Спутник-1: созданный на опережение Как создали и запустили первый искусственный спутник Земли
Сейчас, когда по данным немецкой компании Statista, вокруг Земли вращается 4877 спутников самого разного назначения, трудно поверить, что далеко не все советские начальники понимали, что скоро не смогут без них обойтись.
В XVII веке Ньютон открыл закон всемирного тяготения и законы небесной механики. Из них следовало, что тело, движущееся с определенной скоростью, не улетит в космическое пространство и не упадет на Землю, а будет удерживаться на околоземной орбите. Сэр Исаак Ньютон сам предлагал с самой высокой в мире горы выстрелить горизонтально из мощной пушки, задав ядру такую скорость, чтобы оно «не успевало упасть» и вращалось бы вокруг Земли, уравновесив собственную центробежную и гравитационную силу планеты. Но зачем?
Первые мечты о спутниках
Идея придать такую скорость искусственному спутнику в стволе артиллерийского орудия оказалась мертворожденной – редкий материал выдержит чудовищные перегрузки во время разгона снаряда в стволе, а смысла забрасывать в небо обычную железку или камень нет никакого. Вот реактивный двигатель мог бы заменить и пушку, и гору, и разогнать тело до нужной скорости постепенно.
Американец Эдвард Хейл опубликовал повесть «Кирпичная Луна» в 1869 году. По ее сюжету искусственная сфера из кирпича диаметром в 200 футов, запущенная параллельно нулевому меридиану, уже помогала кораблям в океане точно определять долготу. Всего же таких «лун» предполагалось запустить четыре, чтобы они были видны с любой точки на земном шаре. Хейл, таким образом, предсказал GPS и ГЛОНАСС. Оказавшиеся на кирпичной луне люди общались с Землей при помощи азбуки Морзе – так были предсказаны еще и спутники связи. Любопытная деталь – кирпич в качестве материала для спутника был взят из-за его огнеупорных качеств, с учетом нагревания «луны» в процессе запуска.
У теоретиков вопросов оставалось немало даже накануне запуска первого искусственного спутника Земли. В каких условиях он окажется? Сумеет ли радиосигнал преодолеть ионосферу? Сможет ли работать на орбите сложная аппаратура? И, страшно сказать – выдержит ли полет живое существо? Для практиков вопросов было три: какой ракетой доставить первый спутник Земли на орбиту, каким он будет и откуда его запускать?
Зачем Королеву понадобилась новая индустрия
В первые послевоенные дни ракетостроение не было приоритетной сферой в СССР. Советское руководство, оглядывалось на прошедшую войну, его интересовали понятные вещи: реактивные самолеты, дальнобойная артиллерия, танки. Даже системы связи или радары оказывались на втором месте. Август 1945 года все изменил.
Бомбардировка Хиросимы и Нагасаки показала, что у СССР нет ни ядерного оружия, ни средств его доставки. Насторожила и американская операция Paperclip - «Скрепка», в ходе которой спецслужбы вывезли в США около двух тысяч немецких ракетостроителей и главного немецкого ракетчика Вернера фон Брауна.
Фау-2 - такой ее увидел Сергей Королев
После войны лучшей ракетой в мире была немецкая Фау-2. В сентябре 1945 года в Германию был немедленно направлен советский конструктор Сергей Павлович Королев. После знакомства с немецким изделием у него сразу появился план его усовершенствования. Однако пришел приказ – не создавать нового, только копировать трофейный образец на советских производственных мощностях.
И этот приказ оказался вполне разумным. Уровень производства в СССР был очень низок. Одних только марок стали при изготовлении Фау-2 в Германии использовали 86, а все, что могла предложить советская индустрия – 32 марки. В Германии использовали 59 сплавов цветных металлов – в СССР смогли создать лишь 21, резин и пластмасс требовалось 87 видов – в наличии было 48. Графитные немецкие рули сделать было вообще невозможно – технология вовсе отсутствовала. Требовалось создать практически с нуля новую отрасль промышленности с чрезвычайно высокими стандартами качества и новейшими технологиями. Производство советской ракеты Р1 – модифицированной копии Фау-2 – послужило импульсом для создания такой отрасли. Лучших инженеров и рабочих высокой квалификации собирали по всем отраслям и вербовали на секретные предприятия. Уже в 1950 году ракета Р-1 была принята на вооружение, было запущено ее серийное производство – но этого было явно недостаточно. СССР уже располагал ядерным оружием, только потенциальный противник находился в другом полушарии, а Фау-2 – это всего лишь триста километров дальности. Запуск первого искусственного спутника Земли уже не был чем-то невозможным.
В новом проекте Р-2 Королев предложил внести в конструкцию отделяемый блок, который мог нести как боевую ядерную «начинку», так и спутник с научной аппаратурой. Заказчик требовал средство доставки ядерного заряда на расстояние до 8000 км, межконтинентальную баллистическую ракету - оружие, а не какой-то научный аппарат. То, что такая ракета может иметь двойное назначение, нести либо смертельный заряд, либо космический спутник, понимали специалисты, но не генералы, и уж тем более не партийные бонзы.
«Семерка», которая может все
Между тем, Королев уже знал, какой должна быть главная ракета его жизни. Несколько усовершенствований Фау-2 были для него трамплином к собственному, уникальному проекту. Вместе с Михаилом Клавдиевичем Тихонравовым он начал работу над составным, или «пакетным» носителем, которому суждено будет стать прославленной Р-7. Он ней однажды член-корреспондент РАН Святослав Сергеевич Лавров емко скажет: «Фау-2 и Р-7 разнятся примерно так же, как мопед и гоночная машина класса Формула-1».
Для достижения космических скоростей ракета должна быть многоступенчатой. Последовательное соединение ступеней делает ракету громоздкой и хрупкой. Кроме того, когда одна ступень выработает топливо и отделится, как вторая запустит свои двигатели? Несвоевременный пуск чреват аварией.
Вот как выглядит "крест Королева"
Королев и Тихонравов нашли новое концептуальное решение – объединить двигатели в «пакет»: первая ступень представляла собой четыре раздельных блока, на жаргоне ракетостроителей – «морковки», которые самостоятельно крепились ко второй ступени. Момент запуска двигателя второй ступени «вынесли за скобки» - все двигатели запускались одновременно. Когда первая ступень отрабатывает свой ресурс, ее тяга ослабевает, отстегиваются механические крепления, и «морковки» отделяются от рвущейся вперед второй ступени механически. Они соскальзывают, а вторая ступень продолжает полет без рывков и перегрузок. Окончательный «отскок» четырех модулей первой ступени происходит, когда «газ наддува» - газ, создающий давление в баках с топливом и окислителем – выпускается и отталкивает их от корпуса центрального блока.
Конструкция получила название «Крест Королева». Также Королев отказался от газоструйных рулей (тех самых, графитовых) и установил на всех модулях рулевые двигатели. Это только главные новшества, чтобы просто описать все подробно, дилетанту нужно не меньше времени, чем гениальным конструкторам из ОКБ-1 потребовалось на их решение. Новая двухступенчатая межконтинентальная баллистическая ракета получила название Р-7, она же на жаргоне ракетостроителей «Семерка». Ее конструкция предусматривала отделяющуюся головную часть массой в три тонны, дальность полета составляла 8000 километров.
21 августа 1957 года «семерка» доставила груз на расстояние 6500 км в безлюдный район на Камчатке. Изготавливали «семерку» и другие ракеты из этого семейства на заводе «Прогресс» в Куйбышеве (ныне – Самаре). Сейчас увидеть ракету Р-7 проще всего на ВДНХ в Москве.
Как Эйзенхауэр ускорил запуск советского спутника
При испытаниях выяснилось, что пока о военном применении говорить рано – при снижении в плотных в слоях атмосферы отделяющийся модуль сгорел без остатка. На разработку защиты требовалось небольшое - но время. Королев воспользовался этим и предложил Хрущеву использовать две уже построенные «семерки» для запуска первого искусственного спутника Земли – его возвращать на Землю не было нужно.
Разговоры о спутниках во всем мире вели все чаще и громче. 4 октября 1954 г. в Риме решением ученых 67 стран 1957 год был объявлен Международным Геофизическим Годом. Тут же приняли резолюцию с призывом «рассмотреть вопрос о запусках небольших искусственных спутников Земли, об их научных приборах и новых проблемах, связанных с проведением экспериментов на ИСЗ, таких, как электропитание, телеметрия и ориентация».
А Вернер фон Браун уже консультировал Уолта Диснея
Хрущёва было бы трудно убедить, но неожиданно помогли… американские ученые, «переехавший» в Америку Вернер фон Браун и сам президент США Дуайт Эйзенхауэр. 29 июля 1955 года Национальная Академия Наук и национальный научный фонд США заявили, что через два года запустят первый в мире спутник в честь Международного геофизического года. Затем журнал Colliers начал публикацию серии статей фон Брауна о пользе американских спутников и скором их запуске. И наконец Эйзенхауэр официально объявил, кто вскоре американцы отправят в небеса первую «искусственную Луну». Этого уже нельзя было игнорировать, и 30 августа 1955 года была утверждена комиссия для разработки советской программы ИСЗ - искусственного спутника Земли под председательством академика АН СССР Мстислава Всеволодовича Келдыша. Если раньше Королева сдерживали, то теперь начали торопить. Академик Леонид Иванович Седов на шестом конгрессе Международной астронавтической федерации в Копенгагене в августе 1955 сообщил на пресс-конференции, что Советский Союз во время Международного геофизического года запустит возможно не один, а несколько спутников. Первый спутник СССР должен был оказаться на орбите раньше американского - теперь это было государственным заданием.
Что положить в первый спутник?
Конструкторы рассматривали три типа спутника – один массой от 200 до 300 кг, с комплектом исследовательской аппаратуры, второй – той же массы, но с системой жизнеобеспечения и местом для размещения живого существа (собаки, высотой в холке не больше 36 см и весом не более 6 кг). Третий вариант предусматривал самый скромный аппарат с минимумом «начинки». Нужно было выбрать, каким станет первый спутник в космосе.
И первым искусственным спутником Земли стал ПС-1, или «Простейший спутник -1», основную работу по его проектированию провел соратник Королева Михаил Клавдиевич Тихонравов.
Аппарат представлял собой сферический алюминиево-магниевый корпус из двух оболочек толщиной 2 мм, стыковочные шпангоуты соединялись между собой 36 шпильками. Герметичность обеспечивала прокладка из вакуумной резины прямоугольного сечения. Корпус заполнили азотом под давлением 1,3 атмосферы.
Ко внешней оболочке крепились две парные антенны штырькового типа (2,4 м для УКВ диапазона и 2,9 – для КВ) расходящиеся под углом 70°. Внутри корпуса находилось радиопередающее устройство Д-200, термореле и система принудительного охлаждения – проще говоря, вентилятор, серебряно-цинковые аккумуляторы датчики температуры и давления и коммутирующие устройства. Общая масса спутника – 83,6 кг, из них 50 кг – источники питания. Вентилятор включался от термореле при температуре выше +30 °С и выключался при понижении до +20-23 °С. Аппаратура включалась блокировочным контактом при отсоединении спутника от ракеты-носителя.
Вот что было внутри у первого спутника
Радиостанция Д-200, вещала поочередно на частотах 20,005 и 40,002 МГц, частоты переключало электромеханическое реле. В радиостанции использовались лампы, поскольку транзисторы были в том время ненадёжными и маломощными. Частоты были выбраны, чтобы их могли принимать радиолюбители во всем мире. Для профессиональных станций достаточно было и в сто раз меньшей мощности, но первый спутник Земли был запущен доля того, чтобы его услышали и даже увидели все.
Место Байконур, время - октябрь
Первый искусственный спутник земли предполагалось запустить с полигона в Казахстане, неподалеку от станции Тюра-Там. Там уже была оборудована стартовая площадка для Р-7, куда более сложная чем стартовый стол для Р-1 и Р-2. Место идеально подходило, поскольку поблизости не было никаких населенных пунктов, ракеты взлетали над безлюдной местностью, а территория позволяла расширять площадь полигона почти без ограничений. Сейчас он известен всему миру, как Байконур, хотя поселок Байконур расположен в трехстах километрах от него. В расчете траектории ПС-1 принимал участие будущий летчик-космонавт СССР Георгий Михайлович Гречко. Запуск первого советского спутника был намечен на 6 октября 1957 года.
Неожиданно пришла информация, что американцы собираются вывести в космос свой спутник, как и советские учёные – шестого октября. Счет в гонке пошел на часы. Сергей Павлович Королев, как вспоминает Георгий Гречко, тут же позвонил в Комитет Госбезопасности, но там не смогли ни подтвердить этими сведения, ни опровергнуть. Королев взял на себя ответственность и нешуточный риск – его решением запуск первого искусственного спутника состоялся на двое суток раньше.
Три, два, один…
Первый искусственный спутник земли был запущен 4 октября 1957 года в 22 часа 28 минут 34 секунды по московскому времени – и этот момент стал началом космической эры человечества. Не обошлось без волнений – двигатель одного из модулей первой ступени запустился с задержкой. Продлись она на секунду больше – и ракета бы не взлетела. Но двигатель «прокашлялся» и через 4 минуты 55 секунд ракета вышла на околоземную орбиту, через 20 секунд, когда спутник отделился от корпуса второй ступени, заработал передатчик.
Первый рукотворный спутник Земли вышел на круги своя: апогей 947 км, перигей 228 км, время полного оборота 96 минут 12 секунд. Он просуществует ровно три месяца, и сгорит в верхних слоях атмосферы, совершив 1440 витков.
Неожиданная слава академика Седова
Как научный модуль, ПС-1 принес небольшие результаты, хотя сам факт его запуска был огромным событием. Однако его пропагандистский эффект был огромен. Космосом заболело все человечество, по всему миру радиоспортсмены ловили сигналы нового небесного тела, как к музыке прислушивались к эфирным звукам "бип-бип". На улицах посмотреть на него выстраивались толпы людей – хотя видно было, собственно, не сам спутник, а летевший рядом модуль второй ступени. Сам же спутник наблюдать можно было только как звезду шестой величины, на предельных возможностях невооруженного глаза. Уже через месяц, третьего ноября в космос отправился уже не простейший спутник – а Спутник-2, причем с «пассажиркой» - собакой по кличке Лайка. Этот запуск, увы, открыл и счет жертв покорения космоса: собака погибла уже на первых витках, прожив на орбите не более пяти часов.
В небо - и в историю
Когда был запущен первый космический спутник, он послужил всемирной славе советской науки и стал причиной сразу двух несправедливостей по отношению Сергею Павловичу Королеву. Создателя первого космического аппарата хотели немедленно номинировать на Нобелевскую премию, но Хрущев не назвал его фамилию из соображений секретности, назвав покорителем космоса весь советский народ. А отцом спутника в мире довольно долго считали… академика Седова, который только сказал о нем несколько слов в Копенгагене. Бывает и так.
Как запускают современные спутники связи, читайте в материале о флотилиях OneWeb и Starlink:
Использованные источники: Сommons.wikimedia.org, Concierge.2C (CC BY-SA), NASA, Музей Космонавтики, Anizotropia
