руках на поручнях астронавт добрался до заветной ступеньки. Лишь после этого наконец был совершен тот самый исторический «маленький шаг для одного человека».

Потом при возвращении Армстронгу и Олдрину пришлось потрудиться, чтобы взобраться назад в лунный модуль и загрузить туда образцы грунта. Экипажу следующего «Аполлона-12» было еще труднее, так как командир Пит Конрад был, в отличие от Армстронга, невысокого роста.

Пожалуй, главной задачей первой пилотируемой миссии на Луне было не научное исследование, а выигрыш политической гонки. Поэтому процесс установки американского флага был одним из основных. Однако Нил Армстронг и Базз Олдрин немного ошиблись с местом. Звездно-полосатый был установлен недалеко от корабля. Известно, что рядом со стартующей ракетой людям лучше не находиться и не устанавливать шаткие конструкции.

На Луне атмосферы нет, а значит, не будет ни ударной волны, ни ветра. Тем не менее газовые струи двигателя, а также поднимающаяся от их работы пыль легко сдувают все окружающие предметы. Флаг во время отбытия экипажа упал. Также повредились и научные приборы, которые тоже были рядом. Второй миссии, а именно «Аполлону-12», было предписано отнести флаг и исследовательское оборудование подальше. Чарльз Конрад и Алан Бин сделали это, но с огромным трудом. Масса научного комплекса составляла 130 кг. Хотя на Луне вес в шесть раз меньше, но в неудобных жестких скафандрах таскать все это стоило огромных усилий.

Задачей «Аполлона-12» было не только установить оборудование, но и вернуть на Землю детали исследовательского зонда Surveyor-3. Ходить, а вернее прыгать, требовалось много. Вдохновленные астронавты были этому только рады. Они прыгали по Луне из стороны в сторону, как дети, играя в «найди необычный камень». Ученым на Земле такой энтузиазм нравился, пока экипаж не заблудился. Конрад и Бин потеряли корабль из виду. Но так как они понимали, что слишком далеко уйти не могли, то решили подняться на высокий холм и оглядеться. С него астронавты обнаружили лунный модуль и тот факт, что отклонились на 50 метров восточнее того места, где должны были находиться.

Психологам тоже не понравилось возбужденное поведение астронавтов, особенно командира. Когда Чарльз Конрад ступил на поверхность Луны, вместо того чтобы произнести красивую фразу, как это сделал Нил Армстронг, он начал активно шутить. Оказалось, что он поспорил с итальянской журналисткой Орианой Фаллачи на 500 долларов, что может сказать на Луне все, что угодно. Правда, психологи этого не знали и не поняли поведение командира, решив, что он выпил алкоголь.

Самая большая проблема «Аполлона-12» имела место еще на Земле. Старт был назначен на определенную дату, но в этот день полил сильный дождь и началась гроза. В сложных метеоусловиях по соображениям безопасности пуск по инструкции необходимо было отложить. Однако старт решили провести, так как посмотреть на него приехал сам президент США Ричард Никсон. Уже на 30 секунде полета в ракету-носитель ударили две молнии. Второй разряд силой 80 000 ампер вырубил практически все системы в корабле. Каким-то чудом электрический ток не пошел в кабину с людьми и в систему управления ракеты-носителя. Пока не произошло отделение космического аппарата от ракеты-носителя, астронавты успели перезапустить часть бортовых систем, а некоторые системы были перезапущены в процессе полета. Оставался риск, что молнии могли повредить работу парашютов, но так как уже ничего сделать было нельзя, полет продолжился.

Хотя у астронавтов, очевидно, были причины для волнения, они нашли свою цель. Surveyor-3 два года ждал их прибытия. Астронавты сняли с него детали и увезли на Землю. Там исследователи пристально изучили ценные объекты и обнаружили живые бактерии стрептококка, которые спрятались в изоляционной пене между двумя блокам печатных плат. В этой зоне технологически было невозможно провести стерилизацию. Сначала решили, что при сборке техник «испачкал» автоматическую станцию, она прилетела на Луну, и бактерии прожили там два года, пока не вернулись на родную планету. Это стало сенсацией. Однако при внимательном анализе стало ясно, что детали Surveyor-3 были недостаточно надежно упакованы, и бактерии могли попасть на них уже после возвращения астронавтов на Землю.

Злоключения «Аполлона-13» в этой главе мы не будем трогать, поскольку они было подробно описаны в предыдущих главах.

Учитывая проблемы с перемещением грузов, к следующей лунной миссии «Аполлон-14» для экипажа приготовили специальную «тачку» MET. Коляска должна была помогать Алану Шепарду и Эдгару Митчеллу не только перемещать приборы, но и везти пробы грунта. Астронавты отправились за образцами за целых 3 км от места посадки. На Земле это небольшое расстояние, но на Луне в тяжелом скафандре по рыхлому песку по склонам кратеров преодолеть его очень тяжело. Шепард и Митчелл так и не смогли достичь нужного места. Помимо тележки, которая была скорее якорем, утягивающим в рыхлый песок, им мешало яркое Солнце. Тучек на Луне не бывает, и потому свет там буквально слепящий. Маршрут был выбран так, что идти приходилось практически вслепую. Слепли даже камеры, которые астронавты случайно направляли на Солнце. Немудрено, что в таких условиях экипаж «Аполлона-14» заблудился. Они ушли по запланированному учеными маршруту только на километр, хотя должны были отойти на три. Карта, составленная по фото с орбиты, никакой информации астронавтам не давала. Однотипный пейзаж и игра теней только путали. Надежда была на специальный магнитометр, который мог работать как компас. Только на Луне нет собственного магнитного поля. Расчет ученых был на магнитное поле Земли, которое достает до естественного спутника. Однако металлические залежи лунных руд под воздействием земного поля тоже становятся магнитами. Они и запутывали прибор. Хотя для ученых это была интересная информация, астронавтам она не помогала. В итоге единственным приемлемым ориентиром на Луне оказалось Солнце, и именно на его движении были основаны приборы навигации последующих миссий. А Шепард и Митчелл, бросив поиск места назначения, по своим следам пошли назад к модулю. В отличие от метавшихся в разные стороны предшественников Чарльза Конрада и Алана Бина, им это сделать было проще.

Инженеры учли ошибки и разработали целый луномобиль для экипажа «Аполлона-15», чтобы удобно было перемещаться. С его помощью Дэвид Скотт и Джеймс Ирвин проехали по поверхности Луны суммарно почти 28 км. Правда, отъезжать слишком далеко от места посадки астронавтам было нельзя. В случае поломки ровера добираться до корабля пришлось бы на своих двоих, а ресурсы заряда и воздуха у скафандров ограничены. Самое большое удаление составляло 7 км.

Алан Шепард стоит возле транспортера (МЕТ). NASA

Возвращаться к лунному модулю пешком астронавтам не пришлось – свою задачу лунная машина выполняла, хотя и создавала много проблем. Если ехать на ней слишком быстро, то она скакала на каждой кочке, которых на Луне было множество. Подскоки на спутнике в шесть раз выше, чем на Земле, из-за более низкой силы тяжести. Ровер чаще летел, чем ехал. Аккуратная езда тоже была небезопасна. В рыхлом песке колеса пробуксовывали. При первом испытании в боевой лунной обстановке оказалось, что передние колеса не поддавались управлению, и полноприводный ровер превратился в заднеприводный. В итоге астронавты несколько раз не справлялись с управлением и уходили в занос. Один был на целых 180°. К счастью, автомобильное движение в то время не было развито на Луне, и ровер не мог попасть в ДТП. К тому же ремни безопасности были совершенно неэффективны. Они держали скафандры, а астронавты в них свободно «болтались», ударяясь о шлем или шейное кольцо.

Еще одно нововведение миссии «Аполлон-15» – бур. До этого грунт добывали на уровне до 25–30 см от поверхности планеты, а дальше уже было не продвинуться. Новое оборудование могло углубиться на 3 метра, но астронавт Дэвид Скотт мучился 35 минут и смог продвинуться всего на 1,8 м. Во-первых, крайне неудачно была изготовлена спираль бура. Ее сечение было неравномерным, и Скотту требовалось разное усилие для его проворачивания. Затем астронавт не смог вытащить инструмент. Бур застрял в грунте, и только с помощью напарника Джеймса Ирвина удалось достать образец. Проблему можно было решить простым домкратом, о котором инженеры не подумали. Затем трехметровую трубу с керном (так называют пробу грунта в виде трубки с сечением бура) требовалось еще вытащить. Бур нужно было разобрать, но специальные тиски для этой процедуры оказались собраны «наоборот» – вместо того чтобы зажимать деталь, они расходились. Помимо ссадин и ушибов Скотт повредил плечо, а Ирвин заработал вывих руки. В дальнейшем прибор улучшили.

Во время миссии «Аполлон-16» один из экспериментов с бурением провалился. Чарлз Дьюк делал скважину для установки прибора регистрации тепловых потоков из ядра Луны. Пока он шел с инструментом, случайно зацепился ногой за кабель этого прибора и вырвал его с корнем. Правда, астронавт этого не заметил и начал бурение. Через несколько минут ошибка была обнаружена, но сделать уже ничего было нельзя.

Астронавт в лунном скафандре не видит собственных ног – на груди висят блок управления и фотоаппарат. В каждой экспедиции были похожие проблемы, но благодаря внимательным напарникам удавалось обнаруживать и решать проблему до возникновения серьезных последствий. В этом случае Земля загрузила второго астронавта Джона Янга другой работой, а Дьюка не предупредила о проблеме, хотя центр управления в Хьюстоне прекрасно видел при помощи камеры обмотанный вокруг ноги кабель. Продолжать бурение было уже бессмысленно. На этом ошибки из-за неловкости не закончились.

Астронавты случайно задели пылевой щиток луномобиля и оторвали его. Пыль, поднятая колесами планетохода, взлетела на огромную высоту. Она оседала на скафандрах и приборах. Вещество поверхности Луны очень темное и прекрасно поглощает свет. Из-за этого приборы в пыли нагревались. Нужно было постоянно счищать надоедливый песок.

Тем не менее астронавты не доглядели, и в луномобиле вырубился навигационный компьютер. Люди на Луне снова могли заблудиться. К счастью, рядом с местом посадки была примечательная скала, которая послужила для астронавтов хорошим ориентиром, и они смогли найти дорогу к своему модулю. К тому же ровер имел большой ресурс, хотя никто на Земле не планировал, что его будут использовать так долго.

В миссии «Аполлон-17» у Юджина Сернана и Харрисона Шмитта была похожая проблема. Они тоже сломали пылевой щиток луномобиля. Однако умудренные опытом коллег астронавты придумали способ, как починить щиток с помощью подручных средств. Главным инструментом стал обычный скотч, которым на Земле можно отремонтировать почти все. Взамен оторванного был сделан новый щиток из карт местности, который закрепили клейкой лентой и зажимами от ламп лунного модуля. Тем не менее экипажу следовало все равно протирать залетавший песок. Лунная пыль очень липкая. Из-за постоянного облучения солнечной радиацией на ней образуется статический заряд. Вещество Луны притягивается к скафандрам и инструментам астронавтов словно бумажки к расческе, которую до этого натерли в волосах. Благодаря самодельному щитку приборы не нагревались и на них не попадало много пыли.

Фотография самодельного щитка лунного ровера. NASA

Однако у лунного песка есть и другое неприятное свойство. Постоянные падения астероидов дробят камни лунного грунта. Эрозии, которая сглаживала бы получившиеся сколотые песчинки, на спутнике Земли нет. Из-за этого лунная пыль имеет очень острые края и обладает высокими абразивными свойствами. Скафандры получали сильные царапины и даже протирались. У ровера «Аполона-17» пыль протерла замок багажника, и в последней поездке из него вываливались инструменты. Благо все операции астронавтами уже были сделаны, а важные пробы чудом не выпали из грузового контейнера и не пострадали.

В ходе действий на Луне астронавты провели очень много исследований, которые практически никогда не выполнялись полностью. Это было не страшно, так как программу ученые рассчитывали по максимуму и понимали, что всего не успеть. Однако ощущение незавершенной миссии приводило к спешке, и в сложных ситуациях астронавты многое забывали. Например, Базз Олдрин должен был оставить на поверхности Луны памятные вещи: эмблему «Аполлона-1», советские медали памяти Комарова и Гагарина и оливковую ветвь. Вспомнил он об этом, только усевшись в корабль перед стартом с Луны. Он просто выбросил запакованный пакет из люка.

Астронавты «Аполлона-12» собирались освободить кабину от лишнего груза и выбросить ставшие ненужными предметы, при этом по ошибке они выкинули одну отснятую фотопленку. Алан Шепард забыл на Луне кассету с пленкой, которую должен был забрать из фотокамеры, оставшейся на Луне.

Последняя на сегодняшний день пилотируемая миссия «Аполлон-17» была самой успешной, что неудивительно, ведь NASA училось на своих же ошибках. С научной точки зрения это тоже была самая плодотворная экспедиция, и одной из причин было появление в экипаже настоящего геолога Харрисона Шмитта. О том, что на Луне нужен был ученый, многие говорили уже давно, но ответом было: «От мертвого ученого пользы на Луне не будет». Логика руководителей была ясна – проще выучить геологии астронавта, чем геолога подготовить к космическому полету. Хотя первые пробы с естественного спутника Земли оказались интересными, нужны были дальнейшие открытия. Для высадки экипажей ученые старались подбирать интересные места, но астронавты там находили только одинаковые серые камни. Когда же Юджин Сернан оказался на Луне, он тоже видел вокруг одно и то же, но его напарник геолог Харрисон Шмитт своим зорким глазом находил еле уловимые признаки интересного в кратерах, скалах и на склонах. Он давал наводку своему командиру, и когда они вместе оказывались в выбранном пункте, находили там совершенно новые камни, породы, увеличивая знания людей об удивительном мире Луны.

Когда настало время улетать, астронавты грустно осмотрели окрестности и отправились на Землю. На лунной поверхности остался ровер, который своей камерой провожал команду. В какое-то мгновение наземные службы увидели через нее, как сверкнуло солнце, а затем корабль стал падать назад на Луну. На самом деле всех испугал скользнувший блик. Стыковка лунного корабля с командным модулем произошла только с третьей попытки, словно сама техника не хотела расставаться с удивительным миром. Затем еще и не закрылись все замки между модулями. Пока астронавты решали проблему, к ним на борт пришло сообщение от президента США, которое расстроило их еще больше. В нем говорилось, что они, вероятно, последние люди на Луне в XX веке.

Глава 10
Венера

Тепленькая пошла!

Из кинофильма «Ирония судьбы, или С легким паром!»

До начала эпохи космонавтики по астрономическим наблюдениям о Венере были представления как о планете-двойнике Земли. У нее почти такие же размеры и такая же масса. Было известно, что Венера – вторая планета от Солнца и вся покрыта облаками. На этом знания о Венере, строго говоря, заканчивались, и начинались домыслы, которые, как потом выяснилось, были ошибочными.

Правда, перед тем как автоматическим межпланетным станциям удалось подлететь к планете, инженеры успели немало напортачить.

О первой попытке с Тяжелым спутником и перегревом его систем уже было рассказано в главе «Температура». Вторая попытка оказалась удачнее. Аппарат «Венера-1» полетел навстречу своей цели, но через семь дней не вышел на связь. Оказалось, что для сохранения ресурса у межпланетной станции была система автоматики, которая на время отключала приборы и датчики. Путь на Венеру долгий – около трех месяцев, и работать энергосистеме в полную силу необязательно. Этот принцип инженеры решили применить и к системам радиосвязи. Прием и передача сигналов осуществлялась по таймеру раз в пять суток. Первый сеанс связи с «Венерой-1» показал, что в работе солнечных батарей есть проблемы. Датчики поворота к Солнцу нагревались сильнее, чем было запланировано, но работали. Второго же сеанса так и не случилось. Видимо, солнечные батареи отвернулись от Солнца и престали снабжать станцию энергией. Этого можно было избежать, если бы связь работала постоянно и инженеры узнали о проблеме оперативно. Урок был извлечен! Все последующие межпланетные станции, куда бы они ни летели, должны были иметь возможность поддерживать связь непрерывно.

После этих провалов закрылось так называемое пусковое окно, и для следующей попытки требовалось подождать полтора года. Отправлять космические аппараты к другим телам Солнечной системы энергетически наиболее выгодно в определенные моменты времени, когда взаимное расположение Земли, Солнца и интересующего нас объекта позволяет вывести космический аппарат на требуемую траекторию с минимальными топливными затратами. Отправить что-то тяжелое к Венере или Марсу не в рамках пускового окна просто физически не получится. Подобные пусковые окна существуют даже для Луны, правда, в этом случае обстоятельства складываются наилучшим образом практически каждый месяц, а вот ждать подходящего момента для запуска космических аппаратов к другим планетам приходится несколько лет.

Для новой возможности подготовили сразу три зонда, но все три не смогли покинуть околоземную орбиту из-за отказа ступеней ракет-носителей «Молния». В одном случае один из двигателей ориентации не запустился, в другом случае оказался перекрыт клапан подачи топлива и маршевый двигатель остался выключенным, а в третьем случае топлива подавалось слишком много, и двигатель взорвался.

В США в такое стартовое окно получилось запустить к Венере миссию «Маринер-2». Причем во время пуска тоже обнаружилась проблема. В системе управления одного из стабилизирующих двигателей в процессе полета на несколько секунд отошел контакт. Ракета-носитель начала трястись, но удивительным образом от колебаний контакт встал на место. Еще удивительней, что эта нештатная ситуация не привела к каким-либо дальнейшим последствиям. В итоге «Маринер-2» пролетел недалеко от Венеры и впервые провел ее исследование с достаточно близкого расстояния.

Его данные показали, что многие ученые ошибались насчет Венеры. Например, у нее, в отличие от Земли, не было собственного магнитного поля. Также американский зонд измерил с помощью инфракрасного радиометра температуру планеты. До этого по вопросу тепла на Венере было несколько мнений. Всем было ясно, что раз она ближе к Солнцу, то и температура там будет выше. Но раз там всё в облаках, то водяной пар может стать щитом, отражающим солнечный свет, а у поверхности планеты в тени облаков будет жаркий, тропический, но приятный для развития жизни климат. Книга братьев Стругацких «Страна багровых туч», написанная за пять лет до исследований «Маринера-2», в художественной форме описывает одну их подобных теорий. В реальности температура оказалась в диапазоне от +200 до +300 °C. Однако метод измерения не позволял точно утверждать, что это температура поверхности планеты – многое зависело от атмосферы. Атмосфера могла быть достаточно прозрачной, а поверхность горячей, или атмосфера могла быть непрозрачной, и тогда приборами была зарегистрирована температура облаков.

Большинство исследователей склонялось к первому варианту. Тем не менее стало ясно, что при такой температуре мечтать о жизни на Венере не приходится.

После этого интерес к Венере в США остыл. В СССР удача американской станции и свои неудачи подстегнули конструкторов, и к следующему пусковому окну было подготовлено еще три зонда.

На этот раз все системы продублировали на случай отказа. Из-за этого вся конструкция стала сложнее, а чем запутанней задача, тем проще совершить ошибку. Так и произошло.

Первый из трех новых зондов получил название «Космос-27». При старте ракета-носитель не подвела, но во время переключения электропитания на бортовые системы возник сбой. Проблема оказалась связана с неправильно собранной электрической схемой и устранялась, как потом сказали разработчики, «за 20 минут с помощью паяльника».

Следующий аппарат назвали «Зонд-1», и его схему спаяли как полагается. На этот раз межпланетная станция смогла покинуть околоземную орбиту, но почти сразу возникла новая парадоксальная проблема. В приборе внутри корабля в безвоздушном пространстве не было вакуума. Для контроля температуры, чтобы системы не перегревались, использовалась газовая смесь. Электроника же работала на вакуумных лампах. Вакуумными они называются не просто так. Если внутри лампы окажется воздух, то электроны, которые в ней образуются, начнут сталкиваться с атомами и создавать другие заряженные частицы – ионы. Эти частицы, имея разные заряды, приведут к негативным эффектам, например снижению или увеличению силы тока в цепи. Так как вакуумные лампы отвечают за работу автоматики, перебои в них приводят к самым разным последствиям.

Макет «Зонда-1»

В одной из таких ламп «Зонда-1» оказался брак – небольшая незаметная трещинка, но достаточная, чтобы внутрь прошел воздух. Газовая смесь ионизировалась и привела к возникновению коронального электрического разряда внутри и к короткому замыканию. Система связи вышла из строя, но благодаря отдельной системе внутри спускаемого аппарата некоторое время данные на Землю передавались, но не о Венере, а о межпланетном пространстве.

Для следующих миссий требовалось время, так как пусковое окно закрылось, но инженеры не сидели без дела. Чтобы таких проблем, как у «Зонда-1», больше не было, по требованию Главного конструктора в перечень наземных испытаний была включена проверка ламп на герметичность рентгеновскими методами. Кроме этого, у инженеров появилась новая забота – подготовить зонды для полета на Марс. Правда, в назначенное время запущен был только один из пяти аппаратов. Три из оставшихся конструкций решили переделать под полет на Венеру, а четвертую использовать в наземных испытаниях.

Следующее окно пусков началось с успешного старта автоматической межпланетной станции «Венера-2», которая направилась к планете. И не только к ней, но и еще к Солнцу, а не от него, как было бы в полете к Марсу. Но операторы почти сразу после запуска стали отмечать ухудшение связи. Это был первый симптом. За несколько дней до подлета было принято решение перевести ресурсы станции на исследование. Все приборы были активированы, переведены в режим записи на информационные носители на борту, а радиопередатчики были отключены. Вероятно, «Венера-2» исследования провела, но передать на Землю данные так и не смогла. Все попытки с ней связаться провалились. Дальнейший анализ показал, что были неверно установлены некоторые из 40 элементов радиатора системы охлаждения. Они не излучали в космос излишки тепла от Солнца, а наоборот, передавали его бортовым системам связи, которые, вероятно, из-за этого и вышли из строя.

Сестра-близнец этой АМС «Венера-3» стартовала с Земли на четыре дня позже и тоже не избежала печальной участи. Однако, в отличие «Венеры-2», которая пролетела мимо планеты, ее последовательница сбросила спускаемый аппарат, который врезался в поверхность планеты.

Советские конструкторы мечтали увидеть на Венере жизнь, в связи с чем зонд стерилизовали. Инженеры боялись, что микробы с Земли могут повлиять на биосферу Венеры. К этому времени в СССР уже имелись данные американского зонда «Маринер-2» об отсутствии жизни на Венере, да и новые отечественные радиотелескопы с Земли провели эксперимент с тем же результатом. Так что это скорее была наивная надежда.

В наличие жизни на Венере верили далеко не все, а вот в том, что там есть вода, почти никто не сомневался, причем людям представлялись полноценные моря и океаны. Действительно, если есть облака, то должны быть и дожди. Если есть дожди, то будут и водоемы. На случай падения в океан на спускаемом аппарате инженерами была размещена плавучая антенна, которая крепилась замком, сделанным из обычного сахара. При контакте с водой сахар растворяется, антенна высвобождается и всплывает, передавая на Землю данные. Эту идею «позаимствовали» у морских мин, которые работают на схожем принципе.

Такой сахарный замок установили на «Венеру-4», которая была запущена в следующее пусковое окно в 1967 году. Правда, старт этого аппарата, в отличие от предыдущих, был подготовлен не конструкторским бюро Королёва. Все программы по межпланетным лунным, марсианским и венерианским аппаратам были переданы под руководство Георгия Бабакина в НПО им. С. А. Лавочкина. Зная ошибки предшественников, удалось их не допустить. С первого же раза миссия успешно была запущена: станция добралась до орбиты Венеры, изучила планету с пролетной траектории и выпустила посадочный аппарат. Но всех ученых дальше ждало большое удивление.

Получив первые данные, операторы решили, что и здесь все прошло гладко и зонд транслирует данные с поверхности Венеры. Дело в том, что последнее показание высоты при посадке – 28 км над поверхностью, а затем через промежуток времени, равный примерно времени падения на парашюте с такой высоты, были переданы информация о температуре в +325 °C и давлении 18 земных атмосфер. Эти показания походили на предсказания многих астрономов. Никто даже не задумался, что высотомер еще как минимум дважды должен был зафиксировать и передать расстояние до поверхности планеты. Где именно посадочный аппарат «Венеры-4» встретил свою кончину, сказать трудно.

Также полной неожиданностью стало открытие углекислой атмосферы. Изначально ученые предполагали, что основным газом в атмосфере Венеры будет азот. По крайне мере на Земле именно так. На Венере же азота оказалось меньше 7 %. Кислорода и того меньше – всего 1 %, можно сказать, что его нет. Основным газом, составляющим 92 % от всей атмосферы, является углекислый газ.

Водяных облаков, о которых мечтали фантасты, не было вовсе. С учетом того, что газоанализатор не зафиксировал ничего, можно было надеяться разве что на 0,7 %. Это и более низкое содержание пара прибор бы не смог зафиксировать из-за своей недостаточной точности. Забегая вперед, скажем, что и это слишком много и по современным оценкам в венерианской атмосфере водяного пара менее 0,002 %.

Позже американский аппарат «Маринер-5» провел еще один эксперимент по радиозатмению аппарата Венерой. Он должен был пролить свет на ту неопределенность, которая оставалась после «Маринера-2» и очень необычных данных с «Венеры-4», указывавших, что атмосфера у второй планеты от Солнца гораздо плотнее, чем думали ученые в США и в СССР до этого.

Ученые построили модель атмосферы Венеры по новым совместным данным и получили… ерунду. Однако все сходилось, если представить, что плотность атмосферы Венеры у поверхности в 100 раз больше земной, а «Венера-4» передала показания с 26 км. Тогда становится понятным, почему радиовысотомер советского зонда больше ничего не передал – его просто раздавило огромным давлением. Время передачи, пока аппарат падал с 28 до 26 км, тоже объясняется высокой плотностью воздуха. Зонд практически плавал в плотной атмосфере и из-за этого опускался гораздо медленнее, чем рассчитывали ученые. Высокая температура объяснялась парниковым эффектом, а отсутствие воды и ожидаемых газов – тем, что более тяжелый углекислый газ просто выдавил более легкие азот, кислород и водяной пар.

Правда, это стало понятно, когда две автоматические межпланетные станции «Венера-5» и «Венера-6» были уже собраны. Прочность их корпуса была увеличена в 2,5 раза, но по новым данным этого даже близко не хватило бы, чтобы успешно сесть и не быть раздавленными. За оставшееся до пускового окна время было невозможно изменить конструкцию так, чтобы получить удовлетворительный результат.

Кроме того, прочность была увеличена за счет толщины стенок, но при этом масса превышала грузоподъемность ракеты-носителя. Ученым пришлось убрать еще несколько приборов для снижения массы зонда. Чтобы спускаемый аппарат быстрее погружался в атмосферу и успел до перегрева получить больше информации, ему уменьшили размер парашюта.

На борт взамен предыдущих были поставлены более точные приборы, которые чаще проводили измерения и передавали данные. Особенно это было важно для газоанализатора, который должен был искать воду, так и не найденную «Венерой-4». А сахарный замок, очевидно, был уже не нужен.

Совершенно новым прибором на борту был фотометр – датчик света. Интересно, что при этом зонды должны были садиться на ночной стороне. Это не ошибка. Прибор должен был уловить вспышки света от возможных молний. По вопросу, могут ли быть атмосферные электрические разряды на Венере, велось множество споров. Молнии возникают в водяных грозовых облаках, а если нет пара, то не будет и молнии. С другой стороны, «Венера-4» зарегистрировала радиоволны, которые исходили от планеты. Конечно, самые впечатлительные энтузиасты сразу подумали, что это сигнал от разумных жителей Венеры. К тому же до этого с Земли в сторону планеты радиоастрономы послали сообщение из трех слов «Мир. Ленин. СССР», зашифрованное азбукой Морзе, а зарегистрированные сигналы – это, получается, ответ. Однако в сигналах не было логики, и они были похожи на помехи, которые возникают после ударов молнии.

В итоге миссии «Венера-5» и «Венера-6» прошли успешно, но, по сравнению с прошлой попыткой, углубиться удалось всего на 7 км. Тем не менее новые данные были получены. Например, обнаружили водяные пары, но в крайне незначительном количестве. На «Венере-5» буквально за мгновения до отключения фотометр увидел вспышку, но то, что приняли изначально за молнию, на самом деле, скорее всего, было электрическим разрядом, вызванным разрушением конструкции.

Ученые снова взялись за моделирование атмосферы и решили, что и предыдущие оценки неверны, а температура и давление на поверхности еще выше. Однако инженеры не опустили руки и к следующему этапу полностью переделали спускаемый аппарат для АМС «Венера-7». На этот раз он был прочнее предыдущего почти в 100 раз и выдерживал давление в 180 атмосфер.

Правда, из-за этого аппарат стал гораздо тяжелее. Потребовалось снять почти все научные приборы. Стоит отметить, что, даже сняв все возможное, конструкторам не удалось облегчить «Венеру-7» до необходимой массы. Пришлось улучшать ракету-носитель, чтобы она могла поднять более тяжелый груз. На борту остался только спектрометр для определения химического состава грунта и приборы, которые требовались для технической работы, такие как высотомер, термометр, датчики давления и перегрузки. При этом, когда зонд вошел в атмосферу Венеры, частично отказал коммутатор на его борту. Этот прибор должен был последовательно подключаться к датчикам и передавать их информацию по радио на Землю. Коммутатор смог предавать на Землю только температуру. К тому же оставался вопрос: температура чего измеряется – зонда или атмосферы?

Радиоволна, идущая от «Венеры-7», подвергалась эффекту Доплера. Это эффект увеличения или уменьшения длины волны в зависимости от скорости движения передающего устройства. С его помощью можно понять, на какой высоте находится аппарат, как быстро он снижается, а по скорости снижения можно определить плотность атмосферы и скорость ветра.

Тут обнаружилась еще одна проблема. В определенный момент во время посадки скорость зонда резко увеличилась. Вероятно, из-за трения возник статический заряд, который вызвал короткое замыкание и отстрел парашюта раньше времени. После этого все решили, что аппарат просто разобьется, но нет. В первые мгновения от зонда и правда ничего не удалось принять, но через 22 минуты стало ясно, что «Венера-7» продолжает передавать данные о температуре. Случай с парашютом даже помог оценить плотность грунта планеты, ведь если зонд упал с такой скоростью и не разбился, то упал он явно на что-то достаточно мягкое.

Проблемой оказалась не только сила удара, но и форма спускаемого аппарата. Для уменьшения трения он был сделан в форме яйца, а антенна располагалась на самом верху. После посадки зонд просто завалился набок и «отвернулся». Через несколько минут он перекатился так, что антенна снова оказалась направлена на Землю. После этого, начиная с «Венеры-9», все спускаемые аппараты имели опоры, чтобы не заваливаться или не скатываться в случае посадки на склоны. Спускаемый аппарат АМС «Венера-8» тоже был в виде яйца, но имел поворотную выносную антенну, которая могла повернуться к Земле даже в случае заваливания на бок. В итоге из относительно успешной миссии удалось выжать максимум, хотя очень многое шло не так, как было задумано.

«Венера-7» была слишком тяжелой. Теперь, зная точно, какое давление на Венере, инженеры рассчитали прочность и массу в оптимальном соотношении. Ошибки были учтены, и следующая межпланетная станция «Венера-8» отработала безупречно. Мало того, удалось поместить внутрь больше приборов, чем в прошлых миссиях.

Венера в облаках. NASA

Однако сама планета преподнесла несколько сюрпризов, которых никто не ожидал. Так, на зонде имелся фотометр. До этого все посадки осуществлялись на ночной стороне Венеры. Теперь требовалось узнать, какие характеристики у планеты на дневной стороне. У астрономов были две различные версии. Первая – на дневной стороне так же темно, как и на ночной. Толстый слой атмосферы и облака полностью поглощают свет от Солнца, и до поверхности ни один лучик не доходит. Другая версия – свет доходит и больше нагревает планету на дневной стороне. На Земле так и происходит: днем теплее, ночью холоднее. Неправы оказались все. Как выяснилось, на поверхности Венеры днем такая же освещенность, как в очень пасмурный день на Земле. Толстый слой атмосферы не поглощает, но сильно рассеивает свет. Облаков на Венере не так много, а углекислый газ прозрачный. Нам, землянам, известно, что когда Солнце находится у горизонта, земное небо окрашивается красными тонами. Проходя через слой воздуха, свет частично рассеивается. Лучше всего рассеивается свет с короткой длиной волны – синий, голубой, а красный и оранжевый рассеиваются меньше и проходят дальше. Правда, цветов фотометр различать не мог. Тем не менее тот факт, что только примерно 1/3 части видимого света доходит до поверхности, указывал на то, что фиолетовый, голубой, синий, зеленый рассеиваются, а до поверхности доходят только красный, оранжевый и часть желтого цвета.

При этом температура днем и ночью оказалась практически одинаковой. Углекислый газ прозрачен для видимого света, но хорошо поглощает инфракрасное тепловое излучение. Он не выпускает тепло, и из-за этого ночью планета не охлаждается.

Помимо стандартных газоанализаторов, на «Венеру-8» поместили индикатор аммиака, который работал по принципу лакмусового теста. Вещество-индикатор должно было при взаимодействии с газом окраситься. Тест показал незначительное, но достаточное для регистрации прибором его содержание, причем такое, что не согласовалось с другими данными. Аммиак хорошо поглощает радиоволны, а в предыдущих наблюдениях это не регистрировали. Дело в том, что вещество-индикатор так отреагировало на серную кислоту в венерианской атмосфере, запутав химиков.

Еще одна необычная особенность Венеры – скорость ветра. Верхние слои с облаками несутся со скоростью 100 м/с. На поверхности Венеры почти полный штиль – скорость ветра максимум 2 м/с. Сама планета вращается медленно, и совершенно неясно, почему есть слои, которые двигаются гораздо быстрее.

Следующими шагами в исследовании Венеры должны были стать выход на орбиту планеты и фотография с поверхности, тем более что «Венера-8» доказала, что света у поверхности планеты для этого хватит.

Правда, для реализации этих целей и повышения точности исследований требовалось сделать более крупный аппарат и как следствие использовать более мощную ракету-носитель. Таковой стала ракета «Протон-К» (УР-500).

С первой же попытки программу с новыми системами удалось выполнить. Однако неприятность все-таки случилась. Для защиты телекамер во время спуска в атмосфере на них имелись крышки. После посадки они должны были отстрелиться. На одной из камер этого не произошло, но хотя бы с другой удалось получить панораму в 180°. Правда, и тут не все оказалось гладко. Проблема заключалась в том, что изображение передавалось по радиосвязи по тому же каналу, что и другие данные. Раз в четыре минуты на Земле инженеры получали техническую информацию. В это время камера не выключалась и продолжала фотографирование, но не передавала ничего ученым. Это привело к потере кусочков изображения. Правда, технические данные передавались всего секунду, а съемка поверхности Венеры длилась 25 минут. Потерялось совсем немного. В дальнейшем делалась четырехминутная задержка перед началом работы фотоаппарата, которая позволяла передать другую информацию до начала съемки.

Еще одна проблема – наклон. Камеру разместили под углом в 45° относительно корпуса аппарата для изучения грунта, но чтобы при этом на снимке хорошо была видна линия горизонта. Однако «Венера-9» села на склон, и небо у правой стороны снимка было не видно. Зато линия горизонта оказалась ближе, чем рассчитывали ученые. Дело в том, что в плотной атмосфере лучи света сильно преломляются и идут под меньшим углом. Этот эффект так называемой атмосферной рефракции есть и на Земле. Мы видим солнечные лучи еще до того, как Солнце покажется из-за горизонта. На Венере этот эффект сильнее, и из-за него горизонт на фото кажется ближе, чем мы привыкли.

Что же там увидели планетологи? Много крупных валунов с острыми краями, напоминающими сколы. Это было большой неожиданностью. Дело в том, что эрозия на Венере должна очень быстро стесывать камни и делать их гладкими под воздействием сильного атмосферного давления. Такие сколы на камнях бывают после падения метеорита. Однако на Венеру метеориту упасть крайне сложно. Большая его часть сгорит в атмосфере, а то, что не сгорит, потеряет скорость и не врежется в грунт, а сядет мягко и плавно. Собственно, спускаемые аппараты венерианских межпланетных станций – такие же метеориты, только рукотворные. Второй вариант появления таких сколов – вулканы. При извержениях могут образовываться камни подобной формы. Только за всю историю наблюдения не было зафиксировано ни одного явного признака вулканической активности Венеры, а такое масштабное катастрофическое событие, как извержение, пропустить трудно, пусть даже его скрывала бы толстая атмосфера. Тем не менее недавняя вулканическая активность – это основная на сегодняшний день версия.

Первая панорама Венеры. Обработка NASA

Особенно примечательным камнем был объект размером около 40 см, который геологи осторожно назвали «странным камнем со стержнеобразным выступом и бугорчатой поверхностью». Он напоминал сидящую птицу с вытянутым хвостом.

Один знаменитый планетолог предположил, что объект представляет неизвестную форму жизни. Конечно, уже ни у кого из ученых не оставалось иллюзий, что какая-либо органика на Венере может выжить, но почему бы не существовать каким-нибудь другим формам жизни, например, кремниевым?! Эту версию продвигали видные деятели науки, например, Л. В. Ксанфомалити, но, скорее всего, это иллюзия. Мозг человека в ходе своей эволюции очень хорошо научился обнаруживать схожие черты объектов. Иногда схожими кажутся совершенно разные по природе объекты. Например, в розетке можно увидеть очертания лица. Подобные иллюзии получили название парейдолия и часто приводят к ошибкам и ложному восприятию. И в этой книге они еще встретятся.

Спускаемый аппарат следующей АМС «Венера-10», которая была точной копией «Венеры-9», сел на планету через пару дней в совсем другом месте. Это была ровная поверхность с небольшим количеством сглаженных валунов – именно то, что и надеялись увидеть планетологи. Во всем остальном «Венера-10» повторила судьбу «Венеры-9». Даже крышки отстрелились только у одной камеры.

В этот период на орбите Венеры творилась наука. Орбитальные части аппаратов проводили исследования издалека. Также у них была задача стать ретрансляторами сигналов с Венеры на Землю. Посадочные аппараты сначала посылали данные на борт орбитальной части, а потом уже с орбиты Венеры они отправлялись на Землю.

Но так как Венера к Солнцу ближе, чем Земля, то аппарат на освещенной поверхности планеты был повернут к Солнцу, а Земля оказывалась под большим углом к антенне. Чтобы улучшить качество связи, передача данных осуществлялась через посредника на орбите. Вот только такому спутнику необходимо вращаться с очень большой скоростью вокруг Венеры, чтобы не упасть, и остановиться он не может. По расчетам инженеров спускаемый аппарат должен был проработать полчаса, ведь примерно столько выдерживали предыдущие миссии. Орбитальный аппарат-ретранслятор будет находиться над освещенной стороной дольше – 65 минут, а значит, времени хватит за глаза. Однако инженеры поработали над конструкцией очень хорошо, и спускаемый аппарат не только проработал 65 минут, но явно мог бы и дольше. Тем временем связь с ним пропала, так как орбитальный ретранслятор скрылся за горизонтом.

Для «Венеры-11» и «Венеры-12» эту ошибку исправили. Их орбитальные аппараты 95 минут следили за зондами. Но, к сожалению, этого не понадобилось. Камеры посадочных аппаратов сняли только темноту. Если предыдущая пара станций что-то снять смогла, то у «Венеры-11» и «Венеры-12» ни одна крышка фотоаппарата не отстрелилась. Возможных причин было две. Инженеры после ошибки на «Венере-9» и «Венере-10» изменили конструкцию и подогнали крышку точно по форме камеры, чтобы ничего не могло зацепиться. В этом случае площадь соприкосновения крышки и камеры стала больше, а значит, увеличилось и трение. С учетом высокого давления на Венере сила трения оказалась еще больше. Вторая причина – некачественный пиропатрон. Поскольку не отделилась ни одна крышка, то некачественной должна была быть вся партия. Хотя проверить эту версию уже было нельзя, для исключения этой ошибки был разработан новый поход к отбору образцов и их проверке.

Помимо отсутствующих фотографий поверхности, неотстрелившиеся крышки помешали провести эксперимент по исследованию свойств грунта. Специальный механизм – пенетратор – должен был с усилием врезаться в грунт и провернуться. В зависимости от глубины погружения, угла поворота и силы тока, необходимого для проворачивания, можно было судить о плотности и твердости грунта. Вот только данные должно было снять телевизионное устройство, которое оказалось слепым.

Зато аппарат с помощью небольшого бура взял образец грунта и провел его анализ. Использовался метод исследования под названием рентгеновская флуоресцентная спектрография. Образец при этом подвергается высокоэнергетическому рентгеновскому излучению, которое возбуждает атомы грунта. После этого начинается свечение атомов. По тому, какое наблюдается свечение, можно было определить состав грунта. Внутри такого прибора должен быть вакуум, чтобы не мешали посторонние атомы, не имеющие отношения к исследуемому образцу.

Однако анализ почвы оказался безуспешным. В прибор при заборе грунта попал воздух атмосферы Венеры, который поглотил рентгеновское излучение. В итоге удалось узнать только состав воздуха. Была своя ирония в том, что для станции создавали корпус, выдерживающий давление Венеры, а внутри аппарата нужно было поддерживать вакуум.

На самом деле систему забора образцов сделали очень сложной. Грунт поднимался буром с глубины 2–3 см, а затем помещался в лоток. Двигаясь по нему, вещество Венеры проходило через шлюзовую камеру, из которой откачивался воздух. В клапанах шлюза, позволяющих газам атмосферы выходить, но не входить в камеру, возникли зазоры, вероятно, из-за свойства металлов расширяться при воздействии высокой температуры. Из-за высокого давления даже небольшая трещинка приводила к попаданию частиц атмосферы в прибор. Для следующей станции в этом приборе было сделано три шлюзовых камеры, в которые грунт должен был попадать последовательно. Этот способ позволял уменьшить перепады давления для каждого из шлюзов и уменьшить риск температурного расширения. Еще на «Венерах» нового поколения дублером пенетрометра был бур, который позволял с меньшей точностью, но без использования камер изучать физические свойства грунта.

На «Венере-12» все было по-другому. Пока совершалась посадка, от набегающих потоков воздуха возникла вибрация. Из-за тряски система доставки грунта просто разрушилась. К тому же касание поверхности планеты оказалось достаточно жестким. От удара почти все приборы, располагающиеся на внешнем ободе, вышли из строя. Причиной такого удара, вероятно, стало уменьшение размера парашюта. На самом деле последние 20 км зонд спускается вообще без него. Но на больших высотах, где давление не такое сильное, нужно дополнительное торможение. Успех предыдущей миссии окрылил конструкторов, которые решили за счет уменьшения парашютов ускорить процесс посадки на целых 15 минут, но, вероятно, переборщили. Скорость была слишком высокой, чтобы успеть затормозить полностью. Из-за такой скорости и вибрация была выше ожидаемой. Аппарат так трясся, что встроенный микрофон был оглушен. Этот прибор был добавлен, чтобы регистрировать возможные венеротрясения и раскаты грома от молний, а также по звуку определять скорость ветра. В частности, система «Гроза» зарегистрировала колебание электромагнитного поля, свойственное разряду молнии, но никаких звуков при этом не было слышно.

«Венера-11» после старта начала перегреваться. Оказалось, не работает один из вентиляторов. Решение нашлось. Дело в том, что для увеличения срока службы после посадки спускаемый аппарат еще на подлете к Венере охлаждают, закрывая его от прямых солнечных лучей. Специальные шторки выдвинули раньше запланированного и всю станцию отвернули от Солнца. При этом возникли проблемы с ориентацией. Для осуществления связи приходилось каждый раз включать двигатели и разворачивать станцию. Для полета к Венере топлива хватило и даже осталось на проведение экспериментов по исследованию гамма-всплеска. Но оказалось, что траектория аппарата проходит в относительной близости от кометы Брэдфилда, которую можно было изучить дополнительно. Однако после выполнения задач на Венере станции нужно было проработать еще полгода, пока комета не подлетит ближе, и ресурса для изучения новой цели у станции уже не было.

Локальный вентилятор межпланетных станций «Венера»

А вот «Венера-12» смогла это сделать. На ее борту имелось два магнитофона для записи информации. Один из них отключился. Теперь требовалось чаще передавать информацию и очищать магнитофон для перезаписи.

Орбитальный аппарат имел фотокамеру. Ее установили в надежде заглянуть в «глаз» циклона на Венере. Мы знаем, что в самом центре циклонов – атмосферных явлений на Земле – есть ясная область, «глаз бури». На Венере тоже бывают циклоны, но в их «глазах» ничего не видно. Атмосфера Венеры непрозрачна не из-за количества облаков, а из-за сильного рассеивания в плотной среде углекислого газа.

После провальных миссий предыдущих аппаратов за «Венеру-13» и «Венеру-14» взялись основательно. Было пропущено окно запуска, чтобы лучше подготовиться к следующей возможности отправить к Венере космические аппараты. Уровень подхода можно описать тем, что место посадки выбиралось на основании данных в том числе от аппарата «Пионер-Венера», созданного американцами – по сути, на тот момент противниками по космической гонке.

Прежде всего необходимо было надежно обеспечить мягкую посадку. На периферию кольца амортизатора были добавлены зубья, которые смягчали удар и не давали бы аппарату скатываться. Правда, зубчики могли влиять на набегающие потоки воздуха. Инженерам пришлось немало потрудиться над аэродинамикой, но благодаря налаженной системе проверки удалось не совершить ошибки и сделать новую конструкцию еще более устойчивой в полете по сравнению с предыдущей.

«Венера-13» и «Венера-14» имели возможность делать цветные снимки. Камеры делали фото по очереди с разными светофильтрами. При сложении снимков можно было получить цветное изображение. Для калибровки на корпусе перед камерой была развернута лента с нанесенными заранее полосами разных цветов. Дело в том, что в атмосфере Венеры до поверхности доходят всего лишь оранжевый и красный лучи. В таких условиях любой предмет другого цвета может отразить только эти цвета. На Венере, как в детской песенке, все оранжевое. Тем не менее по оттенкам можно было понять, как реально выглядят объекты. От синего предмета желтый цвет отразится меньше, чем от красного. Однако из-за высокой температуры краска на пробнике расползлась, а без наглядного примера баланс цветов определить было очень трудно. Это и не стали делать. Интересно, что через двадцать лет после запуска «Венеры-13» и «Венеры-14» американский фотограф взялся за обработку их снимков. Только тогда мир увидел первое цветное изображение поверхности Венеры.

Все станции до «Венеры-13» делали только одно изображение, а на этот раз их было четыре (хотя в итоге они были сложены в единое, цветное). Это позволило увидеть изменения в окружающей среде, и даже можно было заметить движение. Во всяком случае, так подумали некоторые исследователи, когда увидели меняющуюся форму камней. На самом деле виной такого эффекта стала пыль. При посадке станции она поднялась с поверхности, оголив детали камней, а затем медленно осела. К тому же в тот день на этом месте ветер просто разбушевался, если можно так выразиться о ситуации полного штиля, характерного для поверхности Венеры. Скорость поднялась до полуметра в секунду. Хотя это совсем немного, но в плотной атмосфере этого вполне хватает, чтобы сдувать пыль.

Об оседании мельчайших частиц говорило еще и то, что освещенность также менялась от кадра к кадру. Пыль привела и к другим парадоксальным результатам. Например, на борту «Венеры-13» проводился эксперимент по определению электрической проводимости грунта. Пропуская ток через материал, можно измерить его сопротивление. Этот параметр зависит от типа вещества, а значит, этим методом можно было узнать о составе поверхности. Прибор показал высокое сопротивление и низкую проводимость, характерные только для пористых материалов, а их на фото не видно. После оседания пыль как раз разрыхлила поверхность. Расстояние между частичками песка мешает электрическому разряду проходить. Еще один невероятный факт – приборы указали на то, что поверхность имеет свойства щелочи. С учетом того, что в атмосфере в основном кислотная среда, все исследователи ожидали увидеть те же свойства и у грунта. Возможно, опыту помешала пыль, или это была уникальная особенность Венеры. Узнать точно не удалось, так как данные «Венеры-14» были еще более необычны. Все говорило о том, что грунт Венеры является рукотворным объектом из металлических сплавов и керамических соединений.

Причиной неполучения достаточных данных стала злополучная крышка от фотокамеры. Если в предыдущих миссиях проблемы были связаны с тем, что она никак не могла отлететь, в этот раз источником неприятностей стал успешный отстрел. Крышка упала, и именно на нее попал пенетрометр. Вместо свойств грунта «Венера-14» узнала свойства крышки. Шанс, что такое может случиться, был минимален, и тем не менее это случилось. Ученые все равно нашли повод для радости. Дело в том, что в сложных условиях Венеры велик был риск отказа прибора или передачи на Землю искаженных данных. Когда были получены верные параметры с помощью изготовленного теми же исследователями изделия, стало ясно, что пенетрометр работает исправно.

В серии «Венера» состоялось еще два успешных полета – «Венера-15» и «Венера-16», которые впервые совершили картографирование второй планеты от Солнца. Их миссия была в целом успешной. Следующим советским аппаратом в деле исследования Венеры должен был стать большой аэростат, созданный совместно СССР и Францией. В дело вмешалась комета Галлея. Она подлетает к Солнцу раз в 75 лет. В 1986 году это и должно было произойти. На этот раз с Земли ее видели плохо, а вот с Венеры – гораздо лучше. Тут подоспели и математики, которые увидели уникальную возможность пролета космического аппарата вблизи Венеры и кометы. В скором времени было принято решение отказаться от проекта громоздкого аэростата с большим количеством оборудования в пользу облегченной версии. Проект назвали «Вега», от слов «Венера» и «Галлея». Два аппарата имели на своем борту спускаемые аппараты, почти как у «Венеры», но только без многих приборов. Было известно, что спуск в атмосфере будет производиться на ночной стороне, так что камер и смежных с ней приборов на борту не было. Зато вместо них были установлены небольшие надувные шары. На высоте около 40 км они отделялись и парили в верхних слоях атмосферы, где температура не такая большая и приемлемое давление. Благо атмосфера Венеры это позволяла. Орбитальная часть «Веги» после сброса зондов, не задерживаясь, отправлялась к комете. На ее борту не было ни одного прибора для изучения планеты. В итоге о комете действительно удалось узнать многое, а вот о Венере принципиально новых данных получено не было. Тем не менее даже в этом случае не удалось избежать ошибок.

На высоте 17 км по неизвестным причинам спускаемый аппарат «Веги-1» сделал движение не вниз, а вверх. Это привело к тому, что сработал датчик касания поверхности. Он в свою очередь запустил работу приборов, которые должны были активироваться в этом случае. Когда же спускаемый аппарат «Веги-1» все-таки достиг поверхности планеты, перезапустить процесс уже было нельзя.

С зондом тоже случилось небольшое приключение. На его борту находился прибор, который определял состав газа по поглощению им света. Однако в начале работы на Венере пошел кислотный дождь. В датчик попал не газ, а капелька серной кислоты. Она заблокировала отверстие и не давала зайти внутрь газам атмосферы. Ситуация нормализовалась сама собой. Капли образуются, когда конденсируется пар при низкой температуре на больших высотах. От уменьшения температуры плотность газа в шаре снижается, что приводит к опусканию аппарата. Ближе к поверхности становится теплее, и внешнее давление растет. Это приводит к испарению. Так на Венере происходит вирга – дождь, который не долетает до поверхности. Капельки образуются, падают, но, пролетев несколько сотен метров, испаряются и становятся снова облаками. На Земле такое тоже бывает, но не с серной кислотой, а с водой. Так вот, зонд опустился пониже, и та самая капелька просто испарилась, когда температура выросла.

С кометой получилось лучше, но все равно был целый каскад сбоев и ошибок. Один спектрометр сломался из-за короткого замыкания, отключилась система ориентации, произошла утечка охладителя, частички пыли пробили солнечные батареи и повредили оптику. Тем не менее благодаря резервированию и высокой надежности всей системы в целом удалось получить уникальные данные и снимки кометы.

Глава 11
Марс

Полезных ископаемых нет, воды нет, растительности нет, населена роботами.

Мультфильм «Тайна третьей планеты»

«Есть ли жизнь на Марсе, нет ли жизни на Марсе – это науке неизвестно», – авторитетно заявляет лектор в исполнении Сергея Филиппова в фильме 1956 года «Карнавальная ночь». А в это время реальная наука уже стояла на пороге космической эры. Успешно выведенный на околоземную орбиту Первый искусственный спутник Земли (ПС-1) ознаменовал ее начало 4 октября 1957 года. С тех пор космические аппараты начали бороздить просторы пока еще не всей огромной Вселенной, а лишь нашей Солнечной системы. Первые шаги делались на околоземной орбите – автоматическими аппаратами и людьми. Между самым первым запуском ПС-1 и первым космическим полетом человека вовсю шли исследования Луны при помощи автоматических межпланетных станций, и первая попытка отправить аппарат к Венере состоялась еще до знаменитого полета Юрия Гагарина (о Тяжелом спутнике, которому не удалось добраться до горячей планеты, см. главу «Температура»).

Луна как естественный спутник Земли представляет собой гораздо более простую и достижимую цель, чем другие планеты, даже соседние. Венеру и Марс в качестве объектов исследования выбирали из всей Солнечной системы как наиболее близкие к нам и удобные для отправки к ним космических аппаратов. Так как обе планеты – соседки Земли, в ясную ночь их хорошо видно даже невооруженным глазом. Они всегда будоражили умы, их заметили и описали еще астрономы древности. Похожи ли миры этих планет на наш? Есть ли там жизнь? Может, даже разумная? Усовершенствование наблюдательных инструментов позволило с годами узнавать все больше и больше о Венере и Марсе, однако ничто не сравнится со взглядом очевидца, побывавшего на поверхности планеты, пусть даже это будет автоматический аппарат.

Венерианская эпопея подробно описана в предыдущей главе. На фоне активных исследований второй планеты от Солнца советская марсианская программа несколько меркнет. Полностью свою программу исследований не выполнил ни один отечественный марсианский космический аппарат.

Первые советские аппараты должны были искать ответ на животрепещущий вопрос о жизни на Марсе. Для этого был разработан так называемый спектрорефлексометр. Однако во время наземных испытаний в Казахстане он проявил себя довольно своеобразно. Согласно данным прибора, в казахстанской степи (а следовательно, и на всей планете) никакой жизни нет и в помине. Испытатели, которых спектрорефлексометр не признал за форму жизни, обиделись и устанавливать его на борт «Марса-1» не стали. Если говорить серьезно, наземные испытания помогли избежать возможных ошибок в ходе полета – еще до запуска стало ясно, что данным прибора верить нельзя, и облегчить конструкцию марсианского зонда решили именно за счет того, что не работало должным образом.

К Марсу, как и к Венере, аппараты старались запускать как минимум парами из тех же соображений – если что-то пойдет не так у одного из них, подстрахует второй. «Марс-2» и «Марс-3» полетели как раз в такой связке. Обе миссии были оснащены спускаемыми аппаратами для мягкой посадки на поверхность Красной планеты. Спускаемый аппарат «Марса-2» осуществить мягкую посадку не смог, врезался в поверхность планеты и смог только разбросать вокруг металлические гербы СССР. Причина неудачи оказалась в том, что он вошел в марсианскую атмосферу под более острым углом, чем следовало. Из-за этого в свою очередь некорректно сработала система спуска. Высота аппарата над планетой определялась неверно, и в итоге контакт с поверхностью состоялся еще до раскрытия парашюта. У «Марса-3» все получилось, но не совсем так, как это было запланировано. После того как мягкая посадка спускаемого аппарата состоялась, около полутора минут техника настраивалась на работу, а затем пошла запись видеосигнала. Он передавался на орбитальную часть «Марса-3», записывался на специальную аппаратуру, а уже оттуда радиосигналом шел на Землю. В общей сложности записать и передать удалось совсем немного – был получен видеосигнал длительностью около 20 секунд, а затем передача с поверхности планеты прекратилась. Таким образом, спускаемый аппарат «Марса-3» стал первой в истории машиной, которой удалось совершить мягкую посадку на поверхность Красной планеты, а вот научные данные с него получены не были. Программа предстояла обширная: предполагалось измерять температуру и давление атмосферы, скорость ветра, изучить химический состав, причем и атмосферы, и поверхности планеты; планировалось получить еще и панорамный снимок района посадки. Сложная аппаратура, с помощью которой можно было сделать все вышеперечисленное, при разработке требовала от инженеров не только высокоточной отладки для получения наилучших результатов. Важно было сделать приборы максимально легкими и компактными для помещения в небольшой спускаемый аппарат. В итоге ни один из специально разработанных для этой миссии научных приборов так и не смог себя проявить. Точная причина приостановки передачи сигнала со спускаемого аппарата «Марса-3» до сих пор не установлена. Основная версия – работе помешала поднявшаяся пыльная буря.

Марсианские пыльные бури – явление катастрофического масштаба, они способны охватить всю планету. Как правило, наиболее свирепые пыльные бури бушуют на Красной планете в межсезонье – весной и осенью. Конечно, имеются в виду условные времена года на Марсе. Его ось наклонена по отношению к орбите под углом 25,2°, что лишь немного превышает угол наклона земной оси (23,5°), поэтому и времена года там сменяются практически как на нашей планете. Марсианский год длиннее земного и составляет почти 687 земных суток, соответственно, и каждый из четырех сезонов тянется дольше, чем на Земле. Для нас это означает, что земные и марсианские сезоны могут не совпадать. Тем не менее рассчитать, какое сейчас на Красной планете «время года», для специалистов не составляет труда.

Декабрь 1971 года как раз пришелся на марсианское межсезонье. Аппараты «Марс-2» и «Марс-3» были запущены в мае и подобрались к своей цели в декабре. В момент их запуска на Марсе все было спокойно, но в октябре началась пыльная буря, масштабы которой постепенно росли. Вероятность возникновения бури, которая как раз к прибытию на Марс космических аппаратов охватит практически всю планету, попросту не предусмотрели.

Марс в периоды спокойствия и масштабной пылевой бури. NASA

Пыльная буря помешала даже тому оборудованию, которое осталось на околомарсианской орбите. Орбитальные части «Марса-2» и «Марса-3» должны были производить фотосъемку, которая в итоге не задалась. Во-первых, из-за пыльной бури в декабре 1971 года не удалось заснять детали марсианского рельефа. «Марс-2» испытывал более серьезные проблемы с передачей сигнала на Землю, чем «Марс-3», поэтому именно последний совершил еще две попытки сфотографировать поверхность Красной планеты. Было решено подождать завершения пыльной бури, и эти попытки предприняли в конце февраля и середине марта 1972 года. Тем не менее по-прежнему получалось не так хорошо, как хотелось бы. Подвели и сами фотоаппараты – например, для съемки была выбрана неверная выдержка – время, в течение которого затвор фотоаппарата открыт для накопления света и производится съемка. Для получения наилучшего результата при разной освещенности требуется разная выдержка. Теоретические оценки уровня освещенности на околомарсианской орбите оказались неверными, что усложнило работу. Всего в рамках этой миссии удалось сделать и передать на Землю 60 относительно удачных фотографий Марса, хотя и их качество оставляло желать лучшего.

Следующие четыре аппарата серии «Марс» планировалось запустить в связке. Летом 1973 года открывается очередное окно для их запуска к Красной планете, хотя его уместнее было бы назвать «форточкой». Взаимное расположение планет позволяет добраться до Марса, но только какому-то относительно легкому объекту. Техническая невозможность вывести на требуемую трассу массивный зонд со множеством оборудования на борту для работы как на орбите, так и на поверхности планеты приводит к решению разделить обязанности и вместо двух аппаратов запустить сразу четыре. Два из них предназначались исключительно для орбитальных исследований, остальные два должны были подойти к Марсу по пролетной траектории (без выхода на околомарсианскую орбиту) и сбросить посадочные аппараты с научным оборудованием на поверхность планеты.

«Марс-4», «Марс-5», «Марс-6» и «Марс-7» были укомплектованы одинаковыми новыми транзисторами, из-за которых и возникла проблема. Незадолго до запуска аппаратов выясняется, что срок годности таких микросхем меньше, чем у использовавшихся ранее, и составляет всего полгода, в лучшем случае – год. Это обуславливалось тем, что при изготовлении микросхем по новой технологии вместо прежнего золотого напыления стали использовать алюминиевое. На работе бортового компьютера с такой комплектующей это никак не сказывалось за исключением того, что транзисторы могли довольно быстро прийти в негодность физически. Поскольку проблема была обнаружена еще на Земле, можно было попытаться решить ее до запуска. Однако на установку другого оборудования должно было уйти время, которого у инженеров не было. Если пропустить окно запуска 1973 года, в следующий раз отправить аппараты к Марсу получится только в 1975. США не скрывали своих планов воспользоваться именно этим окном для запуска собственных станций «Викинг», и приоритетной для советской марсианской программы оказалась задача опередить заокеанских коллег. В СССР решили пойти на риск и запускать космические аппараты летом 1973 года, как и планировалось изначально. Существовала высокая вероятность выхода микросхем из строя еще по дороге к Марсу, но нельзя было исключать и благополучный исход. В итоге риск не оправдался. «Марс-4» вообще не смог выйти на околомарсианскую орбиту. «Марсу-5» удалось это сделать, но после 22 оборотов вокруг планеты связь с аппаратом прекратилась. «Марс-6» оказался самым успешным из четверки. В ходе полета он испытывал проблемы со связью, заключавшиеся в том, что команды «Марсу-6» передавались, а вот ответного сигнала, подтверждающего их прием, не было. Тем не менее посадочный аппарат в итоге вышел на расчетную траекторию и даже передавал данные во время спуска в марсианской атмосфере. Правда, и он перестал выходить на связь, находясь уже вблизи от поверхности Марса. Посадочный аппарат «Марса-7» отделился вблизи Марса, но вышел из строя раньше, чем успел передать какие-либо научные данные.

Таким образом, из семи добравшихся до Марса советских автоматических межпланетных станций в историю космических побед вошел только «Марс-3», чей посадочный аппарат совершил первую в мире мягкую посадку на поверхность Красной планеты, но даже ему не удалось выполнить все намеченные задачи полностью.

А ведь были и еще неудачные запуски. После того как в 1961 году АМС «Венера-1» испытала серьезные трудности, было решено запускать межпланетные аппараты в связках. В таких случаях несколько станций (две, три или даже, как было описано выше, четыре) стартовали с интервалом в несколько дней и страховали друг друга на случай отказа систем одной из них. Запуск «Марса-1» состоялся в ноябре 1962 года, и на тот момент уже считалось «дурным тоном» отправлять станции в такие далекие путешествия в одиночку. Как же получилось, что к Марсу он подошел один, без товарищей?

На самом деле программа предполагала работу связки из трех аппаратов. Запуски поочередно состоялись 24 октября, 1 ноября и 4 ноября 1962 года. Лишь запущенный 1 ноября добрался до Марса и теперь известен нам как «Марс-1», остальные два потерпели аварии. Старт 24 октября закончился взрывом последней ступени ракеты-носителя, вследствие чего космический аппарат не смог покинуть околоземную орбиту. Похожая история приключилась и 4 ноября, но тогда обошлось без взрыва, а лишь преждевременно выключился разгонный двигатель. Причиной этого послужила недостаточная устойчивость оборудования второй ступени ракеты-носителя к вибрациям. Данный случай отлично демонстрирует, что при отправке космических аппаратов далеко от Земли на любом этапе, даже на старте, могут возникнуть серьезные проблемы, и наличие дублирующих станций оправдано.

В окно 1971 года до Марса не смог добраться еще один космический аппарат, получивший название «Космос-419». 10 мая того года он был успешно выведен на околоземную орбиту, но так там и остался из-за ошибки программиста. Аппарат должен был совершить один виток по околоземной орбите (это занимает 1,5 часа), а затем должен был включиться двигатель разгонного «Блока Д» для выхода на трассу к Марсу. Ошибка, допущенная в программном коде, впоследствии характеризовалась как «самая грубая и непростительная». Таймер для запуска двигателя оказался установленным не на полтора, а на 150 часов. Без своевременного запуска двигателя «Космос-419» остался на околоземной орбите, где провел двое суток, после чего 12 мая вошел в земную атмосферу и сгорел в ее плотных слоях.

Так сложилось, что Марс и Венера оказались диаметрально противоположными объектами исследований двух сверхдержав. В СССР после нескольких не самых удачных запусков космических аппаратов к Марсу было решено оставить попытки. Венера и до, и во время, и после запусков в рамках советской марсианской программы представляла больший интерес, чем Красная планета. Настойчивость в изучении Венеры советскими аппаратами была отражена в прозвище «Русская планета», которое она получила в международном сообществе. В США дела обстояли ровно наоборот. Несколько скромных попыток подобраться к Венере не вдохновили на дальнейшие запуски американских исследователей, и они решили сосредоточиться на Марсе.

Чем больше производится запусков космических аппаратов, тем выше вероятность, что что-то пойдет не так. Это правило применимо и к американской марсианской программе. Исследования Красной планеты в США начались, как уже говорилось, с аппаратов серии «Маринер». Первым стал пролетевший мимо Марса «Маринер-4» в 1964 году. Его «коллеги» «Маринер-6» и «Маринер-7» совершили свои пролеты в 1969 году, а в 1971–1972 годах на околомарсианской орбите работал «Маринер-9». Именно этот космический аппарат обнаружил огромную сеть каньонов на поверхности Красной планеты. В названии системы каньонов увековечена исследовательская программа США – они именуются долины Маринер, или долины Маринера.

Успех орбитальных миссий хотелось подкрепить посадкой. Логическим продолжением «Маринеров» становится «Викинг». Американские инженеры тоже решили отправить к Марсу связку из двух космических аппаратов. Два «Викинга» стартовали 20 августа и 9 сентября 1975 года соответственно. Оба были оснащены посадочными и орбитальными аппаратами, оба благополучно добрались до Марса. Миссия оказалось очень успешной: мягкая посадка обоих аппаратов состоялась, почти все научное оборудование получило больше данных, чем планировалось, и проработали они гораздо дольше намеченного срока. 15 ноября 1976 года связь в соответствии с планом полета отключается – 26 ноября грядет противостояние Марса. Это положение, в котором Марс и Земля оказываются с противоположных сторон своих орбит относительно Солнца, и данная конфигурация не позволяет поддерживать радиосвязь. В середине декабря 1976 года связь возобновляется, и после этого «Викинги» работают еще несколько лет. Первым отключается орбитальный аппарат «Викинга-2» (июль 1978 года). Последняя передача данных в рамках этого проекта осуществляется в ноябре 1982 года с посадочного аппарата «Викинга-1». После этого инженеры еще полгода пытались возобновить контакт с ним, но в мае 1983 года было объявлено об официальном завершении миссии.

Грандиозный успех не был бы возможным без обнаружения и анализа ошибок, которые могли бы помешать работе. Например, оба посадочных аппарата сели не там, где планировалось изначально. Съемки с околомарсианской орбиты показали, что выбранные заранее места посадок недостаточно безопасны и грозят аппаратам быстрым выходом из строя. Посадки были осуществлены позже запланированных сроков, но в другие, признанные более безопасными районы.

«Викинги» преподнесли сюрприз, подобный тому, с которым столкнулись исследователи Венеры: цвет неба оказался не таким, как ожидалось. По предположениям астрономов считалось, что над камерой зонда будет наблюдаться синяя атмосфера. Дело в том, что цвет неба зависит от толщины слоя атмосферы, через который проходит свет. Разные цвета в среде рассеиваются по-разному. Цвета – это электромагнитные волны разной длины. Сильнее всего рассеивается фиолетовый свет, так как у него самая короткая длина волны. Затем идут цвета по порядку как в радуге – синий, голубой, зеленый, желтый, оранжевый, красный. На Земле днем, когда солнечный свет проходит примерно через 100 км плотной атмосферы, фиолетовое излучение рассеивается на больших высотах и до наблюдателя на поверхности не доходит. Синий также почти не доходит, но немного подкрашивает небо. Темно-синим как раз видят небо пилоты самолетов. Голубой рассеивается у поверхности планеты, и он в основном дает оттенок атмосфере. Зеленый свет проходит сквозь стокилометровую толщу, почти не взаимодействуя с частицами воздуха, и вносит вклад в оттенок неба только слегка. Остальные цвета рассеяться не успевают. В итоге мы имеем голубой цвет с примесями зеленого и синего, которые вместе также дают голубой цвет. Во время заката или восхода солнечному свету нужно проходить по касательной через более толстый слой воздуха (к тому же более плотный у поверхности). Почти все цвета рассеиваются, не дойдя до наблюдателя, только красный и оранжевый создают впечатляющие виды заходящего Солнца, хотя это кажется не совсем логичным. Солнце движется по небу к горизонту равномерно, и у поверхности сильнее всех цветов должен рассеиваться зеленый. Однако зеленое небо никто не наблюдал. Дело в том, что цвет атмосферы – это всегда смесь цветов. К зеленому примешиваются и желтый, и голубой. В итоге небо становится светло-желтым, почти белым, но не зеленым.

На Марсе атмосфера тоньше и менее плотная. Рассеивание должно быть меньше, чем на Земле. Значения давления и плотности у поверхности планеты соответствуют высоте 15–20 км над уровнем моря на Земле. То есть небо там должно быть синим, когда Солнце в зените. Примерные расчеты указывали, что во время восходов и закатов цвет должен смениться на белый. Первые фото «Викинга» показали, что атмосфера Марса красная. Этот цвет дает пыль, которая поднимается воздушными потоками с поверхности и повсюду разлетается. Она представляет собой оксиды железа, а они как раз красного цвета. На закате небо оказалось голубым. Так получилось, потому что радиус Марса в два раза меньше радиуса Земли, так что свету по касательной нужно было пройти меньшее расстояние, чем на Земле.

Важно отметить, что подобного рода ошибки в суждениях и предположениях – естественная часть процесса познания. Выдвигается гипотеза, которую следует проверить экспериментально. Зачастую эксперименты показывают, что теоретики ошибались в своих изначальных предположениях. В этом нет ничего страшного, наоборот, так множится научное знание. Абсолютно все идеи о том, как что-либо работает, просто не могут оказаться верными. В этом и есть главная задача науки – отсеивать ложные идеи, оставляя нас с новыми, проверенными экспериментально, точными знаниями.

Неверные суждения иногда высказываются не только на этапе выдвижения гипотез, но и после получения практических данных. Так вышло с фотографиями, сделанными орбитальным аппаратом «Викинга-1». 25 июля 1976 года снимки были опубликованы NASA и вызвали широкий резонанс: космический аппарат заснял с орбиты огромное человеческое лицо на поверхности Марса! Взбудораженная общественность тут же начала выдвигать предположения, что на Красной планете есть разумная цивилизация или по крайней мере существовала тысячелетия назад, а к наступлению ХХ века на Земле обитатели Марса уже вымерли. По мере усовершенствования технологий стало ясно, что всему виной богатое воображение и парейдолия. О ней мы уже говорили в главе «Венера». Напомним: это свойство человеческого мозга достраивать имеющееся изображение до знакомых образов, которые человек где-то видел ранее. Снимки, полученные «Викингом-1», были хорошего, но все же не высочайшего разрешения. Во взаимном расположении скал и их теней люди стремились разглядеть что-то знакомое, в необычных очертаниях им виделось лицо египетского сфинкса. Множественные последующие экспедиции космических аппаратов, оснащенных более совершенной фототехникой, показали, что «Сфинкс» – лишь иллюзия. Научная аппаратура «Викингов» на животрепещущий вопрос «Есть ли жизнь на Марсе?» уверенно и однозначно ответила: «Нет». Первые достаточно четкие кадры этого региона, окончательно развеявшие фантастические теории о марсианской цивилизации, получил Mars Global Surveyor только в 2001 году.

Лицо на Марсе под разными углами. NASA

Успех «Викингов» по логике вещей должен был подхлестнуть интерес к изучению Марса, однако по завершении их программы приоритеты в США меняются. На передний план выходит программа Space Shuttle, на которую тратится львиная доля ресурсов, предназначенных для американской космической программы. Марсианские исследовательские аппараты в США начинают вновь стартовать только в 1990-х, и здесь не обходится без ряда серьезных проблем.

25 сентября 1992 года с космодрома на мысе Канаверал был запущен Mars Observer, первый после «Викингов» американский марсианский космический аппарат. 24 августа 1993 года он должен был выйти на околомарсианскую орбиту. Миссия шла по плану до 21 августа 1993 года, когда Mars Observer перестал выходить на связь. Аппарат был потерян, и триумфального возвращения американцев на Марс не получилось. В ходе расследования причин аварии выдвигалось множество гипотез. Самым вероятным вариантом посчитали разрыв топливопровода, в результате чего произошла утечка гелия и горючего монометилгидразина во время наддува – это процедура, когда гелий увеличивает давление внутри топливного бака для проталкивания топлива в двигатель. Утечка создала реактивную силу, за счет которой аппарат начал неконтролируемо вращаться, а «сбежавшее» токсичное горючее вполне могло повредить электрические контакты. Радиопередатчик в нужный момент просто не включился – либо в результате физического повреждения электрической схемы, либо в связи с нарушением логики работы программы из-за вращения аппарата. Несмотря ни на что, опыт Mars Observer помог в планировании последующих американских марсианских миссий, ведь этап межпланетного полета космический аппарат провел безукоризненно.

Между тем постсоветская Россия тоже предпринимает попытку отправить станцию на Марс. 16 ноября 1996 года стартует «Марс-96». Изначально проект назывался «Марс-94», так как аппарат планировался к запуску в 1994 году, однако старт перенесли и сменили название. На борту российской станции находилось научное оборудование Франции, Германии, Италии, США, Финляндии, Великобритании, Австрии, Болгарии, Бельгии и Италии. «Марс-96» провел в полете около пяти часов. Разгонный «Блок Д» ракеты-носителя успешно вывел аппарат на околоземную орбиту. По плану «Блок Д» должен был включиться повторно, после чего «Марс-96» отделился бы и силами собственного разгонного блока «Фрегат» набрал достаточную скорость для выхода на трассу полета к Марсу. Либо повторного зажигания не произошло вообще, либо «Блок Д» включился лишь на 20 секунд. Космический аппарат в любом случае решил, что пора отделяться, но без должного разгонного «пинка» сил «Фрегата» не хватало для набора нужной скорости. Станция осталась на околоземной орбите с перигеем всего лишь 87 км (это означает, что высота аппарата над Землей в точке максимального сближения с планетой составляет 87 км). «Марс-96» был обречен. В ночь с 17 на 18 ноября 1996 года обломки станции упали в южной части Тихого океана.

Возможно, проблему можно было решить, если бы удалось быстро ее обнаружить – всегда есть возможность при помощи радиосигнала отправить на околоземную орбиту прямую команду. Сложность заключалась в том, что описанные выше трудности «Блока Д» имели место в области, которую с советских земных пунктов слежения попросту не было видно. Обычно для лучшего контроля запуска в Тихий океан выводились специальные корабли измерительного комплекса. Они брали на себя слежение и контроль запуска в те моменты, когда наземные комплексы на территории СССР не могли напрямую видеть ракету или космический аппарат. Из-за тяжелой экономической обстановки в 90-е годы не было возможности вывести такие суда в океан для контроля запуска «Марса-96». Сложное положение страны сказалось на этой миссии еще на этапе создания, по сути, все делалось на чистом энтузиазме, и в итоге, по словам академика М. Я. Марова, «моральный ущерб от аварии был не меньше финансовых потерь».

Вернемся к марсианской программе США. С середины 70-х идет активный процесс развития информационных технологий. В том числе это касается бортовых компьютеров космических станций и их программного обеспечения. Поскольку Марс далеко, а порой еще и Солнце оказывается между нашей и Красной планетами и мешает передаче сигнала, отдавать космическим аппаратам прямые команды с Земли по одной неудобно и неэффективно. Новые технологии позволили прописать в программном коде сразу все задачи полета. Космический аппарат должен был автономно их решать и отправлять на Землю полученные данные. Казалось бы, идеальное решение проблемы, однако при реализации такой концепции не сразу все было гладко.

Запущенный к Марсу в 1997 году космический аппарат Pathfinder столкнулся с неожиданной проблемой. В бортовой компьютер аппарата были заранее внесены последовательности команд для решения различных задач. Проблема заключалась в том, что для этих заданий не был четко прописан приоритет их выполнения. В итоге, уже оказавшись на Марсе, космический аппарат не знает, чем ему заняться в первую очередь, и начинает прокрастинировать – совсем как человек. Прокрастинация встречается не только среди людей, но характерна и для животного мира. Если перед живым существом стоит несколько одинаково важных задач, оно невольно стремится отвлечься от них всех и заняться чем-то совершенно посторонним. Конечно, Pathfinder свободой воли не обладал и мог делать только то, что было предписано программой, точнее, несколькими программами, предназначенными для решения разных задач. Получилось так, что аппарату приходилось тратить вычислительные мощности на решение, чем же сейчас заняться, а уже после принятия такого решения и некоторого времени работы по конкретной задаче он «передумывал» и переходил к выполнению другой программы, временно забросив предыдущую. Впоследствии в программный код марсианских аппаратов стали закладывать более четкие и структурированные алгоритмы выполнения работ с различными целями.

Космический аппарат, запущенный в 1998 году США в рамках программы Mars Surveyor Program, состоял из посадочного Mars Polar Lander (MPL), предназначенного для посадки в приполярной области Красной планеты, и орбитального Mars Climate Orbiter (МСО) для изучения марсианской погоды. Эта миссия провалилась полностью.

Mars Polar Lander успешно вошел в марсианскую атмосферу и перешел в режим радиомолчания. Связь должна была возобновиться после посадки, однако сеанс связи перед входом посадочного аппарата в атмосферу оказался последним. Расследование причин аварии показало, что с большой долей вероятности подвели магнитные датчики. При спуске в атмосфере у Mars Polar Lander должны были раскрыться опоры, на которые и производилась бы посадка. Магнитные датчики обязаны были регистрировать вибрации опор при соприкосновении с поверхностью планеты, после чего двигателям мягкой посадки давалась команда на отключение. Только датчики оказались излишне чувствительными и восприняли тряску в процессе спуска и открытия опор как вибрацию от касания поверхности. Точнее, программный код аппарата посчитал, что сигналы от датчиков достаточно продолжительные, что могло означать касание поверхности, в то время как реакция на вибрацию от открытия опор должна была регистрироваться по-другому. Двигатели выключились раньше времени, и посадочный аппарат разбился.

Mars Climate Orbiter был утерян по еще более обидной причине. Особенно досадно, что это не единичный такой случай, и подобную историю вы можете найти в главе «Логика работы и автоматика». Проблема заключалась в несоответствии двух различных систем единиц. В то время как весь остальной цивилизованный мир уже использовал метрическую систему (СИ), в США все еще пользовались собственной системой мер, уходящей корнями в Британскую империю. Один из основных программных файлов для расчета траектории как раз пользовался имперской системой. Выходные данные этой подпрограммы отправлялись в другую, которая, согласно технической документации, должна была пользоваться единицами СИ. Вторая подпрограмма автоматически считала, что полученные ею данные представлены в метрической системе, а на деле это было не так. Отдельные проблемы доставили солнечные батареи аппарата. Они располагались асимметрично относительно «тела» MCO, из-за чего в течение девятимесячного путешествия к Марсу аппарат дополнительно разворачивало. Давление света на большую по площади часть солнечных панелей придавало аппарату добавочный угловой момент, который приходилось компенсировать. Инженеры знали о вероятности этого, но не предполагали, насколько часто MCO будет разворачиваться на такой угол, который придется корректировать двигателями. Подобные события происходили в десять раз чаще, чем предполагалось. Опять же, данные об угловом моменте выдавались с использованием имперской системы единиц, а ПО, работавшее с ними далее, считало их метрическими. Это потихоньку накапливало ошибку в траектории. В итоге МСО оказался на 170 км ближе к Марсу, чем предполагала программа полета, и в какой-то момент перестал выходить на связь – он либо распался во время падения в марсианской атмосфере, либо разбился о поверхность планеты.

Лишь в 2007 году NASA от греха подальше окончательно переходит на обязательное использование метрической системы единиц при разработке космических аппаратов и программного обеспечения для них. К слову говоря, к использованию СИ во многих других сферах жизни в США пока так и не пришли.

Тем временем другие страны подключаются к марсианским исследованиям. В 1998 году Япония отправляет к Красной планете свой космический аппарат PLANET-B (позже он получил название Nozomi, что переводится с японского как «надежда»). Аппарат своей цели не достиг. Возможности японских ракет-носителей не позволяли сразу вывести Nozomi на расчетную трассу к Марсу. Было принято решение компенсировать недостаток мощности носителя при помощи нескольких гравитационных маневров. Сначала своей гравитацией должна была помочь Луна. Два пролета естественного спутника Земли 24 сентября и 18 декабря 1998 года прошли успешно. Следующим гравитационным маневром 20 декабря 1998 года, на этот раз возле Земли, предполагалось вывести Nozomi на трассу к Марсу таким образом, чтобы в октябре 1999 года аппарат оказался у цели. Во время выполнения маневра клапан подачи окислителя открылся не полностью, из-за чего двигатели не смогли выдать необходимую тягу. Набранная в ходе гравитационного маневра скорость оказалась на 100 м/с меньше расчетной. Nozomi вышел на гелиоцентрическую орбиту, но выход на предполагаемую трассу полета к Марсу оказался невозможным. 21 декабря дважды включались двигатели для корректировки курса, в ходе чего топлива было потрачено больше, чем предполагалось. Теперь выйти на расчетную трассу не получалось, потому что Nozomi просто не хватило бы топлива для дальнейшей работы по плану. Тем не менее это не стало концом миссии: пока связь не потеряна, можно передать космическому аппарату новую программу полета. Поиски возможных решений проблемы привели к следующему заключению: учитывая новое положение аппарата на гелиоцентрической орбите и оставшееся количество топлива, в конце 2002 и середине 2003 годов можно будет провести два дополнительных гравитационных маневра у Земли, которые позволят Nozomi все-таки добраться до Марса к декабрю 2003 года.

Эти маневры прошли успешно, но тоже не без приключений. 21 апреля 2002 года, приближаясь к Земле, космический аппарат попал под мощную солнечную вспышку. Поток заряженных частиц от светила повредил часть аппаратуры на борту. В том числе пострадала система охлаждения и контроля температуры. Гидразин, использовавшийся в качестве горючего для двигателей, в отсутствие корректной работы системы контроля температуры попросту замерз. К счастью, Солнце, создавшее эту проблему, само ее и решило. К декабрю 2002 года Nozomi подошел довольно близко не только к Земле, но и к Солнцу, и достаточное для выполнения гравитационного маневра количество горючего на тот момент уже оттаяло. Ко времени выполнения следующего маневра в июне 2003 года гидразин полностью оттаял. Nozomi наконец-то отправился к Марсу. Затем 9 декабря 2003 года космический аппарат требовалось развернуть, чтобы 14 декабря он мог выйти на околомарсианскую орбиту. Сделать это не удалось, и миссия была признана завершенной. Пролет космического аппарата рядом с Марсом 14 декабря 2003 года вывел его на гелиоцентрическую орбиту с периодом обращения около двух земных лет. Все эти годы Nozomi не только пытался добраться до Красной планеты, но и при помощи исправного и добротно работающего оборудования исследовал межпланетное пространство и получил множество полезных данных. Не получилось у него только исполнить свое изначальное предназначение – изучить Марс.

Европейское космическое агентство тоже отправляло к Красной планете свои аппараты, и у него тоже не все шло гладко. 2 июня 2003 года запускается миссия Mars Express, в рамках которой посадку на поверхность Марса должен был совершить аппарат Beagle-2. Во многом эта миссия повторяет судьбу американского аппарата Mars Observer. Добраться до Красной планеты получилось без проблем, на 19 декабря 2003 года была запланирована посадка. Однако в расчетное время Beagle-2 не вышел на связь. Последующие исследования марсианской атмосферы силами орбитальной части миссии Mars Express показали, что верхние ее слои тоньше, чем предполагали инженеры. Это могло помешать основному парашюту Beagle-2 раскрыться вовремя, так как парашютная система ориентировалась как раз на плотность атмосферы. А могло и не помешать: в 2007 году посадочный аппарат нашелся. Американская станция Mars Reconnaissance Orbiter производила съемку поверхности планеты с околомарсианской орбиты. Высокое разрешение снимков позволило разглядеть в запланированном месте посадки Beagle-2 с не полностью раскрытыми солнечными батареями. Хоть этот аппарат и не выполнил свою научную программу, он хотя бы смог добраться до Марса относительно целым.

Снимки Beagle 2, сделанные Mars Reconnaissance Orbiter. NASA

14 марта 2016 года стартует европейская миссия ExoMars, в состав которой входит посадочный аппарат Schiaparelli. У него проблемы начались 19 октября 2016 года, уже в марсианской атмосфере. На высоте 12 км над поверхностью раскрылся парашют, на высоте 7,8 км – отделился теплозащитный экран, как и было запланировано. Во время спуска инерциальная измерительная система аппарата в течение секунды регистрировала максимально возможное значение входных данных. Эта система измеряет скорость вращения космического аппарата. Одна секунда – слишком большая длительность для максимального сигнала, который она способна измерить. Полученные этой системой данные дальше идут в навигационную систему. Последняя не справилась с обработкой таких данных и решила, что аппарат находится на отрицательной высоте, то есть ниже уровня поверхности Марса. Это повлекло за собой сбрасывание парашюта и включение систем, которые должны были заработать после посадки, хотя на деле до поверхности планеты оставалось 3,7 км. Миссии ExoMars, как и многим другим, пришлось довольствоваться научными данными, которые получал орбитальный аппарат.

5 мая 2018 года США запускает очередной марсианский космический аппарат InSight. Надо сказать, что были запуски американской марсианской исследовательской техники и до этого – возьмем, к примеру, марсоходы Spirit, Curiosity, Opportunity. Подробно на них мы останавливаться не будем, а вот InSight в контексте этой книги представляет интерес. Посадка на Марс благополучно состоялась 26 ноября 2018 года, все работало штатно. InSight впервые в истории устанавливал инструменты на поверхности Марса при помощи роботизированной руки. В частности, был установлен сейсмометр для регистрации марсотрясений и специальный купол для защиты прибора от ветра и перепадов температуры. Через неделю после этих манипуляций началось бурение. И в этом InSight должен был стать первым – раньше автоматические станции изучали только поверхностный слой Марса. Буровая установка, которой был укомплектован InSight, теоретически была способна пробурить грунт на глубину до 5 м. Марс преподнес очередной сюрприз: грунт оказался намного плотнее, чем предполагали ученые и инженеры. В итоге бур застрял на глубине около дюйма (2–3 см). Периодически предпринимались попытки бурить дальше, в этом иногда пыталась помочь роботизированная рука, но успехом дело так и не увенчалось. 9 января 2021 года была предпринята последняя попытка, после чего эта часть миссии официально была завершена, и InSight сосредоточился на других делах.

Роботизированная рука пытается протолкнуть бур. NASA

Немало проблем исследователям доставил не только сам Марс, но и его естественный спутник Фобос (в переводе с греческого «страх»), который оправдал свое название. 7 и 12 июля 1988 года были запущены советские автоматические межпланетные станции «Фобос-1» и «Фобос-2» соответственно. 1 сентября 1988 года связь с «Фобосом-1» была потеряна. Причиной послужила грубая ошибка в программном коде команды на включение масс-спектрометра, отправленной на станцию с Земли 29 августа. В ней был пропущен дефис. Такая, казалось бы, мелочь преобразовала нужную команду в команду на отключение вспомогательных двигателей системы ориентации. Из-за этого, в свою очередь, станция стала неконтролируемо вращаться, была потеряна постоянная ориентация солнечных батарей на светило, после чего космический аппарат быстро истратил весь заряд химических аккумуляторов. В результате «Фобос-1» больше не мог принимать и передавать радиосигналы.

Проблемы можно было бы избежать, если бы команды перед передачей аппарату должным образом проверялись. Ошибки и опечатки при написании программного кода – обычное дело, главное – вовремя отладить программу и все «подчистить». В случае с «Фобосом-1» ситуация оказалась довольно неприятной. Управлением аппарата занимались сразу два ЦУПа, расположенные в Москве и Евпатории. В Москве готовили команды, а в Евпатории их должны были проверять и посылать космическому аппарату. Так сложилось, что 29 августа 1988 года оборудование для тестов в Евпатории не работало, и неверную команду «Фобосу-1» отправили без предварительной проверки. Спасти космический аппарат мог бы заранее заложенный в его бортовой компьютер код для самостоятельной проверки приходящих с Земли команд с возможностью отклонять потенциально фатальные. Такая возможность для «Фобоса-1» не была предусмотрена. Потеря космического аппарата стала досадной не только для СССР, ведь в проекте «Фобос» принимало участие тринадцать стран.

Макет АМС «Фобос»

«Фобос-2» оказался успешнее своего предшественника, но задачу по посадке на спутник Марса выполнить тоже не смог. 18 февраля 1989 года ему удалось выйти на орбиту ИСМ (искусственного спутника Марса) и провести ряд наблюдений Красной планеты, что несколько компенсировало прежние неудачи советской марсианской программы. Аппарату удалось сфотографировать и сам Фобос. В 1989 году «Фобос-2» подходил к естественному спутнику Марса все ближе и ближе. 21 февраля снимок был сделан с расстояния 860 км, 28 февраля – с расстояния 320 км и, наконец, 25 марта – с расстояния 191 км. 27 марта 1989 года станция не вышла на связь. Судя по всему, сначала не выполнилась команда на перезарядку батарей, а затем космический аппарат потерял управление системой ориентации и начал кувыркаться. Запланированная на начало апреля посадка на Фобос не состоялась.

Еще по дороге к Марсу «Фобос-2» начал испытывать проблемы. К примеру, вышел из строя основной передатчик, и приемом и передачей данных пришлось заниматься менее мощному резервному, что снизило скорость процедуры. Ориентацию станции в пространстве контролировали три независимых процессора в бортовом компьютере. Один из них вышел из строя, а другой стал по непонятной причине выдавать ложные результаты. Управление ориентацией аппарата не могло быть полностью передано одному исправному процессору – требовалась штатная работа хотя бы двух. Несмотря на эти проблемы, «Фобос-2» успел добраться до Марса, подойти близко к Фобосу и выполнить многие из поставленных перед ним задач.

После потери сигнала 27 марта 1989 года несколько раз пытались связаться с марсианской станцией, но безуспешно. 15 апреля 1989 года было официально объявлено о завершении программы.

Российский проект «Фобос-Грунт» тоже нельзя назвать успешным. О том, какие ошибки привели к такому исходу, мы рассказывали в главе «Не вакуум».

Будем надеяться, что опыт автоматических межпланетных станций позволит избежать совершения грубых и неприятных ошибок во время колонизации Марса людьми, если таковая состоится.

Глава 12
Биология и медицина

Космос – это риск и болезнь во мраке и тишине.

Доктор Маккой, сериал «Звездный путь»

На заре космонавтики первыми живыми существами, с которыми возникли проблемы и ошибки, были крысы. Для только что созданного завода по производству баллистических ракет нужно было найти склад. Недалеко от реки было хранилище зерна. Его решили перепрофилировать. В первую же весну, когда поднялась вода, на склад повадились крысы, которые шли к «намоленному» месту. Однако из еды грызуны нашли только изоляцию проводов внутри ракет. Местных кошек, которые помогали в борьбе с крысиным нашествием, передислоцировали вместе с зерном. Практически вся партия обгрызенных ракет оказалась непригодной. После этого организаторы производств старались не строить склады рядом с рекой и на всякий случай неподалеку держали кошек. Инженеры же поработали над материалом изоляции, чтобы он не был очень вкусным для грызунов.

Еще одна проблема с крысами произошла в космосе на борту американского шаттла «Дискавери». В специальные небольшие герметичные клетки для подопытных доставлялось все необходимое. Однако в какой-то момент забилась и сломалась система водоподачи. Астронавт Уильям Торнтон открыл клетку, чтобы починить устройство, и это было ошибкой. Специальные питательные палочки и экскременты начали разлетаться по всему шаттлу. Это стало настоящей проблемой, и не только потому, что появился отвратительный запах. Маленькие гранулы отходов жизнедеятельности могли залететь в приборы и вызвать короткое замыкание. Весь экипаж бросил текущие задания и стал убирать экскременты вручную.

Крысы доставляли неудобства еще из-за того, что они переносят заболевания. Главные ракетные испытательные площадки в СССР располагались в южных степях с обилием ядовитых змей, каракуртов, скорпионов, фаланг, тушканчиков, сусликов и множества комаров. Например, в регионе знаменитого космодрома Байконур довольно сложная эпидемиологическая ситуация по холере, чуме и особенно по гепатиту. Однажды, когда как раз разразилась чума, рядом с космодром обнаружили мертвого верблюда. Хотя территория является закрытой и пройти незамеченным внутрь животное не могло, это обстоятельство не на шутку встревожило сотрудников, которые в спешном порядке пошли вакцинироваться. В итоге ни одного случая заболевания выявлено не было, но почти все на полигоне отлеживались два дня с высокой температурой после прививки. Правда, такая паника не беспочвенна. При строительстве космодрома и в первые годы его работы государственные задачи ставились выше, чем бытовые. Строители жили в тесных бытовках без каких-либо удобств, а про системы обеззараживания и фильтрации говорить смысла нет. Отсутствие чистой воды и туалетов было нормой. Из-за плохих санитарных условий гепатитом и дизентерией иногда болели целыми полками и бригадами.

Собаки на испытательных площадках такие же нередкие гости, как и верблюды. Причем одной из них на полигоне Капустин Яр даже удалось побывать за пределами плотных слоев атмосферы. Это произошло еще до орбитальных полетов. В 1951 году проводились испытательные пуски ракет Р-1 с собаками на борту. Для экспериментов требовались небольшие животные. Сначала исследователи захотели взять маленьких породистых собак и даже провели конкурс и выставку. Однако у разнеженных домашних животных сердце начинало бешено колотиться даже от громких звуков, не говоря уже о тяжелых космических испытаниях. Тогда биологи осознали ошибку и стали подбирать кандидатов среди дворняг. На улице уровень стресса у собак огромный и, может быть, даже выше, чем при полете на ракете, и привыкают они к нему с рождения. Действительно, дворняги играючи проходили все испытания, которые многим четвероногим, казалось, даже нравятся. Тем не менее дворняги не только знали, что такое стресс, но и знали, как его избегать. Так, для третьего пуска Р-1 на полигон доставили двух испытателей – Смелого и Рыжика. Однако за день до полета Смелый сбежал, возможно, поняв, что его ждет. Правда, он свою кличку оправдал – вскоре вернулся с виноватым видом. Со здоровьем у него ничего не произошло за время дезертирства, и потому было решено отправить его за пределы плотной атмосферы. Старт прошел успешно. Похожая история произошла буквально через пятнадцать дней. Пятое испытание должно было проходить с собаками Непутевым и Рожком. Сбежал Рожок, что странно, ведь непутевым был другой пес. На этот раз собака исчезла навсегда. Чтобы не срывать программу, экспериментаторы поймали собаку, которая бегала рядом с солдатской столовой, помыли, подстригли и прикрепили к ней датчики. Несмотря на отсутствие подготовки, собака великолепно перенесла полет. Позже выяснилось, что на момент запуска пес был еще практически щенком – ему было примерно девять месяцев, в то время как обычно в космонавты выбирали собак в возрасте двух-пяти лет Ему дали кличку ЗИБ, что расшифровывалось как «запасной исчезнувшего Бобика». Инженеры на полигоне боялись, что на это скажет Главный конструктор. Он очень не любил, когда ему не докладывают оперативно об ошибках и проблемах. Однако на этот раз Главный даже похвалил находчивых инженеров, так как этот эксперимент показал, что и без подготовки организм может выдержать трудности космического полета. Он сказал, что скоро «люди будут летать в космос по профсоюзным путевкам». Главный конструктор имя собаке немного изменил. Теперь пса стали звать ЗИБП, что расшифровывалось как «запасной исследователь без подготовки».

Этот случай не единичный – зачастую космическим собакам давали клички, которые в силу обстоятельств потом приходилось менять. Причины были самыми разными – от неблагозвучных (если не сказать даже непечатных) исходных имен до суеверий. Так, никто не решился отправить в космос Удачу, и кличку пришлось поменять – эту четвероногую героиню мы знаем под именем Звёздочка. Совершившие совместный полет Ветерок и Уголёк оба изначально имели другие клички. Для прессы клички не подходили. Первый был любителем припустить газов, за что получил от испытателей говорящее имя Бздунок (его иногда еще называли Пэр по той же причине). Новая кличка – Ветерок – не только была красивой и даже романтичной, но и в некоторой степени сохраняла вложенную в исходное имя смысловую нагрузку. А второй пес имел угольно-черный окрас, и его смеха ради окрестили сначала Снежком. Но в соответствии с окрасом его переименовали и сделали Угольком.

Инженерам и биологам в СССР пришлось приложить немало усилий к подготовке не только собак, но и обезьян. Именно этих животных, как казалось, было правильно отправлять в космос для первых исследований. Их организм очень похож на человеческий, а значит, по результатам стартов обезьян можно судить о возможности полета человека с большей уверенностью. В поисках кандидата для полета инженеры отправились в цирк, где дрессировщик прямо сказал, что подготовка обезьяны будет крайне сложной и займет много времени. Эти животные очень любопытные и активные, а их пальцы могут натворить немало бед. В замкнутом пространстве они начнут паниковать, рвать провода, нажимать на переключатели, разбирать панели, в общем, портить космический корабль. Тогда в СССР было принято решение перейти на более дрессируемых и спокойных животных, на лучших друзей человека – собак. К тому же после опытов академика Павлова в стране была мощная школа ученых, знающих особенности проведения экспериментов на собаках.

В США решили ситуацию по-другому. Обезьян шимпанзе вводили в состояние сна с помощью наркоза. Правда, в этом состоянии нервная система угнетена, а в зависимости от типа усыпляющего средства организм мог вести себя иначе, нежели без него. В ходе первых стартов у подопытных шимпанзе наблюдались проблемы с сердцем и легкими. Некоторые обезьяны из-за этого умирали после успешного полета. В СССР у собак таких трудностей не было. Трижды при запуске пары собак на одном космическом аппарате для чистоты эксперимента поступали так: одну из четвероногих исследовательниц оставляли в сознании, а другой вводили наркоз. Таким образом удавалось различать воздействия на организм самой невесомости и наркоза. Соответственно, можно было определить степень влияния наркоза на организм в процессе суборбитального полета.

Строение скелета собаки и человека очень разные, к тому же четвероногие питомцы никак не смогли бы поведать о возможных трудностях со здоровьем у людей в процессе полета на ракете. Чтобы этот вопрос закрыть, в СССР был разработан манекен с датчиками, имитирующий человека. Его прозвали Иваном Ивановичем.

Но вернемся к приматам. В 80-х годах технологии космических кораблей заметно развились, а ученые в СССР решили, что смогут поработать с обезьянами. У любых других животных мозг достаточно сильно отличается от человеческого, а некоторые эксперименты с мозгом на человеке не проведешь. В качестве подопытных медики выбрали макак-резусов. Они себя хорошо зарекомендовали как модельные животные после того, как у них был обнаружен резус-фактор крови. Макак запускали в рамках проекта «Бион», но уже с первой обезьяной произошло то, чего боялись в самом начале. Макака по кличке Абрек сгрызла крепление, освободила руку и начала дергать за провода. Абрек сбросил с груди все датчики и начал тянуться к приборам, вживленным в мозг. Чтобы животное не нанесло вред себе или кораблю («Космос-1514»), его вместе со второй обезьяной вернули на Землю досрочно. То же самое и по той же причине сделали и с биоспутником «Космос-1887». Обезьяны Дрёма и Ероша высвободились и сломали все, до чего смогли дотянуться, в том числе системы кормления и телеметрии (последняя передавала координаты местоположения). За несколько минут до входа в атмосферу спутник был потерян.

В конце концов наземные службы получили сигнал установленного на спускаемом аппарате радиомаяка после посадки. Обезьяны промахнулись с местом приземления на тысячи километров. Их ждали в казахских степях, а они оказались в тайге Якутии. Конечно, из-за этого были трудности при эвакуации. Три дня обезьяны лежали в сугробе на морозе без еды и воды, но их успели спасти, хотя Дрёма уже был на грани гибели. Его отвезли в реанимацию и вернули к жизни. Потом, когда прошло восстановление, обезьян отвезли показать Фиделю Кастро, и именно Дрёма ему понравился больше всего. Этот сорванец остался на Кубе с пожизненным запасом бананов согласно обещанию президента.

В США тоже организовывались полеты обезьян без наркоза, и в них любопытные сорванцы тоже устраивали полный хаос. Так, шимпанзе по кличке Хем должен был не только сидеть в космическом корабле, но и нажимать на специальные рычаги по световому сигналу. Хотя полет длился всего 18 минут, шимпанзе как бешеный стучал по всем рычагам и суммарно сделал около 50 ударов. При этом ракета сильно отклонилась от своей траектории, возникло большое ускорение и перегрузка в два раза выше расчетной, отказала система подачи воздуха и контроля тепла, но только потом, уже после приводнения, обезьяну укачало.

Для длительного полета свинохвостой макаки по кличке Бонни на «Биоспутнике-3» обезьяне вырвали некоторые зубы, а ее саму фиксировали с помощью болтов, прикрепляемых прямо к костям таза. В процессе полета над бедной макакой проводилось множество экспериментов, но все они были поставлены под сомнение. Из-за серьезного хирургического вмешательства до полета, обилия экспериментов, которые шли параллельно, а также из-за отсутствия контрольной группы результаты исследования нельзя было использовать для получения серьезных научных выводов. К тому же обезьяне стало плохо в космосе, ее вернули на Землю, но ее это не спасло.

А что с другими животными? Франция запустила в суборбитальный полет кошку по кличке Фелисетт. Выбор такого животного был крайне неудачным. Во-первых, кошек сложно дрессировать. Поэтому для кошек, как до этого для обезьян, делали специальные крепежные механизмы. Во-вторых, это очень милые животные, и исследователи к ним привязывались. Известно много случаев, когда ученые СССР брали домой собак-космонавтов. А с кошками изначально было понятно, что ни одна из них живой не останется. Испытуемым четвероногим даже не давали имен. Так, имя Фелисетт появилось в среде журналистов только после полета, а в лаборатории это была кошка C341. В процессе подготовки к полету кошек тренировали на специальном самолете, в котором создается кратковременная невесомость длительностью 21 секунду. В ходе этих испытаний стало ясно, что кошкам в невесомости очень трудно. Кошки всегда приземляются на лапы, так как их организм чувствует, с какой стороны расположен центр притяжения. Есть даже отдельная наука, которая изучает процесс падения кошек – пазематология. А куда разворачиваться в невесомости? Кошки начали бы бешено крутиться во все стороны и паниковать. Запуская четвероногих пушистиков в космос, ученые хотели глубже понять процессы в мозгу животного. Теперь можно представить, что испытывала Фелисетт в течение пяти минут в невесомости. Еще и посадка оказалась крайне неудачной. Контейнер с кошкой оказался в таком положении, что хвостатый космонавт оказался вниз головой. Все, что можно было узнать, ученые узнали, и дальнейшие пытки кошек сочли нецелесообразными.

А вот у кого проблем с пребыванием в тесном космическом корабле не было, так это у черепах. Их выбрали для облета Луны на советском корабле «Зонд-5». Кстати, это первые животные, побывавшие рядом с естественным спутником Земли. Полет до Луны и обратно занимал семь дней, а черепахи могут не есть и не пить все это время и даже больше. Именно это стало причиной такого выбора. Правда, о том, что черепахи совершат облет Луны, никому не сказали. Полет «Зонда-5» был относительно удачен, только из-за отказа систем ориентации корабль не мог вернуться на территорию СССР. Посадка произошла в Индийском океане. Службы спасания нашли космический корабль и достали его из воды. Пока они работали, из аппарата послышались звуки. Все сильно испугались, так как посчитали, что внутри запускался механизм самоуничтожения. Рабочие отправили запрос, чтобы узнать, так ли это. Ученые заверили представителей службы спасания в безопасности конструкции и сообщили, что это черепахи. Тем не менее достать животных рабочие не решились. Еще тринадцать дней, пока спускаемый аппарат не был доставлен в Москву, черепахи сидели без воды и еды. Эта ошибка к серьезным последствиям не привела. Животные были живы, хотя истощены сверх меры.

Еще одно животное на Луне – муха-дрозофила. Причем, в отличие от черепах, мухи даже высадились на поверхность (конечно, не в скафандрах и с флагом, а внутри специального контейнера). Дело было на борту китайской автоматической межпланетной станции «Чаньэ-4». Кроме мух, внутри контейнера были семена различных растений, которые проросли и развивались на Луне. Но когда наступила лунная ночь, все живые организмы погибли от холода. Хотя на борту китайского лунного аппарата находился источник тепла, который согревал научные приборы, он не имел подключения к контейнеру с биологическими образцами, у которого собственная система контроля тепла не была рассчитана на долгую ночь.

История перепелов из-за отсутствия плана действий после завершения эксперимента кончилась печально. Для исследования развития эмбрионов в условиях невесомости на борт орбитальной станции «Мир» были доставлены яйца японского перепела и специальный инкубатор. Через некоторое время птенцы вылупились – эксперимент был успешно завершен. Перепелята были здоровы, но возник вопрос, что теперь с ними делать. На Землю космонавты не собирались возвращаться еще долго, ведь было много других научных задач. А птенчики в таком возрасте не могли сами питаться, в невесомости им трудно было захватить еду в клюв. К тому же в невесомости им никак не удавалось закрепиться на жердочке – у них не было хватательного рефлекса. Чтобы покормить перепеленка, космонавтам требовалось много усилий и времени, которых у них не было. В итоге все птенцы погибли от истощения.

Интересно, что потом еще раз на станцию «Мир» уже другим экипажем были доставлены перепела не только в виде яиц, но и взрослых особей, правда, и время на их кормление было выделено. Космонавты изрядно намучились с ними и указали, что для такого эксперимента нужен отдельный член экипажа. И такой на станции появился, только он не помогал и… не был человеком. На станцию «Мир» нелегально проник таракан. У врачей-гигиенистов потом были большие неприятности из-за появления на орбите незаявленного космонавта. Пронес он с собой что-то вредное или нет, неизвестно. Однако появление таракана заметно улучшило психологическое состояние экипажа, который о нем стал заботиться и намеревался вернуть его на родную планету. Вдалеке от Земли космонавты часто меняют представление о размерах своего родного дома и места человека в нем. Так случилось и на этой раз. Однако до конца полета таракан не дожил – его случайно раздавили во время работы. Это для космонавтов оказалось серьезным испытанием – шестиногого члена экипажа было очень жалко. Как-то еще один безбилетник проник на станцию «Салют-4». Это была муха, которой дали кличку Нюрка.

Но самый нежелательный пассажир – это плесень. В невесомости при наличии питательной среды все микроорганизмы размножаются быстрее. Процесс деления идет во всех направлениях, и при этом сила тяжести такой рост никак не ограничивает. Плесень может затаиться в укромном уголке, где есть вода. Так, ее находили на костюме водяного охлаждения скафандра, на трубах отведения туалета, а в 1997 году на станции «Мир» плесень даже вывела из строя специальный прибор – блок управления связью. Она разъела изоляцию проводов и вызвала окисление меди. Это привело к короткому замыканию. Правда, инженеры выяснили это, только когда устройство вернули на Землю. Тем не менее космонавты могли догадаться о природе проблемы, ведь на борту, по словам экипажа, ощущался «запах гнилых яблок». Только яблоки на орбитальной станции оказаться не могли, а вот плесень – вполне.

На Международной космической станции в 2001 году несколько раз срабатывал датчик пожара, но не было даже дыма. Люди на борту изрядно перенервничали от постоянного сигнала опасности. На Земле выяснилось, что во всем виновата плесень, которая поселилась на поверхности чувствительного детектора.

На МКС за микрофлорой следят экипажи, делая постоянные проверки и уборку, кроме того, распространению микроорганизмов по разным отсекам мешают специальные фильтры, использующие сильные магнитные поля для разрушения клеток (хотя и это не спасает от вездесущего грибка). Есть и ГОСТ Р 50804–95, который определяет допустимый уровень микроорганизмов в космическом корабле. На более старой станции «Мир» таких приспособлений не было, и из-за этого космонавты то и дело находили страшные на вид слизневые образования. Возник даже слух, что именно из-за найденных бактерий станцию пришлось затопить. Это не так, микроорганизмы не были патогенными. Поводом к распространению этой «теории заговора» стало интервью одного из космонавтов. Он сказал: «Микроорганизмы так размножились, что поразили запасы воды. Когда на станции заглох один из приборов и я стал разбирать его, то обнаружил желтого червя полутораметровой длины с коричневой крапинкой. Таких на Земле еще не было». Это была шутка, но в каждой шутке есть доля шутки, а остальное…

Микробы, бактерии и грибки хорошо размножаются не только внутри станции, но и внутри космонавтов. В невесомости все воспалительные процессы как у человека, так и у других живых существ протекают более интенсивно. Начиная с отбора самых первых претендентов на полет, в критерии входит отсутствие у них любых хронических заболеваний. Также перед стартом все космонавты проходят карантин. Однако был случай, когда кандидат умудрился обмануть медицинскую комиссию. Это произошло перед отправкой корабля «Союз Т-4». Один из членов экипажа во время подготовки за четыре года до старта почувствовал признаки воспаления предстательной железы. Чтобы не выбыть из программы, он скрыл от медиков этот факт. При этом лечился сам, и ему удалось убрать все симптомы, но не причину. В программу полета экипажа входила работа на борту станции «Салют-7» в течение 282 дней. Через четверть намеченного срока симптомы к больному вернулись и даже усилились. Он, наконец, сообщил об этом на Землю. Лечение медикаментами, которые были на борту станции, не принесло успеха. В невесомости предстательная железа увеличилась так, что даже стала перекрывать мочевыводящие протоки, стало тяжело попросту ходить в туалет. Во избежание серьезных последствий горе-космонавту приказано было вернуться на Землю. Так как корабль один, вернуться необходимо было всему экипажу. Безответственность одного человека привела к срыву и текущей программы, и трех следующих программ посещения. После этого случая врачи отряда космонавтов добавили в программу медицинского контроля пробу секрета предстательной железы.

Другой случай воспаления в космосе произошел на станции «Мир» во время международной программы, в которую входил американский астронавт-врач. Один из членов экипажа порезался на орбите, и, видимо, в рану попал инородный агент. Рана начала воспаляться и гноиться. Наш космонавт попросил американского коллегу помочь как врача, но тот отказался. Только после разрешения от медиков на Земле и по указаниям из центра управления в Хьюстоне астронавт перевязал рану. В итоге серьезных последствий не было, но рана зажила бы быстрее, произойди такая ситуация на Земле, или если бы помощь была оказана раньше. Кстати, это случилось именно в то время, когда на станции «Мир» гостил таракан, но история умалчивает о том, имеет ли он какое-либо отношение к воспалению раны космонавта.

Неприятная ситуация произошла и с первым космическим туристом на МКС. Когда он перелетал из одного модуля в другой, то не заметил люк и на полном ходу напоролся на него головой. От сильного удара турист рассек себе лоб. Сразу появилась кровь, которая в виде капли стала нарастать. В невесомости все направления одинаковы, и жидкость не будет течь вниз, просто потому что низа в привычном нам понимании там нет. Любая жидкость, в том числе и кровь, в таких условиях стремится собраться в шарообразную капельку именно в том месте, откуда она попала в невесомость. В случае пореза сферическая капля крови будет разрастаться вокруг места повреждения кожи. При этом рана еще и заживает медленнее, так как на орбите меняется состав тромбоцитов – клеток, которые отвечают за свертывание крови. Профессиональные космонавты быстро помогли любителю: убрали кровь впитывающими полотенцами, продезинфицировали и наложили семь швов. Дальнейших проблем со здоровьем у туриста не было. Однако многие считают ошибкой, что Росавиакосмос отправил на орбиту непрофессионала, пусть и подготовленного. В то время особенно протестовали против туристического полета земляки нашего героя – американские астронавты. Российские космонавты, чтобы отстоять члена своего экипажа, пусть и не коллегу, устроили забастовку. В итоге все прошло успешно, и сегодня именно в США космический туризм поставлен на поток.

А теперь плавно перейдем к проблемам, с которыми любой организм неминуемо столкнется в состоянии невесомости. Самое первое, что ожидает космонавта в таких условиях, – это болезнь движения. Ее причины и проявления схожи с причинами и проявлениями морской болезни. В первом полете на орбиту собак Белки и Стрелки на шестом часу активизировалась Белка. Согласно киносъемке и показаниям датчиков, она много нервничала, лаяла и дергалась, ее стошнило. Явной причины обнаружено не было – видимо, невесомость оказывала свое пока не изученное влияние. Тем не менее для будущего полета человека были введены ограничения – длительность полета не больше трех часов, а лучше меньше. Юрий Гагарин должен был находиться в космосе не более 90 минут – один оборот вокруг Земли. Ему заблокировали систему ручного управления. Это было сделано на тот случай, если в космической бездне мозг не справится с осознанием мира или если в невесомости изменится его работа. Разблокировать ручное управление можно было, но только после введения специального кода. Причем этот код был написан на листке бумаги, который помещался в конверт, а уже конверт перед стартом давали космонавту. В случае аварии нужно было открыть конверт, прочитать и осознать код и ввести его. Тем самым космонавт подтверждал свою вменяемость. С Юрием Гагариным ничего плохого не произошло, и тогда руководители космической программы СССР для второго полета человека решили увеличить время пребывания на орбите до суток. Тут-то и проявилась проблема, которая была у Белки. Космонавта начало мутить при движении.

Причина – в работе внутреннего уха. Это орган равновесия, который определяет положение тела относительно центра тяжести (в нашем случае это планета Земля), а также ускорение тела. Принцип работы достаточно прост. Во внутреннем ухе есть набор полых костей – улитка, преддверие, полукружные каналы и т. д. Внутри них имеются системы чувствительных рецепторов, небольших камушков – отолитов, – и все это находится в жидкости. При перемещении тела или головы в пространстве жидкость и отолиты в ней смещаются под действием инерции и силы тяжести. Они надавливают на чувствительные рецепторы, а те отправляют сигнал в мозг. В зависимости от того, с какой стороны и на какие нервные окончания идет воздействие, мы понимаем, наклонились ли мы вперед или назад, идем или стоим. Также мозг обрабатывает сигнал и от глаз. Во время качки на волнах линия горизонта смещается, а направление силы тяжести не меняется. В мозгу возникает противоречие, из которого и вытекают всем известные неприятные последствия. В невесомости во внутреннем ухе не будет происходить смещение жидкости при любых поворотах, так как отолиты не будут смещаться в строну центра тяжести, а вот глаза увидят изменение положения тела. И вот опять конфликт в мозгу, который ощущает перемещение от одного органа и не ощущает от другого. Причем если не двигаться, то симптомы будут легче. Так второй космонавт планеты Герман Титов и поступил. На шестом часу полета он почувствовал неприятное головокружение, но на Землю доложил о том, что все в порядке. Космонавт старался не двигать головой, и это неплохо помогло. Он даже заснул на несколько часов, несмотря на подступающую тошноту. Сон входил в план полета и был экспериментом. Сможет ли человек в космосе спать? Ответ: да. Космонавт проснулся чуть раньше сеанса связи с Землей и решил подремать еще пять минуточек. В итоге, как это часто и бывает, он пропустил сеанс, чем слегка встревожил инженеров. Конечно, все понимали, что паниковать рано, так как космонавт может просто спать. К тому же Титов не мог поставить будильник на нужное время: этого приспособления у него попросту не было. После возвращения на Землю второй космонавт планеты все о своем состоянии доложил. По результатам полета врачи впредь уделяли особое внимание подготовке вестибулярного аппарата кандидатов в космонавты, а инженеры разработали космический будильник. Хотя сейчас в программу вестибулярных тренировок входит много упражнений, космонавты далеко не всегда, оказавшись в невесомости, легко переносят болезнь движения. Многие говорили, что если бы знали, как будет плохо, то никогда бы не полетели в космос.

Самый серьезный случай произошел с американским конгрессменом. В 1984 году была создан проект «Политик в космосе». К тому времени в США у многих возник вопрос о целесообразности затрат на космические исследования. Чтобы убедиться, что деньги идут на полезное дело, в космос собрались политики. Отбор провели достаточно строго, но критерии и подготовка были куда проще, чем у профессиональных астронавтов. Все этапы отбора и подготовки прошел конгрессмен и бывший пилот Джейк Гарн. Когда он оказался на орбите, ему было так плохо, что астронавты придумали шутливую единицу измерения для оценки состояния организма – гарн. «Измерения» стали вести в диапазоне от 0 до 1. Обычно на орбите люди испытывают 0,1 гарн, во время качки – 0,01 гарн, а конгрессмен испытал на себе полноценный максимально возможный 1 гарн.

Тренировочно-нагрузочный костюм

Укачивало в космосе не только людей, но и обезьян. Во время седьмого запуска шаттла «Дискавери» на борту были две обезьяны саймири. Одна справлялась с укачиванием неплохо, а вот вторую тошнило. Она почти ничего не ела и сидела в углу клетки, сжавшись в комочек. Астронавт Уильям Торнтон сжалился и открыл дверцу, чтобы покормить обезьянку с рук. В этот момент все фекалии и остатки еды, скопившиеся от животного, вылетели наружу и разлетелись по кораблю. А там другой астронавт Норман Тагарт тоже переживал симптомы морской болезни. К укачиванию добавился еще один фактор, вызывающий тошноту, в виде отходов жизнедеятельности и резкого неприятного запаха. Возможно, имя Уильяма Торнтона показалось вам знакомым – в начале этой главы мы уже рассказывали про его приключения очень похожего плана с крысами. Интересно, что обезьяна через пару дней пришла в себя и накинулась на еду. Сначала она съела то, что дал астронавт, а потом попросила порцию у специального автомата. Корм выдавался раз за разом. Когда у обезьяны было 35 порций, во избежание типичного для шведского стола переедания, астронавты автомат отключили.

Вторая по важности медицинская проблема, возникающая в невесомости, – атрофия мышц. Правда, пока организм в космосе, ему легко и свободно, а все трудности начинаются потом на Земле. Атрофия мышц – это уменьшение объема мышечной массы. В невесомости она возникает из-за отсутствия нагрузки. Без периодических мышечных сокращений ухудшается приток крови к клеткам мягких тканей, а это вызывает деградацию мускулатуры. К тому же скелетные мышцы служат местом хранения аминокислот. Если нет нагрузки, а значит нет и потребности в синтезе белка, то мышечная масса будет расходоваться на метаболические потребности. В первых коротких полетах в космос атрофия мышц не проявлялась серьезно, но когда на аппарате «Космос-110» на орбиту на три недели отправили собак Ветерка и Уголька, последствия были налицо. Собаки вернулись уставшими и изможденными. Они не могли вставать, двигаться и даже лаять. Шерсти в местах пролежней не осталось, выпали клыки.

Наблюдалась атрофия почти всех мышц, в том числе и сердечной. Хотя исследования были проведены и задокументированы, выводы, видимо, ученые не сделали, ведь через четыре года в космос на корабле «Союз-9» на 18 дней полетели люди. Космонавты Андриян Николаев и Виталий Севастьянов по возвращении на Землю не смогли самостоятельно выбраться из корабля, не могли какое-то время ходить, и даже поднять руку им было невероятно сложно. Николаев несколько раз потерял сознание, пока космонавтов после посадки транспортировали в больницу. Кровь из-за ослабления сердца меньше приливала к голове. Объем сердца Николаева уменьшился на 12 %, а сам космонавт ощущал, что даже внутренние органы стали какими-то необычайно тяжелыми.

Впоследствии встал вопрос о том, какие действия могут помочь космонавтам в длительных миссиях, ведь многие космические задачи требуют для их выполнения больше трех недель. Врачи предложили множество методов (и даже уринотерапию), но решение оказалось простым. Космонавты должны были минимум по два часа в день заниматься спортом, пока они находятся на орбите. Инженеры сделали новые тренажеры и нагрузочные костюмы. Они работают благодаря магнитным силам или силе упругости и не требуют силы тяжести.

Также врачи предписывают космонавтам пить витамины и минеральные элементы. Но в этом тоже есть свои трудности. Так, медики в процессе полета экипажа корабля «Аполлон-15» обнаружили нарушения сердечной деятельности у астронавтов Скотта и Ирвина. Врачи связали это с потерей кальция. В паек экипажа следующей миссии «Аполлон-16» был добавлен апельсиновый сок, обогащенный этим микроэлементом. Астронавтам было предписано налегать на него. Двенадцать дней они пили только этот апельсиновый сок. Однако он содержал в себе много кислот, и постоянное его употребление вредило желудку. У астронавтов Янга и Дьюка возникли некомфортные ощущения, вздутие, изжога. Неприятности были не только внутри организма, но и снаружи. Поглотители запахов корабля не справлялись с тем, что естественным образом выделяли астронавты. И это в небольшом замкнутом пространстве, которое нельзя было проветрить. Янг после официального доклада выключил связь и уже в неофициальной обстановке дал волю эмоциям и высказал коллеге Дьюку все, что думает о медиках, не стесняясь в выражениях. Правда, оказалось, что свой микрофон он не выключил, и на Земле всё услышали.

У вас есть пломбы на зубах? Если, да то, вероятно, в космонавты вы не годитесь. Стоматолога в космосе нет, лечить зубы некому, а значит, и зубы должны быть здоровы. На заре космонавтики полость рта интересовала руководителей, отвечающих за полет, в первую очередь в декоративных целях. Космонавты становились героями и должны были приятно выглядеть. Знаменитая обаятельная улыбка Гагарина до сих пор будоражит и вдохновляет. Постепенно становилось понятно, что ученым нужно как следует подумать об уходе за челюстью и зубами космонавтов в полете. Первая проблема такого характера заявила о себе во время посадки корабля «Союз-5». Процесс возвращения на Землю не задался сразу. Сначала не отсоединился по инструкции приборно-агрегатный отсек. Корабль оказался повернут в сторону плотных слоев атмосферы самым незащищенным местом – люком. Велик был шанс, что резиновое уплотнение не выдержит высокой температуры. Запах гари уже проник в спускаемый аппарат. Благо в последний момент приборно-агрегатный отсек все-таки отделился, а корабль развернулся тепловым щитом к набегающим потокам горячей плазмы. Однако от такого маневра спускаемый аппарат раскрутился и стал лететь не по расчетной плавной траектории, а по более крутой. Из-за этого космонавт Борис Волынов почувствовал воздействие сильной перегрузки. Вес тела вырос в 9–10 раз. Такое развитие событий инженеры и врачи на Земле предполагали, поэтому подготовили героя, и он выдержал. Наконец, раскрылся парашют. Из-за того, что корабль вращался, стропы стали закручиваться. Парашют от этого стал сворачиваться и хуже замедлять падение. Удар о Землю оказался очень жестким. Большинство костей тела выдержали, так как тело космонавта располагалось в специальном амортизационном кресле «Казбек». Не выдержали только зубы, которые никак не закрепить. Врачи диагностировали перелом корней зубов верхней челюсти. После этого конструкция парашюта была изменена, но гарантировать безопасность зубов было нельзя. Так что космонавтам настоятельно рекомендуют за пару минут до посадки (начиная с высоты около 450 метров над поверхностью Земли) не разговаривать, чтобы не повредить челюсть или не откусить себе язык.

С зубами проблемы у космонавтов возникают не только при посадке, но и в невесомости. Кальций – основной химический элемент, отвечающий за прочность скелета, при длительном пребывании в космосе начинает вымываться. Кости при этом из-за уменьшения плотности становятся более ломкими. Этот процесс в медицине называют остеопения. В зубах это может проявиться в выпадении пломб. Так, сразу в первом же длительном – больше трех месяцев – полете у космонавта Юрия Романенко возникла проблема. За две недели до конца миссии пломба на зубе вылетела, и появилась ноющая боль. Со временем она усилилась. Напарник нашего космонавта Георгий Гречко доложил на Землю о проблеме, но сказал, что зуб болит у него. Романенко являлся подполковником, командиром экипажа, нес ответственность и боялся сообщать на Землю, так как военные могли обвинить его в срыве программы. Гречко, в свою очередь – бортинженер, никаких званий не имел и с военными связан не был. В итоге правда раскрылась, и оказалось, что Юрий Романенко зря боялся. Проблему с зубом, правда, это не решило. Средства, которыми предлагали снять боль медики, нашему герою помогли, но немного. Тем не менее он довел свою миссию до конца, хотя и с трудом мог справляться с болью, от которой лезут на стену даже самые стойкие. После этого в программу предполетного обследования были введены более жесткие правила отбора от стоматологов, и не раз именно из-за проблем с зубами кандидатов в космонавты отчисляли из отряда. Сейчас, если на зубе с нервом есть пломба, то претендента обычно не берут в длительный полет. На всякий случай в аптечку на станции добавили бормашину и набор для создания временных пломб. Правда, в тех ситуациях, когда машина могла бы пригодиться, космонавты не решались ею воспользоваться. Конечно, их обучали работе с новым дополнительным медицинским оборудованием, но только теоретически. Да и типичный страх перед этим жужжащим прибором никуда не исчезает. Космонавт так и летал с дырявым зубом. Хорошо, если нерва уже не было, и боли, соответственно, тоже.

С остеопенией связаны не только проблемы с зубами. Страдает весь скелет. Правда, в невесомости космонавты этого не замечают, а вот на Земле возникает много проблем. Был случай, когда по возвращении на Землю человек случайно стукнул рукой по столу и сломал себе кости. Чтобы снизить риск переломов при посадке, кресла космонавтов, например кресла «Казбек», делают точно по фигуре. Метод создания довольно прост. На Земле космонавт ложится в ванну с жидким гипсом и находится в ней, пока гипс не затвердеет. Так получается слепок, с которого создают ложемент. Последний является своего рода вкладышем для кресла. Готовясь к полету по программе «Союз-Аполлон», один из советских космонавтов разделся и сразу погрузился в ванну с гипсом, но, когда тот затвердел, возникла проблема – волосы со спины прилипли к слепку. Космонавт с болью, знакомой только тем, кто делал эпиляцию, вылез из этой ванны, но навсегда запомнил, что перед погружением в гипс хорошо бы надевать тонкую рубашку.

Хотя кресла делаются точно по фигуре, никто не может гарантировать, что фигура космонавта не изменится в процессе полета. Более того, медики выяснили, что в невесомости космонавты растут, вернее расстояние между позвонками увеличивается, связки и сухожилия растягиваются. Похожие процессы происходят и на Земле ночью, пока мы спим. Утром люди обычно на 1–2 см выше, чем в конце дня, проведенного на ногах. Гравитация планеты «сплющивает» человека. На орбите можно вытянуться и посильнее. Неоднократно при посадке после длительного полета космонавты получали ушибы шеи, которая вытягивалась и уже не соответствовала параметрам кресла.

Немаловажно и психологическое состояние космонавтов. Нахождение на орбите в опасных сложных условиях с риском для жизни и здоровья, да еще в замкнутом пространстве – большой стресс, который может серьезно повлиять на самочувствие космических путешественников. Люди, подготавливающие космонавтов и программу полета, часто не учитывали некоторые психологические моменты и ошибались в своих планах.

Самый сложный случай произошел с космонавтами, которые отправились на военную станцию-шпион «Салют-5». Главной задачей была разведка и отработка систем для фотографирования военных объектов. Станция делает один оборот вокруг Земли всего за 90 минут, а значит, и интересующий регион будет появляться в поле зрения с этим интервалом. И это без учета вращения самой планеты. К тому же зон для разведывания много, и все они в разных местах. Эти факторы приводили к тому, что у космонавтов не было достаточно слаженного и удобного графика работы и отдыха. Нужно было при необходимости прерывать сон по пять раз, отвлекаться от занятий спортом, а времени на отдых могло и не быть вовсе. К тому же, как выяснилось, космонавты в экипаже были плохо совместимы по характеру. Командир – строгий, педантичный и бескомпромиссный Борис Волынов, а бортинженер – свободолюбивый Виталий Жолобов. Первое время космонавты справлялись со всеми трудностями. Но по прошествии двух третей от намеченного срока миссии на борту станции возникла серьезная авария с отключением электропитания и, соответственно, большинства систем, в том числе систем жизнеобеспечения. Связь с Землей отсутствовала, и космонавты оказались в полной темноте в бездонном космосе. В экстренном порядке экипаж приступил к устранению неполадок. Восстановить работоспособность станции удалось, но с тех пор космонавты стали чувствовать слабость, головную боль, особенно бортинженер. Через несколько дней он даже не мог пошевелиться. Возникла теория, что в результате утечки в атмосфере станции появились отравляющие вещества. Командир затащил второго члена экипажа в корабль, и они вместе вернулись на Землю досрочно. Впоследствии никаких следов отравляющих веществ не было обнаружено ни в организмах космонавтов, ни в атмосфере станции. Врачи сделали вывод, что столь серьезные проблемы со здоровьем возникли в результате стресса и психологического напряжения.

В дальнейшем при отборе космонавтов особое внимание психологи стали уделять не только личной устойчивости к стрессам каждого кандидата, но и совместимости характеров участников полета. Также последующим экипажам Центр управления полетами организовывал сеансы связи с семьей, известными музыкантами и деятелями культуры, на борт доставлялись предметы по желанию космонавтов для снятия эмоционального стресса (книги, игры, музыкальные инструменты, фильмы и т. д.).

Тем не менее чуть не завершилась досрочно пятая основная экспедиция на станции «Салют-6». Космонавты Виктор Савиных и Владимир Ковалёнок работали на износ. В программу 70-суточного полета входило огромное число экспериментов, тогда был поставлен рекорд по их количеству. Особенно много работы было по международной программе «Интеркосмос». Ведь как-никак ждали гостей, нужно навести порядок и прибраться. График у космонавтов был с 8:00 до 22:00, и это без выходных даже на 12 апреля. Через три недели члены экипажа начали жаловаться на боли в сердце, бессонницу и головные боли. Врачи на Земле поняли, что наблюдаются симптомы переутомления. Кроме того, с таким графиком у космонавтов не находилось времени для занятий на тренажерах, и у них проявилась атрофия мышц. По требованию командира Земля дала экипажу трехдневный отдых с обязательной трехчасовой физической нагрузкой для восстановления мышц.

Похожая история, но с большим шумом, произошла в ходе третьей пилотируемой экспедиции американских астронавтов на станцию «Скайлэб». Она была рекордной по продолжительности для того времени – целых 84 дня. Предыдущий экипаж блистательно выполнил свою работу, и ученые решили программу исследований заметно расширить, да так, что рабочее время астронавтов стало составлять, по меньшей мере, 12 часов в день. При этом у всех членов экипажа поначалу были проблемы с адаптацией на орбите, так что с первого дня астронавты стали отставать от сроков, с каждым днем – все больше и больше. Тут еще на небе появилась интересная комета С/1973 Е1, яркость которой неожиданно увеличилась, усилилась активность Солнца и пошли сбои систем на борту. Нужно было найти время и на изучение нового объекта, и на ремонт. Центр управления полетами в Хьюстоне начал давить на космонавтов и подгонять их. Чем больше экипаж пытался наверстать упущенное время, тем больше суетился, тем больше допускал ошибок. Все приходилось переделывать, что только увеличивало нагрузку и отставание. Запросы астронавтов о выделении дня на отдых хьюстонский ЦУП игнорировал. Так прошел месяц. На Рождество астронавтам подготовили развлекательную программу, но из-за очередных сбоев возможности расслабиться у них не было. Сбои, которые к тому времени уже носили регулярный характер, сопровождались несвойственным шумом. На Новый год, 1 января, астронавтам предстояла только работа без секунды отдыха. Это и стало последней каплей. На следующий день экипаж объявил ультиматум ЦУПу и без разрешения устроил себе выходной. Осознав свою ошибку, руководители миссии никаких санкций космическим бунтовщикам не предъявили и стали по-другому планировать ход экспериментов. Теперь астронавты могли сконцентрироваться на одной задаче и не распыляться. Также было выделено дополнительное время на отдых и психологическую разгрузку. Это произвело удивительный эффект. Несмотря на растущее в геометрической прогрессии отставание по срокам в первой половине миссии, во второй – экипаж уже с хорошим настроением, без суеты и с ощущением поддержки с Земли полностью выполнил самую насыщенную программу. То есть эффективность работы повысилась как минимум в четыре раза. Правда, та длительная миссия еще долго аукалась астронавтам на Земле. Они часами смотрели на обычные вещи: людей, деревья, строения; резкие и неожиданные звуки вызывали у них тревогу.

Еще один случай, который можно отнести к этой теме, произошел в ходе полета корабля «Союз-25». Экипаж на его борту должен был выполнить длительную миссию на станции «Салют-6». Для обоих членов экипажа это был первый полет. Состыковать корабль со станцией космонавтам не удалось. Во время первой попытки она оказалась боком к кораблю. Пришлось разворачиваться. Во время второй попытки аппараты соприкоснулись, но захвата не произошло. То же случилось и в третий раз. На четвертую попытку топлива не осталось, но все же космонавты, не посоветовавшись с Землей, пошли на риск и использовали резерв. И на этот раз на борту корабля опять зажглись предупреждавшие о неудаче транспаранты. Но только теперь у космонавтов не было топлива для маневров и шанса увести корабль от возможного столкновения. К счастью, его не произошло. После этой неудачи было предписано включать в каждый экипаж уже летавшего опытного космонавта. Причины проблем со стыковкой определены не были. Хотя космонавты могли быть не виноваты, часть ответственности на них взваливали. Ведь горячие головы без совета с Земли и без уверенности в успехе пошли на неоправданный риск. Для первых покорителей космоса это было обычным делом, и в этом даже была особая романтика. Но то давнее время сомнений и неизвестности прошло, а на смену ему пришло время ответственной и кропотливой работы.

В этом же полете произошла еще одна ошибка – забавная. Наземные службы рассчитали новое место и время посадки космонавтов с учетом их значительно более раннего возвращения на Землю. Чтобы они могли подготовиться к встряске, им сообщили время раскрытия парашюта – 6 часов 8 минут 12 секунд. Однако в назначенное время ничего не произошло. Парашют не раскрылся? Космонавты забеспокоились. В случае отказа автоматически должен сработать запасной парашют через 50 секунд. Но и через минуту, и через две ничего не произошло. Как сказал Владимир Ковалёнок, участник того полета, у него появилось «…чувство, которое появляется у каждого человека при ощущении приближения неотвратимого». Основной парашют раскрылся, когда на часах было 06:12:08. Оператор связи перепутал местами минуты и секунды, но насколько сильно эта ошибка потрепала нервы космонавтам, можно только догадываться.

Глава 13
Стратегические ошибки

– Партия поставила задачу полететь на Солнце. Проведите разработку.

– Но как же?! Солнце очень горячее, мы просто сгорим.

– Не волнуйтесь! Партия все продумала. Ночью полетите.

Анекдот

Перед тем как начать эту главу, хочется предупредить об относительности суждений политического, этического, морального и экономического характера. Не всегда, даже когда совершаются технические ошибки или возникают научные заблуждения, все однозначно. С политикой, стратегией вообще всегда и все относительно. Однако обойтись без обсуждения подобных вопросов нельзя, так как именно они остаются в памяти людей, которые не являются учеными, инженерами или космонавтами. Обычно именно из политических проблем вытекают проблемы технические.

Начать стоит со времени, когда все зародилось. Космическую историю СССР принято отсчитывать от образования небольшого коллектива инженеров-энтузиастов. Организация получила название ГИРД – сокращение от «Группа изучения реактивного движения». Сами участники в шутку расшифровывали аббревиатуру как «группа инженеров, работающих даром».

Уже после первых успехов организацию ГИРД взяли под крыло военные. С одной стороны, появилось финансирование, что хорошо, но с другой стороны возникли обязательства и требования военных, бухгалтерия и бюрократия.

Сначала инженеры сидели в подвале дома на Садово-Кудринской улице и пугали жителей этого дома громкими экспериментами. Теперь у них появились и станки, и оборудование, и полигоны для испытаний, и новые талантливые и амбициозные инженеры подтянулись. Организация была переименована в РНИИ (ракетный научно-исследовательский институт).

Зато вместе с плюсами появились и минусы – жесткий контроль. 30-е годы – суровое время, когда карались любое отступление или ошибка.

Что может быть хуже для зарождения новой науки? И как раз первая большая ошибка тогда и была допущена. Группа инженеров во главе с Г. Э. Лангемаком взяла государственный заказ на создание новой ракеты. В эту группу входили десятки талантливых конструкторов, в том числе никому тогда не известный Королёв. Также конструкторы получили триста тысяч рублей на покупку материалов и выплату зарплат. Однако через год работы предприятие-подрядчик заявило, что одну из заказанных деталей сделать не сможет, а без нее и ракета не сможет показать заявленных характеристик. Тут же глава другого отдела института А. Г. Костиков пишет донос в ЧК о вредительстве. И действительно, деньги потрачены, а ракета не летает. Некоторых талантливых инженеров из-за этого расстреляли, в том числе Лангемака и начальника института И. Т. Клеймёнова. Доносчик А. Г. Костиков после этого был повышен и стал руководителем института.

Некоторым инженерам «повезло», их осудили и отправили на каторгу. Одним из них был Королёв. Злополучную ошибку удалось достаточно быстро, если можно так выразиться, «исправить». А. Н. Туполев с разрешения Берии забрал многих осужденных в специальные «шарашки» – созданные на базе тюрем конструкторские бюро, где риска для здоровья и жизни почти не было, в отличие от рудников на Колыме, и при этом инженеры могли реализовывать свой талант. Там Королёв с товарищами работали до и во время войны. После смерти Сталина руководство СССР признало ошибку и реабилитировало всех, кто был несправедливо осужден.

Есть и другое мнение. Такая жесткая политика, возможно, была верной для того периода истории. Предвоенные годы – совсем не те времена, когда можно было разбрасываться ресурсами. Примечателен случай с ракетой Р-05. Ее собрали в 1928 году, и она показала удивительные характеристики. Ракета была управляемой и поднималась на высоту в 50 км, что было на тот момент одним из лучших результатов в мире. Однако военные эту ракету забраковали, потому что она работала на спирте. Генералы говорили: «Если такое количество спирта раздать солдатам, то они ради этого любой город возьмут раньше, чем в него попадет та ракета». И, вероятно, они были правы. Для ракеты-рекордсмена в тот момент не было конкретных задач, а спирт – дорогостоящий ресурс. В итоге в СССР, отбросив фантастические идеи Лангемака и Королёва, сделали более эффективные «Катюши», которые, несомненно, помогли во время Великой Отечественной войны.

В Германии тем временем ракетную технику поставили чуть ли не во главу угла. После поражения в Первой мировой войне немцы подписали договор, согласно которому не могли создавать танки, корабли и самолеты. Про ракеты в документе ничего не было. Это неудивительно, ведь ракетную технику тогда никто не воспринимал всерьез. Талантливый инженер Вернер фон Браун возглавил работу над тем, что потом стали называть супероружием, и преуспел. Его ракета «Фау-2» в 1943 году смогла подняться на высоту в 100 км и выйти за условную границу плотных слоев атмосферы. При этом она поразила цель в Лондоне.

После этого фон Браун произнес знаменитую фразу: «Ракета показала себя превосходно, но упала не на ту планету». Немецкий конструктор, как и его советские коллеги, был мечтателем и считал военное использование ракет большой ошибкой. Супероружие все-таки не помогло немцам. Многие специалисты в области военной техники считают, что «Фау-2» была сильно переоценена и эффект от ее использования был значительно ниже расходов на нее. Кстати, она, как и советская Р-05, в качестве топлива использовала спирт. По окончании Второй мировой войны разработки «Фау-2» попали в руки советских войск. Самого фон Брауна забрали в США, где он продолжил работу над созданием космической техники. После войны Сталин увидел все-таки перспективу жидкостных баллистических ракет и отправил инженеров в Германию изучать трофеи. Также своим постановлением Иосиф Виссарионович определил ракетное направление как первоочередное с наивысшим приоритетом важности.

В Германии произошла примечательная история с Валентином Петровичем Глушко. Это соратник Королёва, великий инженер и в будущем главный конструктор реактивных двигателей в СССР. Его судьба была похожа на судьбу Королёва, он тоже сидел по доносу А. Г. Костикова. В Берлине судьба свела Глушко и человека, который за несколько лет до этого написал на него донос. На тот момент он уже дослужился до звания генерала-майора. Недолго думая, Глушко ударил высокопоставленного инженера в нос. Тот в свою очередь обратился к коменданту города с обвинениями в адрес Глушко. Примечательно, что эта жалоба осталась без внимания. Человек явно оставил о себе не лучшее впечатление, пусть и имел высокое звание и числился как создатель «Катюш».

Но вернемся к ошибкам. Конструкторы, в том числе и Королёв, вернулись в СССР, где Сталин сразу поставил задачу повторить ракету «Фау-2» один в один. Инженеры стали предлагать даже более интересные новые проекты, но генералиссимус был непреклонен: сначала копируем, потом делаем новое.

Конструкторам пришлось тратить время на создание точного аналога «Фау-2», который получил имя Р-1. Конечно, при создании этой ракеты были отработаны многие новые технологии, но инженеры считали ее конструирование лишней тратой времени.

Когда же с ней было покончено, в планах у Королёва появились сразу четыре новые ракеты, а затем еще семь, которые разрабатывались параллельно. И у каждой, в том числе у Р-1, имелось с десяток модификаций. То время было феерией проб и, конечно, ошибок, в основном технических, они уже рассматривались нами в других главах. Два из четырех первоначальных проектов и четыре из второй очереди так и не были реализованы, а остальные помогли научиться летать на гигантские расстояния и даже за пределы плотной атмосферы сначала собакам, а потом и ядерным боеголовкам. Теперь уже другой лидер страны, Никита Сергеевич Хрущёв, имел повод погрозить «Кузькиной матерью».

Наступает 1957 год. В мае СССР испытывает новую ракету-носитель Р-7, но это событие мало кто замечает. Недооценка значимости этого проекта для США была ошибкой. Тот год объявили Международным геофизическим годом, и в честь этого американское правительство заявило, что к ноябрю запустит первый в мире спутник. Работа шла медленно и не спеша. Все инженеры считали, что ни в какой другой стране даже близко нет подобной технологии. В СССР это сообщение восприняли всерьез. К тому моменту уже вовсю шла разработка советского спутника для геофизических исследований. Он имел название «Объект Д». Для него уже была готова ракета Р-7, а спутнику требовался еще год на доработку. Руководство СССР, испугавшись потери приоритета, поставило задачу запустить спутник пусть попроще, но быстрее. 19 сентября некто Сергеев (это был псевдоним Королёва) на научной конференции сообщает, что в скором времени будет запущен советский искусственный спутник Земли. Все участники подумали, что в скором времени означает лет через 20–30, на деле же не прошло и месяца.

4 октября 1957 года изменился мир. Слова «В СССР запустили первый в мире искусственный спутник Земли» для руководства США были громче и страшнее взрыва атомной бомбы. СССР мало того что совершил величайший в истории технический прорыв, но и показал, что у него есть ракета, которая может долететь куда угодно. А что если вместо спутника будет бомба? В других частях мира настроения были куда более мирными и воодушевленными. Люди сочиняли музыку, стихи, писали картины, снимали фильмы, женщины делали прическу в виде спутника. Маленький простой шарик изменил мир и начал новую эпоху.

Макет Первого искусственного спутника Земли. NASA

Эффект от запуска Первого спутника превзошел все ожидания руководства СССР. Тут Хрущёв вспоминает, что скоро юбилей Октябрьской революции, и дает новое задание – запустить второй спутник к важной дате. Проблема заключалась в том, что до 7 ноября был только месяц. Запускать такой же спутник, как первый, было совершенно бессмысленно, а сделать что-то сложное – просто не хватит времени. Появилась идея запустить в космос собаку, тем более что на ракетах поменьше некоторые четвероногие друзья уже летали. Однако вернуть собаку из орбитального путешествия точно не удалось бы, не было еще таких технологий и не было времени их разрабатывать.

3 ноября собака Лайка полетела в космос в один конец. Позже все биологи и медики, которые работали над проектом, говорили, что это была ошибка. Да, до этого собаки тоже погибали во время испытаний, но это было непреднамеренно. В этом случае точно было известно, что собака не выживет. Даже последняя порция космической еды содержала яд, чтобы «гуманно» усыпить Лайку в конце полета. Реакция мировой общественности была резко отрицательной. СССР упрекали в жестокости и бесчеловечности. За «маленькую одинокую собаку в бескрайнем космосе» переживал весь мир.

Тем не менее на военных в США был оказан устрашающий эффект. У русских не одна ракета, их много, и они могут нести что-то еще. На тот момент у заокеанских коллег было два проекта: первый принадлежал военным и назывался «Авангард», вторым под названием «Юпитер» руководил тот самый Вернер фон Браун. Давать лавры бывшему немецкому инженеру руководство США не хотело, и потому запуски ракеты «Юпитер» со спутником «Эксплорер» отодвигали. После успешного запуска двух советских спутников и двух провалов наспех сделанного «Авангарда» руководство проектами все же отдали фон Брауну. Третий искусственный спутник Земли был американским.

Вернер фон Браун стал директором Центра космических полетов имени Маршалла НАСА 1 мая 1964 года. NASA

После этого прошло два года. США запустили к тому времени в три раза больше спутников, чем СССР, и расслабились, считая, что все под контролем. И это снова была ошибка. Неожиданно из Советского Союза приходит новость: в космосе побывали и вернулись собаки Белка и Стрелка. Щенка Стрелки даже подарили жене президента США. Это был явный намек на отставание Америки от СССР. Сам же успешный полет собак показал, что скоро в космос может полететь и человек. Меньше чем через год это и произошло. 12 апреля 1961 года космическое пространство покорил Юрий Гагарин.

Юрий Гагарин. NASA

Чтобы охладить не на шутку обеспокоенных военных США, хотя полет человека ничем не грозил, американское руководство начало наращивать присутствие своих ракет вблизи границ СССР, в том числе в Турции. В ответ на это Хрущёв размещает советские ракеты на Кубе. То время считалось самым опасным в истории. Мир был на пороге ядерной войны. В это же время появилась возможность для запуска космических аппаратов на Марс. Удобный для этого период, так называемое стартовое окно, бывает раз в два года. Ракету с автоматической межпланетной станцией «Марс-1» установили на стартовый стол. И это могло стать той искрой, которая разжигает огромный пожар, и самой большой ошибкой в истории. Старт баллистической ракеты мог быть неверно расценен как запуск атомной бомбы. Полет в космос «Марса-1» тогда отложили. И хотя из-за этого не получилось отправить исследовательское оборудование к Красной планете, зато удалось избежать угрозы полномасштабной ядерной войны.

Теперь вернуть первенство США в космической гонке мог только запуск человека на Луну. В 1962 году Кеннеди объявляет о начале работ по осуществлению этого дерзкого плана. На этот раз не поверили в эту фантастическую идею уже в СССР.

Тем временем американцы объявляют о первом полете экипажа из двух человек. Это более реальное достижение, и Хрущёв не захотел отдать пальму первенства. У конструкторов появилась новая головная боль – как запихнуть в маленький корабль троих, чтобы угодить руководству и обогнать США по количеству человек на борту одного корабля. Чтобы задачу реализовать, да еще и успеть в сжатые сроки, инженеры, как и в случае с Лайкой, поступились безопасностью. Так, например, для экономии места и стартовой массы нужно было летать без спасательных скафандров. Первый раз обошлось. На корабле «Восход» слетал экипаж из трех человек. Еще нескольким экипажам тоже повезло, но в 1971 году это решение аукнулось катастрофой. Погиб экипаж «Союза-11» – космонавты Добровольский, Волков и Пацаев. Из корабля вышел почти весь воздух, а без скафандров шансов спастись не было никаких. Правда, это произойдет позже, а пока окрыленные успехом первого «Восхода» с тремя космонавтами на борту конструкторы берутся за новую задачу – обогнать американцев и первыми выйти в открытый космос. Задача еще сложнее, а времени еще меньше. На этот раз снова успех, но уже сразу стали видны проблемы. У экипажа корабля «Восход-2» Павла Беляева и Алексея Леонова произошло семь аварийных ситуаций.

Хотя американцы все время были вторыми, они не расслаблялись и объявили о предстоящей первой стыковке. Конечно, руководство СССР опять потребовало у инженеров обогнать американцев, но на этот раз спешка сразу привела к трагедии. Предполагалось произвести стыковку кораблей «Союз-1» и «Союз-2» на околоземной орбите. Космонавт Владимир Комаров был единственным на новеньком корабле «Союз-1», он разбился при посадке, став первой человеческой жертвой космоса. В корабле в процессе полета обнаружился целый ворох проблем, таких, что второй «Союз» для проведения стыковки даже запускать не стали. Последняя ошибка, связанная с раскрытием парашюта, стала фатальной.

Это был удар по космонавтике СССР, от которого не сразу удалось оправиться. Пока в Советском Союзе приходили в себя, США стали потихоньку нас обгонять. Причем еще в 1965 году стало понятно, что американская космонавтика идет по определенному плану для достижения главной цели – Луны, а все шаги со стыковкой и с выходом в космос – это звенья одной цепи.

Руководство СССР уже в лице Леонида Ильича Брежнева явно опоздало с началом лунной гонки, но уступать Луну никак было нельзя.

Тем более что романтик Королёв, конечно, мечтал и о Луне. Правда, в его планах туда летали роботы и управляемые дистанционно аппараты, например луноходы, так как человеку там делать нечего, а вот Марс – более достойная цель для пилотируемого полета. Вооружившись наработками и идеями по программам полета на Марс и автоматическим лунным станциям, конструкторы вышли на старт лунной гонки.

Увы, в 1966 году Королёв скоропостижно умирает во время операции. Его знамя подхватывают соратники. В это время начинается лунная гонка и внутри СССР. Королёвское конструкторское бюро все чаще и чаще вступало в конфликт с конкурентом, очень талантливым ученым и инженером Владимиром Челомеем и его командой. В то время, когда надо было объединиться для рывка, инженеры стали враждовать. Тут масла в огонь подлило руководство. Хрущёв поддерживал и Королёва, и Челомея, а вот Брежневу второй явно не понравился. То и дело вставлялись палки в колеса слаженной работы предприятий. В итоге все наработки Челомея по лунной программе так и остались на бумаге в архивах. Сейчас сложно сказать, был ли выбор проекта Королёва и его заместителя Мишина правильным, но как пример можно вспомнить, что на ракетах Челомея, которые были поменьше размером, к Луне слетали первые животные – черепахи, и потом уже и знаменитые луноходы.

В итоге американский астронавт Нил Армстронг стал первым человеком на поверхности Луны. Конечно, были попытки пусть не превзойти это достижение, но хотя бы уменьшить его значение. В СССР создали первый луноход и первый автоматический аппарат, который доставил лунный грунт на Землю. Также конструкторы добавляли всякие идеологические мелочи: герб на корпус, приборчик внутрь, который исполнял Интернационал, а однажды на Луне водители лунохода решили колесами написать XXIV в честь очередного съезда КПСС. Вот только луноход не мог взлететь, и рисунок от колес оказался больше похож не на римскую цифру, а на одно неприличное слово. Так как на Луне нет ветра, эта надпись и сейчас там.

После пяти лет попыток осуществить пилотируемую лунную программу руководство СССР все-таки закрыло ее. В 1975 году было окончательно решено не отправлять советских космонавтов на Луну. Многие считают это ошибкой, так как все уже было готово. Немаловажную роль в закрытии проекта сыграл Валентин Глушко. Он в свое время поддерживал разработки Челомея, а когда его поставили на должность Главного конструктора, лунную программу, создаваемую Королёвым и Мишиным, закрыли почти сразу. США тоже тогда закрыло пилотируемую программу, но не из-за прекращения этой деятельности в СССР. Причин было достаточно, но главная – экономическая. Работа над «Аполлоном» стоила налогоплательщикам два миллиарда долларов в год – почти 2 % от всего бюджета страны. США в это время уже ввязались во вьетнамскую войну, и к 1972 году все ресурсы были истощены. Пришлось закончить и войну, и пилотируемые полеты на Луну.

Тем не менее инженеры NASA не скучали, а принялись реализовывать новый проект – Space Shuttle. Руководство СССР тоже захотело свой многоразовый корабль. Конструкторы во главе с Глушко приступили к создаю советского шаттла. Стоит сказать, что проекты так называемых многоразовых ракетопланов в СССР были давно. Даже дипломная работа Гагарина была посвящена этой теме.

Основными проектами в 1980-х годах были «Спираль» и «Буран». Для сравнения и испытаний были сделаны небольшие БОРы (беспилотные орбитальные ракетопланы). Оба варианта, что под «Буран», что под «Спираль», показали себя хорошо. БОР-4 после его посадки в нейтральных водах в Индийском океане даже пытались украсть австралийские военные.

БОР-4

«Спираль» сильно отличалась от американского шаттла, а «Буран» был очень на него похож. В итоге руководство СССР со словами «Фантастикой мы заниматься не будем» выбрало «Буран». И вся промышленность страны взялась за самый дорогой космический проект в СССР.

При этом руководство страны сделало еще один непродуманный шаг. В 1969 году было принято решение перейти на единую систему проектирования ЭВМ, причем основой должна была стать архитектура из США IBM 360. Затем в 1971 году на уровне министерств всем отраслям было предписано переходить на эту уже старую для США, но новую для СССР систему. Созданные и даже испытанные советские космические компьютеры (БЦВМ, бортовые центральные вычислительные машины) пришлось выкидывать и начинать все заново. Многие конструкторы считают, что если бы они продолжили работу над уже знакомыми ЭВМ, то вычислительная космическая техника в СССР развивалась бы быстрее. К тому же из-за этого предписания не стали даже пытаться развивать другие компьютерные технологии.

Автоматика «Бурана» должна была стать (и все-таки стала) его визитной карточкой. На ее создание и ушла львиная доля времени. «Буран» отправился в полет 15 ноября 1988 года, на семь лет позже американского аналога, и показал свою работоспособность и эффективность. Следующий полет был запланирован на 1992 год, но не состоялся. СССР распался.

В США в конце 80-х годов тоже не все было гладко. В 1986 году произошла катастрофа шаттла «Челленджер». Выяснилось, что американский многоразовый корабль не имеет систем безопасности на участках полета на высоте от 2 до 20 км. При любом техническом сбое у астронавтов не было бы шансов выжить. Отчасти уже то, что руководство США решилось использовать такие корабли, было ошибкой, но куда большей ошибкой стало решение продолжать их запускать. Два десятка лет и пять десятков экспедиций шаттлы с доработками выдержали, но в 2003 году произошла новая катастрофа шаттла «Колумбия». Только тогда подошел к концу проект многоразового космического корабля Space Shuttle.

Кстати, в СССР ошибку американцев учли. У «Бурана» система безопасности имелась для всех участков полета, но ее эффективность продемонстрировать не удалось, как не удалось после распада СССР реализовать десяток интересных амбициозных проектов.

У России как страны-правопреемника появилось много других проблем, и финансирование космоса резко уменьшилось. Последующие экономические действия руководства страны привели к почти полному краху космической программы. Были даже разговоры о прекращении космической деятельности в России в принципе. Этого не произошло, но встал вопрос, что делать. Денег хватало только на одну крупную программу, а при СССР как активных, так и планируемых космических программ было много. Выбор пал на продолжение работы станции «Мир». Немаловажную роль в выборе сыграли обязательства СССР по пилотируемой программе перед другими странами. По договору с Францией и Германией требовалось доставить представителей этих стран в космос. Сначала планировалось два отдельных полета к станции, но из-за урезания бюджета возможным был только один. При этом возникла еще проблема. Как минимум одному космонавту СССР/России пришлось уступить свое место и остаться на станции на гораздо большее время, чем предполагалось изначально. Выбор пал на Сергея Крикалёва. Многие люди из других стран, узнав об оставленном в космосе человеке, выказали возмущение и требовали вернуть космонавта домой. Оставили Крикалёва не навсегда. Через лишние пять месяцев он вернулся на Землю и стал первым Героем России.

Чтобы заработать денег, на станции «Мир» космонавты снимались в рекламе, проводили эксперименты в интересах других стран и даже готовились принимать космических туристов. К слову, непрофессиональный космонавт на станции был, но назвать его туристом нельзя. Это был Тоёхиро Акияма, журналист из Японии, который формально пребывал на станции «Мир» в командировке.

Даже несмотря на такую коммерческую деятельность, станция «Мир», начав свой космический путь в далеком 1986 году, прожила в новых экономических условиях до 2001 года. Дальнейшее финансирование было направлено на проект Международной космической станции. По требованию руководства США МКС должна летать на такой орбите, чтобы не было никакой возможности перенести на нее с «Мира» какое-нибудь оборудование. Для России это означало, что все строительство должно начинаться с нуля, и сэкономить не получится. Когда же МКС уже практически была введена в эксплуатацию, финансирование станции «Мир» со стороны США прекратилось, как и финансирование от России. Чтобы не создать угрозы падения заброшенной станции на жилые регионы, ее свели с орбиты так, чтобы остатки упали в самый удаленный от населенных пунктов район Земли. Далее, уже в XXI веке, тоже набралось немало новых ошибок.

Высокие должности в космической отрасли стали занимать недобросовестные руководители. Коррупция и нецелевое расходование средств царили повсеместно. Только по обнаруженным нарушениям, за которыми последовали судебные иски, была выявлена кража нескольких миллиардов долларов. Еще одной проблемой может стать отсутствие конкурентной борьбы. В США нарастает интерес частных компаний к космической отрасли. С одной стороны, сразу несколько предприятий, соревнуясь друг с другом, создали много необычных и прорывных проектов. С другой стороны, некоторые из разработок в целях получения частной прибыли могут создать новые проблемы для общества. В России подобные негосударственные инициативы ограничивали. Еще одной ошибкой могут стать санкции. Из-за них уже было закрыто несколько интереснейших совместных программ России и Европы, важных для всего мира.

Пока рано анализировать и искать политические ошибки в освоении космоса за последние два десятка лет, так что на этом мы остановимся и посмотрим, что будет дальше.

Главное, сделайте для себя выводы: не стремитесь повторять, делайте что-то новое, не пытайтесь кому-то угодить и что-то доказать, не спешите, следите за безопасностью, не забывайте об экономике, не разбрасывайтесь хорошими друзьями и не бойтесь мечтать.

Список литературы

На русском языке

Адлер Д. Взлом «Аполлона-14»: как ученый из Массачусетского технологического института спас лунную посадку.

Александров А. П. ГИРД – Группа Изучения Реактивного Движения. М.: Машиностроение-Полет, 2020. 416 с.

Замечания комиссии по работе систем корабля «Восход-2» (ЗКД № 4) / Архив ПАО «РКК «Энергия» им. С. П. Королева».

Асташенков П. Т. Академик С. П. Королев / Ред. К. И. Трунов. М.: Машиностроение, 1969. 208 с., [12] л.: ил.

Мировая пилотируемая космонавтика. История. Техника. Люди / Афанасьев И.Б., Батурин Ю.М., Белозерский, И.А., Иванов И.А., Лазуткин А.И., Лантратов К.А., Лисов И.А., Лукашевич В.П., Маринин И.А., Марков А.Е., Прыгичев Т.В., Шамсутдинов С. Х. М: Издательство «РТСофт», 2005.

Балуев Д.Г., Каминченко Д. И. Политическая роль «новых» СМИ в ливийском конфликте // Вестник Нижегородского университета им. Н. И. Лобачевского. 2012. № 2. С. 307–313.

Бугайский В. Н. Эпизоды из жизни главного конструктора самолетов и ракетно-космических систем. М: Хоружевский А.И., 2009.

Васильев В. Н. Для внука Тёмы и не только… 2008. URL: https://rvsn.ruzhany.info/0_2019/vasiljev_01_01.html.

Борисов М. Б. Кратеры Бабакина. М.: Знание, 1982. 160 с.

Виноградов А.П., Флоренский К.П., Базилевский А.Т., Селиванов А. С. Первые панорамы поверхности Венеры (Предварительный анализ изображений) // Доклады АН СССР. Астрономия. 1976. № 228–5. С. 570–572.

Виноградов А. П. Письмо директора Института геохимии и аналитической химии (ГеоХИ) имени В. И. Вернадского Академии наук СССР А. П. Виноградова ученому секретарю Межведомственного научно-технического совета по космическим исследованиям при АН СССР М. Я. Марову.

Газенко О.Г., Пестов И.Д, Макаров В. И. Человечество и космос. М.: «Наука», 1987. 272 с.

Губанов Б. И. Триумф и трагедия «Энергии»: Размышления Главного конструктора. В 4 т. Н. Новгород: Изд-во Нижегородского института экономического развития, 1999–2000.

Гура Д. А. Основы спутниковой навигации // Молодой ученый. 2016. № 28 (132). С. 64–70.

Довгань В. Г. Лунная одиссея отечественной космонавтики. От «Мечты» к луноходам. Изд-во Южного федерального университета. 2015.

Железняков А. Б. Тайны ракетных катастроф: Плата за прорыв в космос. М.: Эксмо-Яуза, 2004. 544 с.

Железняков А., Розенблюм Л. Ядерные взрывы в космосе // Новости космонавтики. 2002. № 9.

Ермолаев В. Слово о полку Бурановом… Рассказы очевидца. URL: http://www.buran.ru/htm/memory.htm.

Ивановский О. Ракеты и космос в СССР. Записки секретного конструктора. М.: Молодая гвардия, 2005.

Каманин Н. П. Скрытый космос. М.: Инфортекст, 1999.

Ксанфомалити Л. В. Парад планет. М.: Наука. Физматлит. 1997.

Кузнецов В. Д. Космическая погода и риски космической деятельности. Солнечно-земная физика и ее приложения // Успехи физических наук. 2012. Т. 182. № 3. С. 327–336.

Маров М.Я., Хантресс У. Т. Советские роботы в Солнечной системе. Технологии и открытия. М.: Физматлит, 2013. 609 с.: ил., схем., табл.

Оберт Г. Пути осуществления космического полета. Оборонгиз, 1948.

Первушин А. «Задачу выполнил. Гагарин» // Наука и Жизнь. 2011. № 3.

Румянцев. Е. Пожар в ШПУ «Десна-В» // Космический мемориал. URL: http://sm.evg-rumjantsev.ru/24.10.1963/katastrofa24_10_1963.htm.

Савиных В. П. Записки с мертвой станции. М.: ИД Системы Алиса, 1999.

Сакс О. Человек, который принял жену за шляпу, и другие истории из врачебной практики». М.: ООО «Издательство АСТ», 2015.

Селиванов А.С., Зайцев В.А., Зубахин А.Ф., Старцев В. К. Рязанский Михаил Сергеевич, главный конструктор радиосистем ракетно-космической техники. Сборник материалов к 100-летию со дня рождения (1909–2009). М.: «ИД Медиа Паблишер», 2009.

Стаффорд Т., Кассутт М. Есть Стыковка! История первого рукопожатия СССР и США в космосе. М.: Бомбора, 2022.

Фернисс Т. История завоевания космоса. М.: Эксмо, 2007.

Филиппенко М. В космосе и таракан друг! // Вечерний клуб. ИМБП, 1999. № 24.

Черток Б. Е. Ракеты и люди. М.: Машиностроение, 1994.

Черток Б. Е. Ракеты и люди. Фили – Подлипки – Тюратам. М.: Машиностроение, 1996.

Черток Б. Е. Ракеты и люди. Горячие дни холодной войны. М.: Машиностроение, 1997.

Черток Б. Е. Ракеты и люди. Лунная гонка. М.: Машиностроение, 1999.

Шубин П. С. Луна. История, люди, техника. ООО «Издательство АСТ», 2019.

На английском языке

Anz-Meador P., Opiela J., Jer-Chyi Liou. History of On-orbit Satellite Fragmentations // National Aeronautics and Space Administration, 2022.

Catchpole J. Project Mercury. NASA’s First Manned Space Programme. Springer Praxis Books, 2001.

Casapi J. Chair Report on the Loss of the Mars Polar Lander and Deep Space 2 Missions // JPL Special Review Board.

Compiled by Surveyor Program Lunar and Planetary Programs // Division Office of Space Science and Applications Surveyor Program Results // National Aeronautics and Space Administration. Washington, D. C.,1969.

Godwin К. Apollo 7–17: The NASA Mission Reports. – Ontario, Collector’s Guide Publishing. 2003.

Greicius T. Earth May Have Recaptured a 1960s-Era Rocket Booster // NASA. 12 November 2020.

Hartman E.P. Adventures in Research: A History of Ames Research Center 1940–1965 // National Aeronautics and Space Administration. 1970.

Goldin D.S., Coffey T. Mars Observer Investigation Report // NASA.

Hoerlin H. United States High-Altitude Test Experiences: A Review Emphasizing the Impact on the Environment. Report LA-6405. Los Alamos Scientific Laboratory, 1976.

Hall R.C. Lunar Impact: A History of Project Ranger. Pasadena, California, 1976.

Jones C. Secretary Beagle 2. ESA/UK Commission of Inquiry, 2004.

Kawaguchi J. On the Lunar and Heliocentric Gravity Assist Experienced in Planet-B (“NOZOMI”). JAXA.

McDivitt J.A. Oral History Transcript. Johnson Space Center Oral History Project, 1999.

Kranz G. Failure Is Not an Option: Mission Control From Mercury To Apollo 13 And Beyond. New York: Simon & Schuster, 2000.

Pierson D.L., Botkin D.J., Bruce R.J., Castro V.A., Smith M.J., Oubre C.M., Ott C.M. Microbial Monitoring of the International Space Station // National Aeronautics and Space Administration. 2012.

Pollack J.B., Carl S. An Analysis of the Mariner 2 Microwave Observations of Venus // Astrophysical Journal. 1967.

Rummel J.D; Judith H., Morrison A., Morrison D. A Microbe on the Moon? Surveyor III and Lessons Learned for Future Sample Return Missions. East Carolina University, 2011.

Scott C.P. Surface Operations MARS InSight Mission // NASA.

Siddiqi A.A. Beyond Earth: A Chronicle of Deep Space Exploration, 1958–2016 // National Aeronautics and Space Administration. 2018.

Shayler D.J. Gemini. Steps to The Moon. Berlin: Springer-Verlag Telos, 2001.

Shayler D.J. Skylab. Berlin: Springer-Verlag Telos, 2001.

Space Debris Mitigation: Implementing Zero Debris Creation Zones // ESA SP-1301. 2004.

Stephenson A.G. Mars Climate Orbiter Mishap Investigation Board Phase I Report // NASA/GSFC.

Vittitoe C.N. Did High-Altitude EMP Cause the Hawaiian Streetlight Incident? Sandia National Laboratories, 1989.

Viking Mission to Mars. NASA Facts // National Aeronautics and Space Administration.

Периодические издания

Журнал «Авиация и космонавтика». 1961–1992 гг.

Журнал «Земля и Вселенная». 1981–1992 гг.

Журнал «Новости космонавтики». 1991–2018 гг.

Журнал «Русский космос». 2018–2023 гг.

Фотографии сделаны в центре «Космонавтика и авиация» или предоставлены NASA.

Флибуста

Ошибки мировой космонавтики (fb2)

Александр Яровитчук, Анастасия Стебалина
Ошибки мировой космонавтики

* * *

От авторов

Глава 1
Орбиты, инерция и гравитация

Глава 2
Температура

Глава 3
Равновесие

Глава 4
Не вакуум

Глава 5
Давление

Глава 6
Радио

Глава 7
Логика работы и автоматика

Глава 8
Топливо

Глава 9
Луна

Глава 10
Венера

Глава 11
Марс

Глава 12
Биология и медицина

Глава 13
Стратегические ошибки

Список литературы

Оглавление

Флибуста

Ошибки мировой космонавтики (fb2)

Александр Яровитчук, Анастасия Стебалина Ошибки мировой космонавтики

* * *

От авторов

Глава 1 Орбиты, инерция и гравитация

Глава 2 Температура

Глава 3 Равновесие

Глава 4 Не вакуум

Глава 5 Давление

Глава 6 Радио

Глава 7 Логика работы и автоматика

Глава 8 Топливо

Глава 9 Луна

Глава 10 Венера

Глава 11 Марс

Глава 12 Биология и медицина

Глава 13 Стратегические ошибки

Список литературы

Оглавление

Александр Яровитчук, Анастасия Стебалина
Ошибки мировой космонавтики

Глава 1
Орбиты, инерция и гравитация

Глава 2
Температура

Глава 3
Равновесие

Глава 4
Не вакуум

Глава 5
Давление

Глава 6
Радио

Глава 7
Логика работы и автоматика

Глава 8
Топливо

Глава 9
Луна

Глава 10
Венера

Глава 11
Марс

Глава 12
Биология и медицина

Глава 13
Стратегические ошибки