«Краткая история программы «Аполлон»»

Вадим Скумбриев

Краткая история программы «Аполлон»

Краткое предисловие

Высадка на Луну сегодня считается настоящим торжеством человеческого гения. Чтобы это сделать, потребовались усилия огромного количества первоклассных специалистов, не менее огромное количество ресурсов и научных разработок — по сей день программа «Аполлон» остаётся одним из самых сложных проектов, которые когда-либо реализовывались человечеством. К сожалению, сегодня большинству людей известны разве что Армстронг с Олдрином, а многие даже не в курсе, что высадок было аж шесть. И множество интереснейших вещей проходит мимо.

Так что я, пожалуй, немного исправлю эту ситуацию. Хотя бы в отношении полётов на Луну.

Всё началось сразу же после полёта Гагарина, который вызвал у американских власть имущих острое жжение пониже спины. Мало того, что проклятые комми полетели первыми, так они ещё и нормальный орбитальный пролёт сделали, а Джон Гленн слетал только спустя почти год. Президентом тогда был небезызвестный Джон Кеннеди, который в 1960, во время предвыборной программы, обещал избирателям обогнать Советы в космической сфере — но увы, с первым астронавтом не вышло. Так что он вызвал руководителей NASA на ковёр и сказал: господа, вот вам куча бабла и полный карт-бланш. Как хотите, но чтоб на Луне мы были первыми. А не то…

Он, конечно, не знал, что полётов на Луну уже не увидит ввиду скоропостижной потери мозгов, но маховик запустил. Впрочем, сама программа «Аполлон» к тому времени уже существовала, Кеннеди просто дал хорошего пинка.

Однако масштаб поставленной задачи превышал всё, с чем до сих пор сталкивалась американская (да и вообще мировая) промышленность и наука. Во-первых, требовалось построить сверхтяжёлую ракету-носитель — по самым оптимистичным прикидкам на траекторию к Луне требовалось вывести ~40 тонн (в конечном итоге «Аполлон» с топливом на обратный путь и третьей ступенью весил почти 66). Во-вторых, нужно было разработать программу полёта — очевидно, что сложность миссии с высадкой на другом небесном теле и стартом обратно на порядок сложнее, чем просто стартануть с Земли и сделать пару витков. В-третьих, требовался ряд совершенно новых технологий, начиная от стыковки и заканчивая скафандром для Луны. Наконец, в-четвёртых, требовалось найти идиотов, согласных на такую авантюру, и отрепетировать всё-всё-всё, чтобы не случилось никаких Хьюстонов.

Так как сроки натурально горели, пришлось радикально менять подход. Первое, что сделали в NASA — это убрали нафиг секретность, что немедленно увеличило эффективность работ. Ну, в самом деле, насколько становится проще, если нет, скажем, правила «никто не остаётся один в комнате с секретными документами»? Второе — часть нужных разработок они спихнули на соседнюю программу «Джемини», о которой я расскажу ниже. Наконец, третье — значительно увеличилась роль наземных испытаний. Именно благодаря такому подходу аварийность программы снизилась до минимума (и всё равно стоила жизни троим астронавтам, а ещё трое не погибли только чудом).

Но обо всём по порядку. К сожалению, строгий порядок выдержать мне не удалось: в отличие от эпопеи про теорию относительности, здесь слишком много параллельных рассказов. Джемини, разработка Сатурна, разработка самого Аполлона, история полётов… дофига всего. Так что начнём, пожалуй, издалека.

Программа «Джемини»

«Джемини» — это серия двухместных космических кораблей, созданных с целью отработать на практике ряд инженерных решений (в первую очередь). Именно она стала частью тех самых репетиций всего-всего и вообще нужна была для того, чтобы потом проще было работать над «аполлоном». Список внушает:

— первый выход американского астронавта в открытый космос;

— первое сближение космических аппаратов;

— первая в истории стыковка космических аппаратов (а проводил её — ктобывыдумали? — Нил Армстронг! — но об этом знает куда меньше людей, чем о его высадке на Луну);

— медицинские эксперименты по изучению влияния невесомости на человеческий организм (в частности, на Джемини установили несколько рекордов длительности пребывания в космосе — аж до 13 дней, убедившись, что человек таки могёт. Это потом уже, когда полетел Союз-17, оказалось, что после более чем трёх недель пребывания в невесомости человек превращается в зомби);

— эксперимент по созданию искусственной силы тяжести посредством вращения (вышло не очень эффективно);

— рекорды апогея орбит (1372 км для «Джемини-11»), с целью изучить радиационную опасность для будущих экспедиций;

— отработка устройства для полётов в открытом космосе Hand-held maneuvering unit, правда, пока что на тросике. Представляло оно из себя пневматический пистолет, которым можно было пшикать и генерировать импульс, толкающий стрелка в нужную сторону. В правой руке у этого парня именно оно.

И так далее. Фактически 90 % опыта, полученного на «Джемини», затем использовали в «Аполлонах» — в особенности это касается стыковки и тренировок астронавтов. Тринадцать из шестнадцати астронавтов, летавших на Джемини, затем летали к Луне, а ещё двое, Гриссом и Уайт, погибли в «Аполлоне-1». Последний, Купер, тоже должен был лететь, но уступил место на «Аполлоне-13» Ловеллу. Явно неспроста.

Иными словами, к Луне летели отнюдь не новички, а матёрые космические волки (что и логично). А если брать «Аполлон-11», то там и вовсе супермены: Армстронг едва не погиб во время миссии «Джемини-8», когда автоматическая система управления вдруг включила один из двигателей системы ориентации, из-за чего корабль принялся вращаться — всё быстрее и быстрее. Едва не теряя сознание от чудовищных перегрузок, Армстронг всё же сумел отключить проблемный двигатель и погасить вращение — этот момент люто прекрасно показан в фильме «First man», который я очень рекомендую к просмотру. Олдрин же должен был проводить стыковку на «Джемини-12», однако из-за отказа радара ему пришлось делать это в самом что ни на есть прямом смысле вручную — по секстанту. Высокие технологии, ну, вы понимаете.

Всё это время инженеры по соседству пилили ракеты «Сатурн» и запускали зонды к Луне, чтобы выяснить, с какими опасностями там может столкнуться человек.

Варианты трассы

Пока будущие moon walker’ы тренировались на кошках, суровые физики думали, как бы поэффективнее слетать к Луне и вернуться. Ни о каких концептах самого корабля на тот момент и речи не шло, вопрос заключался в самых основных вещах. А именно — в выборе траектории полёта.

Поначалу над ней не особо парились. Вот как летела, например, Луна-9:

Тут следует отметить, что хотя Жюль Верн был неправ, взяв в качестве основного движителя пороховой заряд, в общем и целом он оказался гораздо более близок к истине, чем кажется. В реальности двигатели летящего в дальний космос корабля работают крохотные доли процента всего времени полёта, то есть его траектория в целом сходна с траекторией пушечного снаряда. Разница, по сути, только в том, что снаряд неуправляем, тогда как корабль может проводить коррекции траектории (как на рисунке выше).

Другой вариант траектории — это выход на орбиту вокруг Луны с последующим ожиданием удобного момента для высадки. Именно это описано, к примеру, в книге Уэллса «Первые люди на Луне». Это гораздо более удобно, так как позволяет выбрать наиболее эффективное время импульса для посадки.

Но и такая траектория совершенно не подходила для полёта пилотируемого, так как помимо кучи железа, на борту находились думающие куски мяса — и им, наверное, не очень понравилось бы умереть из-за ошибки математиков. Впечататься в Луну на второй космической или так и остаться её вечным спутником — не самый приятный конец. Поэтому единственно верным вариантом оставалась траектория возвращения.

Называется она так потому, что снаряд в свободном полёте по такой траектории облетит Луну и направится обратно, к Земле, что позволит астронавтам хотя бы умереть дома. И, забегая вперёд, математики как в воду глядели — для «Аполлона-13» такое решение сыграло решающую роль.

Ещё один нюанс заключался в «окне» для запуска. Если пускать аппарат сразу с Земли, то «окна» ждать придётся довольно долго — ну или жертвовать полезной нагрузкой в пользу топлива, компенсируя это неудобство. Поэтому очень быстро и в СССР, и в США пришли выводу, что стартовать к Луне надо с так называемой «опорной орбиты», а уже туда выводить обычными средствами — тогда можно улучить нужный момент и, запустив двигатели, отправиться к Луне. «Окно» при этом открывается дважды в месяц, когда Луна проходит через плоскость орбиты корабля, на несколько дней, а в течение этого периода — на несколько часов в сутки. Иными словами, опорная орбита выступала «буфером времени», позволяя гораздо более гибко управлять полётом: после выхода на неё у экипажа было около трёх часов, чтобы выбрать нужный момент для импульса. Это куда проще, чем лететь просто сразу.

Момент, однако, выбирать следовало по очень жёстким правилам — любая ошибка привела бы к лишним затратам топлива, а в худшем случае к срыву миссии (т. к. топлива могло не хватить на обратный путь). Выглядело это примерно так:

TLI Cutoff — это как раз тот самый Translunar Injection, момент, когда астронавты поддают газу и вылетают к Луне. Второй такой эпизод случается уже на подлёте, чтобы корабль стал спутником Луны, а не полетел обратно к Земле. Рассматривались и другие варианты, например, такой:

Однако их забраковали по разным причинам (конкретно эту выше — из-за большой сложности расчётов при низкой по современным меркам мощности компьютеров, это при том, что возможная область прилунения для неё гораздо шире).