Ю. А. Гагарин побывал там, где никогда еще не был ни один человек Земли

Профессор В. ДОБРОНРАВОВ,
доктор физико-математических наук

Ю. А. Гагарин побывал там, где никогда еще не был ни один человек Земли и вообще ни одно существо Вселенной (!!), обладающее разумом, подобным разуму человека. Он испытал невесомость. В этом совершенно не нормальном для человека состоянии он находился около полутора часов. Гагарин не только «существовал» в этом состоянии. Он работал. Он спокойно отвечал своим соотечественникам, следившим за его полетом, передавал сообщения, думал...

Трасса первого полёта советского человека в космосе.

Родина-мать послала своего сына в этот беспримерный полет только тогда, когда ученые и инженеры приобрели уверенность в безупречной работе всех систем управления и средств, осуществляющих безусловное возвращение корабля на Землю. И все же, несмотря на высокое конструктивное совершенство космических кораблей и уверенность в успехе полета, первому космонавту следовало обладать огромным мужеством, чтобы выполнить столь ответственный полет.

Первый космический полет прошел блестяще.

Значение его исключительно велико как для дальнейшего освоения околоземного космического пространства, так и для развития межпланетных сообщений.

В короткой статье трудно оценить с достаточной полнотой все значение первого космического полета и открывшиеся при этом перспективы. Несомненно одно — проникновение человека в космос неизмеримо раздвигает границы нашего познания, обогащает науку и культуру.

Можно с уверенностью сказать, что после первого полета советского человека дальнейшее развитие науки и техники, в частности техники космических полетов, будет идти все более быстрыми шагами. В будущем следует ожидать использования космических аппаратов для решения ряда практических задач. Служба погоды и ледовой разведки, ретрансляция телевизионных и радиопередач, проведение самых широких исследований вне атмосферы Земли являются лишь первыми шагами на этом пути.

Проблему космического полета можно разбить на две основные части. Во-первых, нужна кабина, оборудованная всеми приспособлениями, необходимыми для создания и поддержания нормальных жизненных условий на различных этапах полета: запуск, выход на орбиту, полет в космическом пространстве, спуск к Земле, проход через плотные области земной атмосферы. Вторая часть заключается в механике самого полета, в его последней стадии — в обеспечении надежного, исключающего какие-либо случайности, возвращения на Землю корабля и космонавта.

Что касается первого вопроса, то даже при современном состоянии физики, химии, физического и химического приборостроения и машиностроения, автоматики советским ученым и инженерам пришлось много потрудиться для его успешного решения. Конечные результаты этой огромной работы говорят сами за себя.

В кабине корабля «Восток» поддерживалась нормальная обстановка, необходимая для жизни и деятельности. Нельзя не отметить надежность всех автоматических систем, регулировавших температуру, давление воздуха, производивших очистку воздуха и ряд других операций. Следует сказать, что кабина корабля «Восток» значительно более вместительна, более удобна для полета и несравнимо более надежна, чем, например, капсула американской системы «Меркурий», посредством которой осуществлялись «прыжки» в космос Шепарда и Гриссома, а затем (после долгих откладываний) и орбитальный полет Гленна. Это и понятно, так как корабль «Восток» весил более четырех с половиной тонн, а капсула системы «Меркурий» — немногим более одной тонны. Американскому космонавту Гленну пришлось столкнуться с неисправностями в системе ориентации корабля, чрезмерным повышением температуры в кабине, он вынужден был не сидеть в кресле, а лежать на спине, положив поднятые вверх и согнутые в коленях ноги на сиденье (так, по крайней мере, это показано в специальном выпуске журнала «Сианс э Ви»). Можно, конечно, такую позу попытаться оправдать стремлением облегчить перенесение инерционных перегрузок от ускорений при взлете и наборе скорости. Но все же это связано с неудобствами, от которых были избавлены советские космонавты.

Оценивая полет своего космонавта, американские специалисты сходятся на мнении, что «разрыв между Соединенными Штатами и Советским Союзом в области космических полетов на самом деле значительно больше, чем можно было бы предположить» на основании сравнения как тяговых показателей ракет-носителей, так и продолжительности пребывания советских кораблей в космосе.

Объективные характеристики полетов говорят сами за себя. Ясно одно, что неоценимый вклад в дело науки, внесенный советскими героями космоса, принадлежит всему человечеству.

Серьезным итогом полета корабля «Восток» явилось доказательство того, что советская наука и промышленность могут создавать надежные кабины для космических полетов человека и скафандры, позволяющие продолжать космический полет даже в случае разгерметизации кабины. Более сложная техническая задача, как мы уже отмечали, — гарантированное возвращение космического корабля и космонавта на Землю.

Управление полетом космического летательного аппарата представляет собой широкое понятие, охватывающее большой круг отдельных вопросов. Необходимо учитывать, что управление космическим полетом должно существенным образом отличаться от управления обычным самолетом, полет которого происходит только при наличии подъемной силы. Самолет выполняет полет в атмосфере. Космический же полет происходит в безвоздушной среде.

Несколько подробнее о характеристиках полетов. Баллистический полет подчиняется основному закону космической навигации: если полет совершается под влиянием силы притяжения со стороны одного только притягивающего центра, например Земли, то траектория полностью определяется начальными кинематическими данными баллистического полета, т. е. теми данными, которые окажутся в момент окончания работы двигателей.

Положим, что в этот момент времени на космический корабль будет действовать только сила притяжения со стороны центра притяжения. Пусть центр масс корабля получил некоторую скорость по величине и направлению (в системе координат, имеющей начало в центре Земли с осями непеременного направления, т. е. в системе координат, перемещающейся поступательно) и на определенном расстоянии от центра притяжения (центра Земли). Дальнейшее движение центра масс космического корабля будет происходить по одной из трех кривых, проходящих через начальную точку: по эллипсу, по параболе или по гиперболе. По какой именно — это зависит от определенных соотношений между начальной скоростью и начальным расстоянием от центра притяжения. Форма траектории, положение ее плоскости в пространстве зависят от тех же начальных данных и от направления вектора начальной скорости.

Таким образом выявляется следующий существенный элемент во всем управлении космическим полетом — управление переходом корабля с одной орбиты на другую. Такой переход может быть сделан только изменением скорости центра масс по величине и направлению (управлением вектора скорости центра масс). Для изменения величины вектора скорости необходима некоторая сила тяги. При этом для увеличения скорости увеличение силы тяги должно происходить по направлению имеющейся в данный момент скорости.

Если же требуется уменьшить скорость (при переходе с орбиты вокруг Земли на траекторию спуска), то направление тормозящего импульса должно быть противоположным направлению уменьшаемой скорости.

Москва, 14 апреля 1961 года. Во время приема в Большом Кремлевском дворце.

Если же для перехода с одной орбиты на другую требуется еще и изменение направления скорости центра масс, то для изменения направления воздействующего импульса нужен предварительный поворот корпуса космического корабля.

Здесь мы приходим к другой части управления полетом — к «управлению ориентацией» космического летательного аппарата в пространстве. Под этим понятием подразумеваются: во-первых, стабилизация ориентации космического корабля, иначе говоря, выполнение такой программы ориентации, согласно которой при каждом положении центра масс корабля на траектории корпус его будет иметь определенное положение (ориентацию) по отношению к тому или иному ориентиру (например, по отношению к Земле или Солнцу), т. е. по отношению к определенной системе координат, сохраняющей неизменное направление осей в пространстве. Далее может понадобиться изменение «стабилизации» корабля — переход от одной стабилизированной ориентации к другой.

Советские космические корабли-спутники при полете по орбите были ориентированы по отношению к Земле таким образом, что продольная их ось была направлена почти по касательной к траектории центра масс. Полет корабля был похож на обычный устойчивый полет артиллерийского снаряда в земной атмосфере.

Корабль «Восток», пилотируемый советским космонавтом, при движении по орбите был ориентирован к Земле. Правильность ориентации показывалась определенными датчиками. Перед выходом на траекторию спуска ориентация корабля была изменена и его сориентировали на Солнце. Это произошло по той причине, что перед спуском корабль был заторможен и повернут, чтобы тормозные двигатели действительно сообщили тормозящую тягу.

В задачу стабилизации спутников входит еще одна важная функция — погашение излишних, ненужных и мешающих нормальному полету вращений корабля вокруг собственного центра масс. Причины этого различны, например, некоторая асимметрия тяги в момент искривления траектории. Асимметрия тяги может создать вращающий начальный момент и начальное вращение, которое в дальнейшем сохранится. Собственные вращения космического летательного аппарата могут возникнуть и от неоднородности поля тяготения, вызываемой тем, что Земля не является строгим шаром, а представляет эллипсоид вращения.

Маршал Советского Союза Ф. И. Голиков и первый космонавт майор Ю. А. Гагарин среди участников Всеармейского совещания комсомольских работников.

Магнитные поля Земли тоже способны создавать вращающие моменты. Вращения, вызываемые последними двумя факторами, имеют небольшие угловые отклонения и называются «либрациями», но и против них предпринимаются меры, с тем чтобы амплитуды либрации не превосходили долей градуса. Прежде чем установить и поддерживать определенную ориентацию в пространстве, системы стабилизации космического корабля должны погасить все ненужные собственные вращения корабля, начиная даже с малых либраций.

Осуществление поворотов корабля в безвоздушном пространстве — трудная техническая задача. Для ее решения необходимо сначала установить правильные исходные принципы механики, а затем реализовать их технически.

Наиболее естественным способом, например, следует считать использование внешних сил. Они могут появиться от специальных реактивных двигателей, расположение которых зависит от типа корабля, его геометрии и запланированных в программе полета маневров. Повороты корпуса космического корабля могут осуществляться и посредством маршевых двигателей, установленных в кормовой части и предназначенных для изменения величины скорости центра масс. В этом случае двигатели должны быть подвижны относительно корпуса и крепить их нужно на карданных кольцах подобно тому, как подвешиваются на таких кольцах гироскопы. Благодаря подобным подвесам двигатели могут изменять свое положение по отношению к продольной оси корабля, а направление тяги — составлять тот или иной угол с продольной осью корабля. В результате последний будет поворачиваться.

Корпус корабля можно поворачивать и другим методом, назовем его «гиростатическим». Существо этого метода состоит в том, что в корпусе корабля размещаются некоторые дополнительные специальные объекты, обладающие возможностью совершать те или иные движения по отношению к корпусу. Такими внутренними подвижными объектами могут быть: маховики, стабилизирующие силовые гироскопы, некоторые перемещающиеся массы, хотя бы даже жидкие.

Космический корабль вместе с такими подвижными внутренними телами будет составлять систему, называемую в механике «гиростатом». Движения внутренних тел можно подбирать таким образом, чтобы корпус корабля совершал требуемые по программе повороты вокруг своего центра масс. Это возможно на основании закона механики о сохранении кинетического момента механической системы, находящейся под действием одних внутренних сил.

Вся система управления полетом «космического корабля, состоящая из средств стабилизации и устройств, осуществляющих скоростные и поворотные маневры, представляет собой совокупность сложных, связанных между собой агрегатов автоматики. В основе всей системы лежит программа полета, содержащая точные координаты корабля в каждый момент времени, скорость его центра масс по величине и направлению и положение корпуса корабля в пространстве.

Для этого должны быть установлены весьма чувствительные элементы — датчики, регистрирующие малейшие отклонения в режиме полета от запланированного по отношению ко всем элементам программы — координатам центра масс, величине и направлению скорости и ориентации корабля. Сигналы от чувствительных элементов передаются на исполнительные органы, исправляющие малейшие нарушения запрограммированного режима полета. В намеченные по программе моменты времени совершались и кардинальные маневры: поворот перед пуском, перевод корабля на переходную траекторию к Земле, торможение и др.

Первый в истории человечества полет в космическое пространство, осуществленный советским космонавтом Ю. А. Гагариным на корабле-спутнике «Восток», позволил сделать вывод огромного научного значения о практической возможности полетов человека в космос. Он показал, что человек может нормально переносить условия космического полета, выведения на орбиту и возвращения на поверхность Земли. Этим полетом показано, что в условиях невесомости человек полностью сохраняет работоспособность, координацию движений, ясность мышления.

Первый космический полет человека показал, что советская наука и техника полностью разрешили основную проблему создания управляемого и возвращаемого на Землю космического корабля. Все сложные системы управления работали в полете безупречно.

Полет Ю. А. Гагарина показал, что путь человеку в межпланетное пространство, к Луне, другим планетам в принципе открыт и требуется только время для дальнейшей отработки теоретических и практических вопросов.

Так, например, в полете космонавта Г. Титова использовались данные, полученные Ю. Гагариным. Корабль был несколько усовершенствован, установленная на его борту регенерационная установка отличалась от регенерационной установки корабля «Восток-1» составом блоков, химических реагентов и была более совершенной.

Дальнейшее освоение межпланетного пространства может происходить по различным направлениям. Во всяком случае, нет сомнения в том, что можно ожидать более продолжительных полетов космонавтов вокруг Земли и на более дальних расстояниях от нее. Такие полеты необходимы для окончательного испытания кораблей типа «Восток» и полного выяснения возможности все более длительного пребывания космонавтов в состоянии невесомости.

Облет Луны человеком явился бы, безусловно, интереснейшим экспериментом и новым серьезным шагом в покорении межпланетного пространства. Трудно пока представить, как будет происходить дальнейшее освоение космоса. Возможно ли организовать такой полет для небольшой группы космонавтов на космическом корабле, который возьмет старт к планетам непосредственно с Земли? Или же, может быть, выяснится, что для полета к планетам требуются более крупные корабли, запуск которых со скоростями, превышающими вторую космическую, возможен только с промежуточных, летающих вокруг Земли больших орбитальных космических станций?

Сборка таких станций в принципе возможна. Но для их постройки необходимо решить еще ряд задач, создать пилотируемые космонавтами космические корабли-спутники, которые в состоянии свободно выполнять сложные навигационные маневры, например сближаться между собой, доставлять с Земли материалы для сборки станции. Нужны также надежные скафандры, позволяющие космонавтам находиться не внутри корабля, а на его поверхности. Необходимо дальнейшее изучение всех радиационных зон вокруг Земли, метеоритной опасности и разработка надежных мер для борьбы с ней.

Правда, полеты Гагарина и Титова показали, что метеоритная опасность весьма мала. Эти данные были получены и в предыдущих полетах советских спутников и космических ракет, но все же изучение метеоритной опасности не должно упускаться из виду.

Возникает и такая проблема: есть ли необходимость в создании искусственной тяжести для космонавтов на космических кораблях для борьбы с невесомостью? Или же выяснится, что в состоянии невесомости тренированные космонавты, обладающие известными физическими данными, могут находиться в течение очень длительного времени?

Для выяснения этих вопросов требуется время. Но ясно одно: человечество не может остановиться в начале пути к покорению космоса. События на этом пути будут, бесспорно, развиваться, будут происходить все более и более замечательные эксперименты, и советский народ, несомненно, будет занимать ведущее место в этой интереснейшей области деятельности.

Дорога к звездам