Наука и техника

Пока политики играли в гонки, математикам, инженерам, врачам и физикам для осуществления полёта на Луну нужно было решать научные проблемы. Прежде всего – энергетические. Чтобы добраться до спутника, корабль должен был приобрести вторую космическую скорость, а чтобы вернуться обратно – «вторую космическую» для Луны. Это означало, что требуется значительно больше топлива, чем для даже весьма длительного пребывания на околоземной орбите. На момент начала лунной гонки кораблей, способных доставить хоть что-нибудь массивное за пределы геостационарной орбиты, не было.

И американские учёные, и советские рассматривали приблизительно одинаковые варианты решения проблемы. Поначалу казалось, что самое целесообразное – собрать на орбите из отдельных блоков большой и тяжёлый лунный корабль, который после возвращения тоже останется на орбите. Однако ни экономически, ни технологически на тот момент реализовать эту задумку было нереально, хотя позднее орбитальные станции «Мир» и «МКС» собрали именно так, из отдельных модулей, как конструктор.

Другая идея заключалась в том, чтобы создать, наконец, корабль, который сам себе будет ракетой-носителем. Предполагалось также, что этот корабль в будущем будет спускаться на Луну «целиком». Подобные проекты в распоряжении космонавтики отсутствуют до сих пор, поскольку они требуют более эффективной, чем современная, энергетики, и более точных систем управления. Впрочем, шаттлы идейно довольно близки той задумке.

Наконец, третий проект являл собой хорошую доработку использовавшейся ранее схемы. На орбиту корабль выводила ракета-носитель, дальше он включал собственные двигатели и отправлялся в путь к Луне. У Луны, если планировался спуск, а не облёт, от орбитального модуля отделялась спускаемая капсула, которая потом могла самостоятельно взлететь с поверхности, пристыковаться к остававшемуся в космосе блоку и отправиться вместе с ним «домой». Именно на этом варианте в итоге остановились специалисты НАСА. Королёв же грезил не только Луной, но и Венерой, и Марсом, тем более что долгое время лунная программа не утверждалась. Поэтому он с самого начала выбрал гибрид «традиционной» схемы и идеи с кораблём-конструктором. Исходя из этого, его ОКБ взялось за разработку сверхтяжёлой ракеты-носителя Н-1.

Помимо проблем с обеспечением достаточной мощности двигателя, возникали вопросы и с точки зрения безопасности космонавтов. Высоты орбит, на которые поднимались Гагарин, Титов и их последователи, не превышали нескольких сотен километров. Расстояние до Луны – больше трёх тысяч километров. На таком удалении от Земли единственное влияние, которое она ещё оказывает – гравитационное. В 60-х годах уже знали о радиационных поясах планет и магнитосферах, более-менее представляли, какую роль для живых организмов они играют. Было ясно, что высокоэнергетические частицы, из которых состоят космические лучи, отклоняются именно силовыми линиями магнитного поля Земли, и было вполне очевидно, что потенциальная опасность от таких частиц велика. Раньше космонавты не выходили из зоны магнитосферы далеко, а если и выходили, то на считанные минуты, но во время полёта к Луне им пришлось бы несколько суток подвергаться воздействию космической радиации.

Даже само по себе отсутствие магнитного поля Земли могло отрицательно сказаться на самочувствии людей. Отсутствие достоверных данных о распределении плотности в лунной коре не позволяло провести точные гравитационные расчёты, без которых, естественно, было сложно рассчитать курс, который бы не «увёл» экипаж на гелиоцентрическую орбиту. Для прилунения также нужно было выбрать ровную, устойчивую и более-менее твёрдую площадку, с плотным, «не засасывающим» грунтом. А ещё оставалась метеоритная угроза и риск, что из-за пространственной задержки связи Центр управления полётами не сможет в экстренной ситуации помочь астронавтам.

Однако Королёв по-прежнему горел энтузиазмом, американцы горели желанием отыграться за первых людей в космосе, а добрая половина молодёжи сразу двух держав мечтала покорять всё более далёкие участки космоса. Поэтому план действий сложился быстро. И у США, и у СССР он состоял из нескольких этапов:
- создание ракет, способных развивать вторую космическую скорость при полезной нагрузке минимум в несколько тонн;
- облёт Луны, изучение отклонений орбит от расчётных. Фотографирование и картографирование лунной поверхности с целью выбора подходящей посадочной площадки на будущее;
- отправка автоматических лунных модулей для изучения свойств грунта, его забора (для анализа на месте и отправки на Землю), возможно, для доставки техники, которая пригодится будущим лунным миссиям. Отработка старта с Луны;
- тестовые пилотируемые полёты – сперва на орбите Земли, затем – на орбите её спутника (облёт Луны);
- пилотируемые полёты с целью высадки на Луну;
- построение постоянных лунных баз.

Поскольку Союз опоздал со стартом программы, создание более мощных ракет-носителей и выполнение «облётных» этапов происходило параллельно. Для отправки автоматической аппаратуры на окололунную орбиту использовался «Протон» – ракета-носитель, неплохо показавшая себя впоследствии, но на тот момент ещё «сырая», только-только с чертёжного стола. В это же время конструкторские бюро Королёва, Янгеля и Челомея соревновались за право разработки новой ракеты-носителя. Распыление средств и, в немалой степени, психологическое напряжение привело к тому, что в 1965-м году ни одно из КБ не смогло представить реальный проект нового корабля. Однако идея Королёва собрать 200-тонную «Н-1», с помощью которой потом на орбите соорудить 21-тонный лунный корабль, показалась партийным кураторам наиболее перспективной.

Проблемы с носителем-супергигантом начались сразу же. КБ Глушко отказалось строить новые мощные двигатели, поэтому за них взялось специализирующееся на авиации бюро Кузнецова. Создать двигатели на водородно-кислородном топливе инженеры не смогли, поэтому на Н-1 устанавливалось 30 кислород-керосиновых двигателей. Сами по себе они отличались высокой надёжностью, поскольку выпускались не первый год и даже не первое десятилетие. Однако управление сразу тремя десятками сопел и систем подачи горючего было не под силу автоматике 60-х. Все четыре запуска Н-1 сорвались именно из-за проблем с управлением двигателями. Правда, последней из этих ракет управляла ЭВМ – это была первая попытка компьютеризации космических систем. Впоследствии автоматическое управление было частично перенесено на пилотируемые корабли. Если бы СССР всё же полетел к Луне, то спускаемые модули садились бы на поверхность спутника почти без участия людей, ориентируясь на заранее сброшенные радиомаяки. Для сравнения, космонавты «Аполлонов» выполняли посадку на ручном управлении, едва ли не «на глазок». Правда, их ракеты-носители «Сатурн-5» отличались большей эффективностью двигателей (частично работающих на том самом прогрессивном водороде с кислородом) и куда лучшей надёжностью.
Пока ОКБ-1 работало над новым носителем, под нужды лунной программы подгоняли «Протоны». Первые пять запусков лунных кораблей при помощи этих ракет по их же вине и сорвались. Шестой увенчался успехом – корабль «Союз-7К-Л1», позднее получивший имя «Зонд-4», вышел в космос. Последующие «Зонды 5-8» совершили облёты вокруг естественного спутника, впервые применив для изменения траектории гравитационный маневр. Правда, на этом положительные результаты миссий закончились – корабли даже не выходил на стационарную орбиту вокруг Луны и де-факто не получили никаких научных данных. Зато на борту «Зонда-5» находились животные – для разнообразия, черепахи – вернувшиеся живыми. Как минимум выяснилось, что отсутствие магнитосферы и воздействие космических лучей не фатально. К несчастью для космической программы СССР, эта победа, по сути, стала последней – через три месяца американцы отправили в полёт вокруг Луны «Аполлон-8» с человеческим экипажем.