Если с бытом и технологиями, используемыми в повседневной жизни, в СССР дела обстояли чудовищно, то космическая отрасль, наоборот, была главной витриной страны и находилась на острие научно-технического прогресса. И немудрено: именно космические достижения, полёты и исследования демонстрировали миру силу российской науки и повышали статус сверхдержавы.
Вообще говоря, всю историю становления советской космонавтики я описал в последующих главах, поэтому, в отличие от предыдущего раздела, здесь я не буду растекаться мыслью по древу и писать огромное вступление.
Если говорить вкратце, то космическая индустрия стала для Советского Союза идеальной возможностью показать свои положительные стороны, подчеркнуть мирные намерения и даже в какой-то мере открыться окружающему миру. Мы не умели делать качественные бытовые приборы, автомобили и тяжёлую технику, мы только учились строить самолёты, наша наука после войны была в тяжёлом положении, международные отношения оставляли желать лучшего, а люди только-только начинали свободно дышать после многолетнего сталинского правления. Нужен был какой-то реальный символ – не далёкий коммунизм, обещаемый уже много лет, не абстрактное благосостояние, врать о котором живущим в коммуналках людям уже не получалось, и не приевшийся Владимир Ильич. Советскому человеку нужно было во что-то верить. Во что-то неполитизированное, интересное, яркое и вызывающее справедливую гордость. Этим «чем-то» и стал космос.
К тому же космическая индустрия имела ряд преимуществ.
Во-первых, она была основана на военных технологиях и первое время вообще шла с ними рука об руку. Поэтому даже в тяжелейшие для экономики годы отрасль получала финансирование. Более того, начатые в военных целях разработки, в частности баллистические ракеты, после относительно небольших изменений превращались в мирные космические системы. Иначе говоря, космическая индустрия имела базу.
Во-вторых, космические технологии видел весь мир – и при этом они оставались секретными. Можно было публично, во всех СМИ, в том числе международных, трубить о первом искусственном спутнике Земли или о полёте Гагарина, но вот технологии, использованные для этих запусков, оставались в тени, и узнать о них ни простой советский житель, ни иностранный шпион ничего не могли.
В-третьих, космос был мирным. Люди устали от войны, от напряжённости, от опасности – на роль нового символа не годились ни охота за шпионами и врагами революции, как в 1930-е, ни победа над захватчиками, как в 1940-е. А в случае с космосом лозунг звучал просто и понятно: «СССР – впереди планеты всей», и самое главное, что это было абсолютной правдой, что в истории советской агитации представляется ситуацией исключительной.
В-четвёртых, конечно, космос подразумевал серьёзные продвижения в целом ряде отраслей. Научно-исследовательские проекты по физике, химии, биологии и т. д.; создание метеорологических и телекоммуникационных спутников; развитие военных технологий – всё это обещал космос. Было бы странно отказываться от такого.
Ну и, наконец, здесь чувствовался дух соперничества. Мы не могли ничего противопоставить американской мечте о домике в провинции с телевизором и двумя автомобилями на семью. Но мы могли стать первыми в значительно более яркой и явной гонке – космической.
На самом деле причин, почему Советский Союз сделал ставку на космос, было гораздо больше. Космическая отрасль неожиданно пришлась кстати и закрыла несколько прорех на изрядно потрёпанном войной и сталинской эпохой советском гербе.
Важно сказать, что если бы Сталин не умер в 1953 году, то всё сложилось бы иначе. Смею предположить, что при Сталине никакого финансирования мирного космоса быть не могло. Ситуация кардинально изменилась с приходом к власти Хрущёва – об этом я написал несколько абзацев в главе об искусственном спутнике Земли. Секретность, конечно, всё равно была очень строгой, и «наружу» просачивались лишь строго дозированные порции информации; в частности, все неудачные запуски замалчивались, а данные о них не выходили за пределы отрасли. В результате у стороннего наблюдателя создавалось ощущение, что 100 % запусков и разработок СССР – успешные. Впрочем, утечки информации всё-таки случались, порой неудачные спутники падали, не успев самоуничтожиться по команде с Земли, на территории других стран. Например, в 1978 году в Канаде рухнул разведывательный аппарат «Космос-954», вызвав серьёзное радиоактивное загрязнение и став причиной международного скандала, по итогам которого СССР выплачивал Канаде компенсации.
Но всё это не важно. Так или иначе космическая отрасль у нас была, мирная и хорошо развитая. И ею гордиться можно и нужно.
Поехали!
Глава 27. Сражаясь с давлением
Чем выше поднимается альпинист, тем меньше содержание кислорода в воздухе. Поэтому, чтобы избежать кислородного голодания, перед восхождениями на значительные высоты необходимо проходить акклиматизацию. Существует ряд методов, но, если говорить вкратце, они сводятся к следующему: достаточно провести на некой высоте заданный период времени, например ночь, чтобы организм успел приспособиться к пониженному содержанию кислорода. Если этого не сделать, случится горная болезнь – крайне неприятное и опасное сочетание гипоксии, переохлаждения, утомления, воздействия ультрафиолета и т. д. Если у вас началась «горняшка», нужно поворачивать назад.
Для нормального газообмена в лёгких нужно, чтобы парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе превышало на определённую величину (примерно на 100 миллиметров ртутного столба) парциальное давление[15] растворенного кислорода в венозной крови в альвеолах лёгких (это примерно 50 миллиметров ртутного столба).
Существует ряд атмосферных границ (сразу замечу, что числа тут приблизительны и колеблются в пределах пары сотен метров). До 3500 метров неподготовленный человек может подняться без акклиматизации. Точнее, она будет происходить, но незаметно, организм здорового человека справится с таким изменением давления на ходу. До 7000 метров человек после акклиматизации (её длительность определяется индивидуальными особенностями организма) может сколь угодно долго существовать без дополнительного кислорода в баллонах, например жить, как живут люди в высокогорных районах Тибета. Примерно до 9500–10 000 метров человек может подняться с использованием дополнительного кислорода, подаваемого под давлением, соответствующим атмосферному давлению на данной высоте (правда, высота Эвереста составляет 8848 метров, так что выше – только на летательном аппарате). Обычно для дыхания используются газовые смеси с повышенным содержанием кислорода – вплоть до чистого кислорода.
Но на высоте больше 12 000 метров, на которой внешнее атмосферное давление составляет 150 миллиметров ртутного столба, даже чистого кислорода перестаёт хватать. Выше этого предела можно дышать, только если подавать чистый кислород при повышенном относительно окружающего давлении – так, чтобы его давление в лёгких составляло те же самые 150 миллиметров ртутного столба. Но лёгкие – это очень тонкая ткань, если просто закачивать туда газ, в то время как снаружи тела давление будет меньше, то при разнице где-то в 70–100 миллиметров ртутного столба лёгкие просто разорвутся. Поэтому для нормальной работы человека на высоте выше 12 000 метров необходимо не только обеспечить достаточное количество кислорода в дыхательной смеси, но и сымитировать внешнее давление путём искусственного обжатия тела – эту функцию и выполняет высотно-компенсирующий костюм (ВКК).
Современный ВКК представляет собой комбинезон, пронизанный так называемыми натяжными устройствами – пневмотрубками и пневмокамерами. Наполняясь газом, подаваемым специальным автоматом давления, пневмокамеры увеличиваются в размерах и натягивают ткань костюма. Таким образом, ВКК обжимает тело пилота, создавая давление, равное давлению газа в лёгких независимо от реального атмосферного давления. Неотъемлемой частью костюма является гермошлем с системой подачи чистого кислорода для дыхания. Современные высотно-компенсирующие костюмы могут сохранить пилоту жизнь на высотах до 25 000 метров.
И именно из высотно-компенсирующих костюмов выросли впоследствии космические скафандры.
Гонка за рекордом
Первенство в изобретении космического скафандра – вопрос очень спорный. Непонятно, от какой стадии его разработки вести отсчёт. Например, костюмы, созданные ещё до космической эры для полётов на стратостатах, вполне попадают в эту категорию, но, по сути, находятся ближе к лётным комбинезонам, чем к тому, в чём выходят в открытый космос. Американский скафандр Navy Mark IV, разработанный для полётов по программе «Меркурий», существовал в виде опытного образца уже в 1958 году, он появился на два года раньше советского СК-1. С другой стороны, именно СК-1 стал первым скафандром, действительно выполнившим свою непосредственную задачу, – в нём летал Юрий Гагарин. Но СК-1, как и все прочие скафандры того времени, не был автономен настолько, чтобы позволить выход в открытый космос, – первым скафандром с такими возможностями стал появившийся в 1964-м «Беркут».
Поэтому изобретение скафандра я считаю процессом постадийным, как изобретение радио или лампочки накаливания. Не было какого-то конкретного скафандра, который можно поставить в музей и назвать первым в мире. Космический скафандр путём последовательных модификаций вырос из менее совершенной, но не менее важной конструкции – высотно-компенсирующего костюма.
Началось всё с того, что 31 июля 1901 года воздухоплаватели Артур Берсон и Райнхард Зюринг на воздушном шаре «Пруссия» (Preußen) с открытой гондолой поднялись на высоту 10 800 метров. Они использовали для дыхания кислород в баллонах и считаются первыми людьми, добравшимися до стратосферы. Их достижение оставалось непревзойдённым почти четверть века.
А затем началась гонка за рекордом. 30 октября 1923 года знаменитый французский авиатор Жозеф Сади-Лекуан на своём самолёте Nieuport NiD.40R взлетел на высоту 11 145 метров – без всякого ВКК, в открытом кокпите. Годом позже другой французский пилот, Жан Каллизо, поднялся на 12 066 метров.
Самолётам рекорд принадлежал недолго: 4 ноября 1927 года капитан ВВС США[16] Хоуторн Грей поднялся в открытой гондоле стратостата до 13 222 метров – и погиб, видимо, из-за того, что у него закончился кислород. Его тело нашли на следующий день в упавшей гондоле, но рекорд был засчитан по показаниям бортовых альтиметров. Впрочем, по поводу этого рекорда ведутся споры: возможно, высшей точки Грей достиг уже мёртвым.
В гонку включились и другие страны. Спорный рекорд американца побили 27 мая 1931 года знаменитые швейцарцы Огюст Пиккар и Пауль Кипфер: на аэростате с герметично закрытой гондолой они добрались до высоты 15 787 метров. Годом позже Пиккар превзошёл своё же достижение с другим напарником – Максом Козинсом. 30 сентября 1933 года мировой рекорд установили советские воздухоплаватели на стратостате «СССР-1», затем американцы на «Веке прогресса» (Century of Progress), затем снова наши на «Осоавиахиме-1» (правда, экипаж погиб при спуске), затем снова американцы на Explorer II, и этот рекорд продержался уже 20 лет.
В общем, в 1930-е плотность результатов была высокой. Причём, поскольку самолёты с их в основном открытыми кокпитами не могли соревноваться с герметично закрытыми гондолами аэростатов, авиационный рекорд выделился в отдельное направление, и его били тоже чуть ли не каждый год. Так или иначе на стадии планирования полётов было понятно: в открытой гондоле человек подняться на такие высоты без компенсации давления попросту не может. Но и закрытые гондолы не были универсальным решением: всегда оставалась опасность разгерметизации.
Последний рекорд без ВКК зафиксирован 14 августа 1936 года: французский пилот Жорж Детре на открытом биплане Potez 506 поднялся на высоту 14 843 метра. Как он это сделал, непонятно. Видимо, у него был невероятный индивидуальный ресурс организма. Любой другой человек на такой высоте, скорее всего, погиб бы.
Но все эти рекорды, помимо престижа, преследовали и практические цели. В частности, сверхвысотные подъёмы на стратостатах позволяли исследовать прежде недоступные слои атмосферы, а собранные рекордистами[17] данные помогали совершенствовать конструкции самолётов. В общем, к началу 1930-х необходимость в ВКК назрела настолько, что кто-то должен был стать первым.
В преддверии Осоавиахима
В 1930 году в план работ Бюро воздушной техники Ленинградского областного совета Осоавиахима был отдельным пунктом включён «высотный аэростат». Инициатором его создания и главным конструктором стал Андрей Богданович Васенко, инженер-аэролог, загоревшийся идеей побить мировой рекорд и достигнуть на советском стратостате казавшихся невозможными высот. Гондолой и вообще системами жизнеобеспечения занимался инженер Института авиационной медицины (ныне в его названии к слову «авиационной» прибавилось «и космической») Евгений Чертовской. Занятно: почти во всех современных источниках его фамилия указана как «Чертовский», но достаточно открыть любой документ 1930-х (например, доклад комиссии по расследованию причин катастрофы «Осоавиахима-1»), где он упоминается, и там вы найдёте его фамилию через О. Так же буду писать и я.
Между идеей и её практической реализацией прошло довольно много времени. По сути, финансирование у инициативы Васенко появилось только после одобрения другого проекта – инициированного крупным партийным деятелем Николаем Сперанским стратостата «СССР-1». Его строили по госзаказу с участием ВВС и учёных. «СССР-1» преследовал научные цели, был нагружен огромным количеством оборудования, измерительных и навигационных приборов, но всё равно 30 сентября 1933 года установил мировой рекорд высоты полёта – 18 501 метр.
Итак, после «СССР-1» Васенко выделили средства, и в конце 1932-го, с заметным опозданием, стартовала работа над «Осоавиахимом-1» (он же ОАХ-1, он же изначально ВА-1). При этом первоначальная дата его рекордного полёта совпадала с датой, намеченной для конкурента, – 30 сентября 1933-го.
Таким образом, с 1930 по 1932 год будущее проекта оставалось неопределённым, а команда Васенко не имела материальной базы для создания стратостата. Но время не ждало, и инженеры – а команда была немаленькой – делали всевозможные подготовительные расчёты, работы и исследования. Именно во время этих работ Евгений Чертовской и разработал первый в истории ВКК.
От Ч-1 до ОАХ-1
В 1931 году Чертовской продемонстрировал первый вариант костюма, который теоретически мог продлить воздухоплавателю жизнь в случае разгерметизации гондолы. Идея его была ровно той же, какая используется в ВКК сейчас: когда наружное давление становится слишком низким, в пневмосистему комбинезона подаётся воздух и костюм обжимает человека, имитируя атмосферу. Официального названия костюм не имел, впоследствии его стали обозначать Ч-1.
Поскольку опыта в конструировании ВКК на тот момент не было ни у кого, Чертовской в первых моделях сделал ряд «детских» ошибок. Например, когда в Ч-1 подавался воздух, костюм так обжимал пилота, что тот не мог сгибать руки и ноги! Во втором поколении, Ч-2, уже появились шарниры на локтях и коленях. Сомнения вызывали и материалы: Ч-1 был скроен из двух слоёв кожи, прослоённых стальной сеткой вроде кольчуги, и представлял собой модификацию обычного лётного комбинезона.
Так вышло, что к полёту «Осоавиахима-1» ни Ч-1, ни Ч-2 не были доведены до стадии полноценного функционирования. Причиной этого – как, собственно, и причиной трагической гибели ОАХ-1 – стало пресловутое социалистическое соревнование. Сразу после успешного полёта «СССР-1» его главный конструктор Георгий Прокофьев выступил с заявлением, что его команда может повторить сверхвысотный полёт зимой. «Осоавиахимцы» и без того опоздали с установлением мирового рекорда, а тут ещё и такое! И Павел Федосеенко, друг Васенко и руководитель подготовки ОАХ-1 к полёту, подал в Центральный совет Осоавиахима рапорт с предложением лететь зимой 1933–1934 года, хотя стратостат изначально не рассчитывался для подобного испытания. Я не стану детально описывать ошибки в конструкции ОАХ-1 – их было множество. Например, система сброса балласта позволяла избавиться от тонны груза (в виде шариков дроби, которые загружались в приёмник совочком) чуть больше чем за час, в то время как в «СССР-1» на это требовалось около двух минут. Общий расчёт аэростата не проводился вообще, проверялись только отдельные узлы, присланная из Москвы комиссия нашла конструкцию летательного аппарата неудовлетворительной, и тем не менее 30 января 1934 года ОАХ-1 отправился в свой первый и последний полёт.
Он достиг рекордной высоты 21 946 метров, после чего начал плановое снижение – но подвела конструкция. Когда температура окружающего воздуха сравнялась с температурой газа в стратостате, подъёмная сила резко упала. Скорости сброса балласта не хватало, экипаж не мог выбраться из гондолы, открутив 12 болтов (экстренного сброса люка не было предусмотрено), на высоте 2000 метров гондола вообще оторвалась от баллона, и в итоге трое аэронавтов погибли от удара о землю.
Проводилось тщательное расследование, всех причастных вызывали в соответствующие органы, ОАХ-1 фигурировал в личной переписке Сталина и Ягоды, но в целом инцидент остался без политических последствий. Сталин, Ворошилов и Молотов лично захоронили урны с прахом героев-аэронавтов в Кремлёвской стене.
Путь к скафандру
Тем временем Чертовской продолжал работы над ВКК, и осенью 1936 года появилась третья модель – Ч-3. Её материалом стал перкаль типа А – прорезиненная хлопчатобумажная ткань, армированная стальными тросиками. В Ч-3 были шарниры, обеспечивающие сгибание рук и ног, а также полноценный шлем с прозрачным щитком из двуслойного целлулоида. Во избежание запотевания щитка между слоями циркулировал тёплый воздух. Поверх скафандра можно было надеть электрокомбинезон, подключавшийся к бортовой системе самолёта и способный поддерживать комфортную температуру даже при забортных –60°.
Испытания в барокамере проходили с марта 1937 года, первые лётные – с мая. Проблем у Ч-3 хватало. Надевание его занимало около 40 минут; несмотря на шарниры, пилот двигался с трудом и не мог дотянуться до некоторых рукоятей; в ВКК было страшно жарко (за один полёт пилоты теряли до килограмма веса), и приходилось предварительно натирать тело одеколоном для уменьшения потоотделения; весила же эта конструкция 70 килограммов! Тем не менее Ч-3 уже был рабочей системой, а следующую модель, Ч-4, в 1938-м выпустили малой серией из 10 экземпляров. Последние модели Чертовского – Ч-6 и Ч-7 – появились уже перед самой войной, в 1940 году. После войны Чертовской принимал участие в разработке в том числе космических скафандров. С 1937-го разработкой ВКК занялись в ЦАГИ – их серия ЦАГИ СК стала более успешной и легла в основу гагаринского СК-1.
Мы первые?
В 1920-х годах шотландский физиолог Джон Скотт Холдейн опубликовал целый ряд знаковых для медицины работ по приспособляемости организма к экстремальным условиям, и в частности к гипоксии и гипотермии. Именно он первым описал теоретическую возможность сымитировать атмосферное давление с помощью механического сжатия (к слову, работы Холдейна были широко известны, переводились на разные языки, и, несомненно, их читал Чертовской – вряд ли инженер сам придумал всю теоретическую основу, касающуюся физиологии). В 1931 году американец Марк Ридж, одержимый идеей установить мировой рекорд высоты на аэростате, обратился к уже престарелому Холдейну с предложением сделать такой костюм. К работе привлекли изобретателя Роберта Дэвиса, создателя известного спасательного аппарата для подводников. Костюм Риджа – Холдейна получился похожим на Ч-2; Ридж испытывал его в барокамере при условиях, аналогичных подъёму на высоту 15 километров, но затем у него закончились деньги и продолжения разработка не получила. Впрочем, впоследствии Дэвис сделал похожий костюм для британских ВВС.
В 1935 году испанский военный инженер и врач полковник Эмилио Эррера Линьярес разработал и испытал «стратонавтический скафандр» (Escafandra estratonáutica) для установления мирового рекорда подъёма на стратостате в открытой гондоле. Подъём был запланирован на 1936 год, но Гражданская война смешала все карты, и скафандр Линьяреса остался невостребованным.
Костюм Линьяреса был двухслойным. Нижний слой изготавливался из прорезиненного шёлка (Линьярес тестировал его герметичность в собственной ванной). Верхний был металлическим с подвижными сочленениями аккордеонного типа. Шарниры позволяли садиться и сгибать руки в плечах и локтях, пальцы и ноги в коленях. Полковник разработал трёхслойное стекло-щиток с ультрафиолетовым фильтром и системой против запотевания, а также электрический подогрев, который позже демонтировал за ненадобностью. Костюм Линьяреса был первым скафандром, разработанным в Европе, – более или менее одновременно с Ч-3 Чертовского, но заметно позже его первых ВКК. Линьярес, к слову, плохо закончил: на Гражданской войне он выбрал сторону республиканцев, после их поражения бежал за границу и умер в изгнании, а его костюм уничтожили.
В США тоже был свой «Чертовской» – Уайли Пост, знаменитый пилот-рекордист, совершивший две сенсационные кругосветки. В 1931-м Пост со штурманом Гарольдом Гатти побил рекорд скорости для кругосветного путешествия (8 дней, 15 часов и 51 минута), а в 1933-м впервые в истории совершил одиночный кругосветный перелёт. Оба раза, кстати, он приземлялся в том числе в Москве, Иркутске, Хабаровске и ряде других советских городов.
В 1934 году Пост решил направить свои устремления не только по горизонтали, но и по вертикали, совершив трансконтинентальный перелёт на больших высотах. Он предложил идею ВВК шинной компании BFGoodrich и в соавторстве с инженером Расселлом Колли разработал подобную систему. Третья модификация ВКК Поста была успешной: 5 сентября 1934 года Пост в своём костюме достиг высоты в 12 500 метров, несколько раз поднимался почти до 15 500, хотя рекорд при этом официально зафиксирован не был. Костюм Поста имел три слоя – нижний утепляющий, резиновый слой с натяжными механизмами и внешний прорезиненный комбинезон. В шлем, сделанный из алюминия и пластика, были встроены наушники и микрофон.
Трансконтинентальный перелёт с первой попытки Посту не удался из-за механических проблем с самолётом, а второй попытки не было: в 1935-м Пост разбился во время выполнения практической задачи – прокладки воздушного почтового пути из США в СССР через Аляску.
Итог подвести просто. На деле ВКК должен был появиться где-то в начале 1930-х. Аэростаты и самолёты уже научились подниматься на высоты, где человек существовать не мог, и решение проблемы лежало только в области физиологии. Так что Чертовской, Ридж, Пост, Линьярес и ряд других изобретателей занимались правильным делом в правильное время. Разработки Чертовского получили продолжение в скафандрах ЦАГИ – значит, его работа, начатая раньше прочих, не пропала даром, хотя американцы быстрее довели ВКК до практического использования.
Евгений Чертовской скончался в 1961 году. Помимо собственно инженерной истории, он должен запомниться нам ещё одним достижением. Именно он впервые применил по отношению к высотному снаряжению водолазный термин «скафандр» (то же сделал чуть позже Линьярес). А по-английски, например, скафандр называется space suit, то есть «космический костюм».