Большие орбиты

Первый рукотворный объект, посланный на околоземную орбиту, представлял собой алюминиевый шарик диаметром примерно 60 см, накачанный сжатым азотом и несущий в своем чреве два небольших передатчика, которые слали сигналы на Землю. На двадцать второй день батарейки разрядились, и спутник затих. Прошло ещё несколько недель, и первый в мире космический аппарат, судя по всему, бесследно испарился, ворвавшись в верхние слои земной атмосферы. Однако именно этому спутнику было суждено открыть новую эру в истории науки, техники, да и всего человечества.

В космос наперегонки

Первые сообщения о намерении запустить искусственный спутник Земли появились ещё летом 1955 года. Сначала о своих планах оповестили мир американцы, а потом с аналогичным заявлением выступил Советский Союз. Предполагалось, что отправка в космос небольшого металлического предмета должна произойти в рамках Международного геофизического года, однако специалисты понимали истинную подоплёку космического соревнования, в котором, вдобавок, СССР имел немалое преимущество.

Сама идея отправить в космос ракету была высказана в Америке ещё в 1946 году. Однако предложение великого немецкого конструктора Вернера фон Брауна, создателя легендарных ракет ФАУ, перешедшего на сторону победителей во Второй мировой войне, никакого энтузиазма не вызвало – ни в Пентагоне, ни в Белом доме. Дело в том, что никакого военного значения спутник иметь в то время не мог, а в строительстве ракет Соединенные Штаты не нуждались. Их лучшая в мире стратегическая авиация, имевшая в своём распоряжении атомную бомбу, в случае необходимости могла нанести удар возмездия безо всяких ракет, и тратить деньги налогоплательщиков на технически сложный и дорогостоящий проект президент Гарри Трумэн не считал нужным. Исследования в этой области велись медленно, и в итоге все работы, связанные с созданием межконтинентальных баллистических ракет, ракет среднего радиуса действия и, разумеется, ракет-носителей, были свёрнуты в 1949 году.

В свою очередь товарищ Сталин, получив в руки атомную бомбу, не имел средств для её доставки на территорию США. Таким средством могла стать тяжёлая межконтинентальная баллистическая ракета, и на постройку такой ракеты были брошены колоссальные силы и средства. Работы в этой области возглавил Сергей Павлович Королёв, который перед войной был осужден как вредитель – как раз за то, что отвлекал проектные и технические мощности своей лаборатории на строительство прототипов ракет. Именно гением Королёва и его команды и была создана тяжёлая ракета, способная забросить ядерный заряд на враждебный континент. Называлась она 8К71 (варианты – 8К72, 8К74 и др.). 21 августа 1957 года такая ракета (после трёх предшествующих неудачных попыток) достигла заданного квадрата. А 27 августа об этом на весь мир сообщило ТАСС. Это была сенсация.

Однако для массового развёртывания такая ракета не подходила. Она представляла собой связку из центрального и четырёх боковых блоков, которую технически невозможно было упрятать ни в какую шахту. Длина ракеты составляла 32 м, диа­метр «пакета» блоков первой ступени по воздушным рулям – 10,3 м. Если бы шахту и удалось построить, то потребовалась бы крышка весом во много тысяч тонн. Каждая ракета требовала сложной инфраструктуры, включая кислородный завод недалеко от каждой стартовой площадки, и около 24 ч на непосредственную подготовку к старту. Сама стартовая площадка представляла собой огромное сооружение, хорошо видимое разведывательным самолётам и крайне уязвимое.

Зато такая ракета вполне подходила для полётов в космос, и вот здесь СССР имел большую фору – именно потому, что в своё время отстал в производстве атомного оружия .

Для запуска искусственных спутников Земли требовались ракеты-носители, причём такие, грузоподъёмность которых позволяла выбирать наиболее надёжную конструкцию космических аппаратов. Для того чтобы создать и вывести на орбиту спутник, нужно было хорошо знать условия космоса, однако чтобы изучить эти условия, необходимо было таким спутником располагать (и ракетой-носителем для него!). Каким же мог быть выход из этого противоречия? Выход состоял в проектировании космических аппаратов с большими запасами функциональных возможностей на случай, если условия космоса окажутся отличными от предполагаемых. То есть все системы спутника необходимо было дублировать, чтобы выход из строя любой из них не превратил космический аппарат в груду металла.

Но надёжность – вещь дорогая, и такое «резервирование» — это всегда дополнительная масса, которую необходимо выводить в космос. В космических аппаратах на счету каждый килограмм массы. Но что делать, если грузоподъёмность ракеты изначально мала? Именно такая проблема стояла перед американскими специалистами. Все космические аппараты в то время запускались тяжёлыми баллистическими ракетами. Но в СССР грузоподъёмность таких ракет определялась исходя из необходимости доставлять на другой континент атомную бомбу массой 4 т. А в США ракеты были созданы под более лёгкую водородную бомбу, масса которой не превышала 1 т. К разработке тяжёлых ракет США приступили только после 1953 года.

Поэтому американским инженерам оставалось рассчитывать лишь на всестороннюю отработку спутника (и, конечно же, ракеты-носителя) на Земле. Но космические технологии требуют многолетней отработки. Ракетный двигатель с заданными параметрами нельзя вот так запросто спроектировать и воплотить в металле. Нужны годы испытаний, мучительных проб и ошибок. Но необходимость конструировать сложные и дорогостоящие испытательные стенды отнимала главный и невосполнимый ресурс – время. Как и сейчас. «Энергомаш» продаёт Lockheed Martin свои двигатели РД-180, созданные на базе наработок 1980-х, для установки на ракеты Atlas. Американцы могут и сами разработать такие же, да жалко времени.

И хотя 31 января 1958 года разработанная под руководством Вернера фон Брау­на ракета-носитель вывела в космос первый американский спутник «Эксплорер» массой 14 кг, этот запуск пока ещё не мог серьезно сократить отставание США в битве за космос. Лишь спустя десятилетие успех миссии «Аполлон» позволил Америке обойти СССР в гонке на космических трассах.

Звёздные войны

Практически одновременно с запуском первого спутника встала конкретная задача: можно ли его «сбить» и как это сделать?

Первоначальное решение было самым радикальным: предполагалось уничтожение вражеских космических аппаратов (КА) взрывом ядерной боеголовки, доставляемой в район цели зенитной ракетой. Идея была хороша всем, кроме одного: большой радиус поражения ядерного заряда выводил из строя не только вражеские, но и собственные спутники.

В этом на своём опыте убедились американцы в 1962 году, когда испытывали противоспутниковое оружие под кодовым названием Starfish Prime. На высоте около 400 км был взорван ядерный заряд мощностью 1,4 Мт. Взрыв, который произошёл в 1300 км от Гавайских островов, вывел из строя по крайней мере шесть космических аппаратов, как американских, так и принадлежащих другим странам, то есть примерно треть всех спутников, которые в то время обращались вокруг Земли на низких орбитах. Под действием электромагнитного импульса ядерного взрыва в городе Оаху перегорели 300 уличных фонарей. Эксперимент подтвердил, что ядерный взрыв можно использовать в качестве противоспутникового оружия, но такое «лекарство» может быть хуже самой болезни.

Более разумным решением представлялись неядерные орбитальные системы, способные маневрировать на орбите и в случае необходимости атаковать космического врага.

В СССР создание таких комплексов началось в 1960 году, когда с инициативой разработки «истребителя спутников» (ИС) выступил генеральный конструктор ОКБ52 В. Н. Челомей. И уже 1 ноября 1963 года ТАСС сообщило о запуске в СССР «первого в мире» маневрирующего космического аппарата «Полёт-1», объявив, что этот аппарат в ходе полёта выполнил «многочисленные» манёвры изменения высоты и плоскости орбиты. Второй «Полёт» стартовал 12 апреля 1964 года и повторил манёвры первого.

Хотя западные эксперты расценили эти запуски как появление новых космических аппаратов, предназначенных для подготовки к стыковке на орбите, на самом деле это были прототипы противо­спутниковых систем, предназначенных для поражения КА на орбитах, проходящих над территорией СССР. Система обеспечивала перехват и поражение спутников-целей за один-два витка полёта перехватчика на нисходящих или восходящих витках. Перехватчик массой около 2,4 т был оснащён системой ориентации и мощной двигательной установкой с большими запасами топлива, позво­ляющими проводить широкий манёвр в космосе. Для уничтожения цели служили две боевые части осколочно-кумулятивного действия.

«Небоевое» испытание системы «в полной комплектации» состоялось 27 октября 1967 года, когда был запущен спутник «Космос-185». Первая реальная космическая мишень была поражена годом позже: «Космос-248» вышел на орби­ту 19 октября 1968 года, а запущенный на следующий день «Космос-249», на втором витке проходя «недалеко» от «Космоса-248», взорвался. ТАСС торжественно сообщило: «Запланированные научные исследования выполнены». «Космос-248» оказался живуч – через месяц неподалеку от него взорвался очередной спутник-самоубийца «Космос-252». У американских экспертов не осталось сомнений, что Советский Союз испытывает систему перехвата спутников.

Систему активно испытывали до 1971 г. Спутники-убийцы уничтожали спутники-жер­твы на высотах от 250 до 1000 км, подтвердив возможность уничтожения всех военных спутников США, кроме гео­стационарных. Для испытаний нашего «истребителя спутников» был создан и специальный спутник-мишень. Пожалуй, это был единственный случай, когда спутник был бронирован. ДС-П1-М (так назывался этот аппарат) был выполнен из двух правильных усечённых шестигранных пирамид, соединённых между собой.

В 1973 году комплекс был принят в опытную эксплуатацию, а в 1978 году поступил на вооружение Советской Армии. Последнее испытание комплекса состоялось 18 июня 1982 года в ходе крупнейших учений советских ядерных сил, прозванных на Западе «семичасовой ядерной войной». «Космос-1379» перехватил ми­шень – имитатор навигационного спутника США «Транзит». В 1991 году был принят в эксплуатацию модернизи­рованный комплекс ИС-МУ, в котором были реализованы возможность многократного захода на цель, атака маневрирующей цели и перехват вражеского «истребителя спутников» на пересекающихся курсах.

История «звёздных войн» получила неожиданное развитие в 2007 году, когда китайцы сбили собственный метеоспутник, направив на него ракету. Согласно официальным сообщениям, с мобильной пусковой установки на испытательном полигоне Сонглин неподалёку от Сичана в провинции Сычуань была запущена многоступенчатая твёрдотопливная ракета с кинетическим ударным устройством, то есть массивной болванкой вместо боеголовки. На скорости около 29 000 км/ч нападающий аппарат достиг орбиты спу­тника-жертвы и разрушил его, превратив в груду обломков. Это был просто выстрел «прямой наводкой», практически без попыток изменить траекторию ракеты.

Но для многих стран самым неприятным аспектом китайских испытаний оказалась не угроза политической дестабилизации, а возникшая в космосе туча обломков, представляющая серьёзную опасность для каждого обращающегося по орбите спутника. Грустно признавать, но некоторые типы мусора, например отработанные разгонные ступени, это неизбежная плата за освоение новых пространств. Другой хлам – результат безответственности и плохого планирования. Например, в космосе носятся мешки с бытовым мусором, которые советские космонавты в течение 15 лет выбрасывали за борт космической станции «Мир». Тоже ведь «спутники»…

Из пушки на Луну

Идея доставки груза на орбиту с помощью пушки была впервые высказана ещё Ньютоном. Поясняя принципы орбитальной механики, учёный утверждал: если придать ядру нужное ускорение, оно никогда не упадёт на Землю и будет кружиться вокруг неё вечно. Этот мысленный эксперимент лёг в основу романа «С Земли на Луну», написанного Жюлем Верном в XIX веке: писатель отправил своих героев на Луну с помощью исполинской пушки.

Разумеется, долгое время никто не рассматривал подобные проекты иначе, как игры воображения. В отличие от реактивной ракеты, выпущенный из пушки снаряд постоянно теряет скорость из-за сопротивления воздуха. Это означает, что для вывода в космос его начальная скорость должна быть поистине колоссальной, а это сопряжено с гигантским – в тысячи g – ускорением в начале путешествия, что грозит превратит весь полезный груз в лепёшку. Кроме того заряд пороха, необходимый для придания снаряду такого ускорения, приведёт к деформации ствола даже очень внушительной толщины.

В начале 1960-х идея доставки грузов на орбиту с помощью пушек захватила молодого канадского физика Джеральда Булла. Сумев убедить американские власти в её перспективности, он получил в своё распоряжение несколько снятых с вооружения 406-мм пушек, а также средства на соответствующие разработки. Проект получил обозначение HARP (High Altitude Research Project – высотный исследовательский проект). Для стрельб Булл использовал специально разработанный подкалиберный снаряд Marlet. Кроме уплотнительного устройства, или «башмака», сбрасываемого после выхода из ствола, снаряд имел грузовой отсек и стабилизаторы. В ходе испытаний одну из модификаций снаряда удалось запустить на максимальную высоту 180 км. То есть вплотную подойти к решению задачи по выстреливанию небольших объектов на околоземную орбиту.

В качестве эксперимента в грузовые отсеки снарядов закладывались в основном атмосферные зонды, а также различные компоненты будущих спутников – датчики, аккумуляторные батареи, модули электронных и двигательных систем и т. п. Проект увенчался разработкой­ снаряда­ Martlet 2G-1, оснащённого ракетным ускорителем. С его помощью на орбиту можно было бы выводить до 2 кг полезного груза посредством выстрела из простого артиллерийского орудия. Однако накануне испытаний Martlet 2G-1 финансирование исследований внезапно было прекращено.

Но HARP стал первым проектом, в рамках которого человеку почти удалось запустить в космос полезный груз посредством выстрела из обыкновенной пушки. А руководитель проекта Джеральд Булл перешёл на работу к Саддаму Хусейну и в течение нескольких лет трудился над созданием 1000-мм пушки «Вавилон». По замыслу создателя, 9-тонный заряд должен был доставлять 600 кг груза на расстояние до 1000 км, а снаряд с реа­ктивным ускорителем ещё удвоил бы это расстояние. Однако в 1990 году Джеральд Булл был убит, а 156-метровый ствол проекта «Вавилон» и по сей день ржавеет посреди специально вырытого в иракской пустыне котлована.

На новом рубеже

Сколько вообще «стоит» космос? Государственные ведомства, отвечающие за освоение и исследование космического пространства, оперируют многомиллиардными суммами. Насколько эффективно? Писатель Дэн Браун в романе «Точка обмана» высказал мысль, что государственные предприятия тормозят развитие космической отрасли. Разумеется, в его произведении много фантазии, но в чёмто его рассуждения выглядят убедительно.

И история частного суборбитального космолёта – лишнее тому подтверждение.

Мы говорим о проекте SpaceShipOne, который спонсировал один из основателей Microsoft Пол Аллен. На создание кораб­ля, способного совершить суборбитальный полёт, хватило 20 млн долл. Для сравнения: чтобы запустить в такой же полёт Алана Шепарда, американскому правительству пришлось потратить 150 млн долл. (в ценах 1961 г.). Разница затрат не может не впечатлять. Сейчас права на использование детища Аллена и конструктора Берта Рутана купил владелец Virgin Ричард Бренсон. Он готов возить всех желающих в космос за какие-то 100 000 долл. А ещё через 10 лет цена билета упадёт до 30 000 долл. Бюджет всего проекта – меньше 100 млн долл.

Осталось понять, что же может привлечь в этот сектор частников. Да именно то, что привлекло Бренсона! Полёты в космос – это очень интересно. И это серьёзно. Ведь всё, что до сих пор человечество делало в космосе, в конечном итоге сводится к любопытству: что там, на дороге к звёздам, «на фронтире»?

Фронтир – это граница между освоенными и неосвоенными территориями, место испытаний и необыкновенных возможностей. В XIX веке передним рубежом цивилизации был Дикий Запад, а когда он перестал им быть, выяснилось, что нам нужны новые пограничные территории. Тогда-то взгляды романтиков и устремились к небесам. Ведь космос совсем рядом, за облаками, в сотне километров!

Полёт Гагарина стал одним из главных событий прошлого века, а авария и возвращение неудавшейся лунной миссии «Аполлон-13» – великим приключением. Но на роль космических Колумбов лучше подходят роботы. В космосе побывали уже около 500 человек из 36 стран, но именно роботам достаются миссии первопроходцев. Два «Пионера» и два «Воя­джера» уже покинули Солнечную систему и будут лететь «в никуда» целую вечность, марсоход Curiosity уже путешествует по поверхности красной планеты.

И поскольку призвание человека – испытывать себя, покоряя мир, космос ждёт и творений наших рук и нас самих.

Андрей Стрелин

Партнеры