Після запусків перших супутників на навколоземну орбіту і міжпланетні траєкторії, наприкінці 1950-х років стало зрозуміло, що наступною віхою, однією з найважливіших в історії людства, стане політ людини в космос. Це завдання було значно складнішим, ніж запуск будь-якого космічного апарата без екіпажу.

Пілот космічного корабля повинен був не лише вийти в космічний простір, а й залишатися у ньому безпечно для свого здоров’я, мати можливість виконувати там завдання, а також безпечно повернутися назад на Землю. Повітря всередині космічного корабля повинно було залишатися на комфортному для людини рівні як під нагрівом Сонця, так і в холодній тіні Землі. При спуску на поверхню пілот мав витримати перевантаження та екстремальні температури за бортом, а також скинути швидкість з величезної орбітальної до низької, придатної для посадки.

Усі ці та безліч інших, маленьких та великих викликів, зробили створення перших космічних кораблів одним із найвидатніших інженерних досягнень людства. При цьому, робота над такими системами відбувалася одночасно в двох ізольованих одна від одної командах, у США та СРСР. Отже, і винайдені способи подолання викликів часто значно відрізнялись одне від одного. Про те, як перші космічні інженери підійшли до проблем відправки людини в космос і чим були схожі та різні створені ними космічні кораблі, буде моя стаття.

Підготовка повномасштабного макета корабля Mercury до випробувань в аеродинамічній трубі (NASA)

Будова

Ось вони, перші два космічні кораблі в історії — американський Mercury та радянський Восток. Саме з цих, двох невеликих і зовсім не схожих один на одного апаратів, почалася історія пілотованої космонавтики. Розробляючи свої перші космічні кораблі, американська та радянська команди не мали інформації про те, які рішення в розробці приймає команда суперників. Зрозуміло було лише те, що обидві країни рано чи пізно побудують і запустять такі кораблі, а з ними і перших людей в космос. США хотіли обігнати СРСР в космічній гонці та здійснити такий політ першими, а СРСР — зберегти свою першість. Тому обидві країни намагалися якомога швидше і простіше побудувати свої космічні кораблі, при цьому зробивши їх достатньо надійними, щоб зберегти їх першим пілотам життя.

Оскільки в той час уже була значно розвинута авіація, то як в США, так і в СРСР, одними з перших ідей для космічних кораблів були саме космічні літаки. В США такий проєкт був окремим від проєкту “пілотованого літального апарата, здатного лише на супутникову орбіту”. Американський космічний літак називався X-20 Dyna-Soar, цей дельтавидний планер так і не був реалізований. Радянські інженери, на відміну від американських, бажали зробити саме перший космічний корабель дельтавидним планером. Розглядаючи таку схему, а також інші форми для спускного апарата корабля, вони прийшли до значно простішої ідеї — сферичний спускний апарат і приєднаний до нього приладовий відсік. Про те, чому саме інженери Востока зробили свій спускний апарат сферичним, а Mercury виконаний у формі конуса з плоским днищем, я розповім у одній з наступних частин.

Ескіз американського Dyna-Soar (U.S. Airforce)

Ескіз радянського космоплана, розробленого ОКБ-256

Як зрозуміло з назви, спускний апарат — це та частина космічного корабля, яка спускається. В цьому випадку — на Землю. Спускний апарат повинен розміщувати в собі екіпаж, мати засоби для м’якої посадки, а також підтримувати безпечні умови для людей всередині під час спуску. Ним може бути як весь космічний корабель, так і лише його окрема, призначена саме для спуску з орбіти, частина.

При проєктуванні Востока стало зрозуміло, що якщо розмістити усе обладнання на одному відсіку, то воно буде заважати безпечному входу в атмосферу. Інженери прийшли до висновку, що більш доцільним буде збудувати окремий приладовий відсік, на який буде перенесена більшість інструментів, що необхідні лише під час орбітального польоту. Цей відсік від’єднуватиметься від спускного апарата перед поверненням в атмосферу, після чого у ній згоратиме.

Перші концепти корабля Восток передбачали розміщення приладового відсіку перед спускним апаратом, в носі ракети. Пізніше компоновка корабля змінилася і приладовий відсік перенесли під спускний апарат.

Один з перших варіантів Востока, де приладовий відсік знаходився над спускним апаратом

Оскільки Восток будувався для запуску на модифікації перевіреної в польотах ракети Р-7, у якої досить великий і широкий обтічник, то весь корабель можна було сховати під обтічником і не хвилюватись про його аеродинаміку під час запуску. Спускний апарат Востока має форму сфери, а приладовий відсік складений з двох зрізаних конусів. Верхній конус всередині підлаштований за формою до сферичного спускного апарата, а нижній збудований таким чином, щоб вміщатися посередині тороїдального паливного баку блока Е — останнього ступеня ракети.

Креслення корабля Восток модифікації 3КА, яка використовувалась для пілотованих польотів. Корабель закріплений на третьому ступені ракети, під обтічником

Багато інструментів корабля знаходилися всередині герметичного, наповненого азотом приладового відсіку, оскільки для їх роботи у вакуумі необхідні були б значні допрацювання, а також складніша система регулювання температури. Деякі інструменти, все ж, розташовувалися ззовні корабля, де вони захищені обтічником ракети. Обтічник скидався в польоті на такій висоті, де зовсім не аеродинамічна апаратура Востока уже не заважатиме польоту, бо повітря навколо майже не залишилося.

Серед інструментів, які можна або необхідно було розмістити ззовні апарата, були антени зв’язку, двигуни для системи орієнтації, балони зі стисненим газом для двигунів, герметичного відсіку з космонавтом і приладового відсіку, жалюзі терморегуляції, а також датчики, що спостерігали за горизонтом і Сонцем. На кінці приладового відсіку знаходилася гальмівна рушійна установка ТДУ-1, яка дозволяла Востоку зійти з орбіти і повернутись на Землю.

Всередині герметичного приладового відсіку знаходилась апаратура для навігації та орієнтації, система керування, система електропостачання, апаратура для радіозв’язку, телеметрії, а також логічний годинник.

Компоновка корабля Восток

Інженери Mercury не могли дозволити собі настільки впевнено додавати масу і об’єм до системи. В США на той час було лише дві ракети, достатньо надійні і випробувані, щоб запускати в космос людей. Це була суборбітальна Redstone і орбітальна Atlas D. Друга, хоч і могла вивести космічний корабель на орбіту, мала значно меншу вантажопідйомність, ніж радянська ракета Восток (модифікована Р-7). Поки корабель Восток комфортно почував себе з масою 4.5 тонн і важким обтікачем, масу Mercury прийшлось обмежити до 1.3 тонн. Крім того, корабель повинен бути сам собі обтікачем, заради економії маси.