11 и 12 августа 1962 года, с разницей в день, стартовали сразу два советских пилотируемых корабля – «Восток-3» и «Восток-4». Это был первый в истории совместный полёт двух кораблей, и он навёл инженеров на простую и естественную мысль: могут ли корабли встретиться и состыковаться в космосе? Предварительные работы велись и в СССР, и в США. Знаменитый астронавт Базз Олдрин в 1963 году защитил диссертацию именно на эту тему – «Управление сближением космических аппаратов на орбите».
В конструкцию кораблей американского проекта Gemini уже была заложена возможность стыковки в ручном режиме. Первую физическую попытку осуществили американцы Макдивитт и Уайт, уже встречавшиеся нам в предыдущей главе. В том же самом полёте, во время которого Уайт вышел в открытый космос, Макдивитт пытался пристыковать их Gemini 4 к оставленной на орбите специально для этих целей последней ступени ракеты-носителя Titan II GLV. Стыковка не удалась по ряду причин. В частности, у пилота не было ни радаров, ни другого оборудования для точного сближения; в то время как Макдивитт оценивал дистанцию примерно в 150 метров, Уайт полагал, что между кораблями от силы метров 60 – настолько расходились мнения астронавтов в момент наибольшего сближения со ступенью. Иначе говоря, всё делалось на глазок, и глазомер был очень неточным. После нескольких бесплодных попыток, выработав рассчитанный для этой задачи объём топлива, Макдивитт сдался.
И всё-таки первую в истории стыковку провели американцы, выиграв этот этап космической гонки. 15 декабря 1965 года пилот Уолли Ширра приблизил корабль Gemini 6A на расстояние 30 сантиметров к находящемуся на орбите однотипному кораблю Gemini 7 – они не были оснащены стыковочным оборудованием, но Ширра доказал возможность точного маневрирования при заданных условиях. А 16 марта 1966 года Gemini 8 под командованием Нила Армстронга успешно пристыковался к разработанному специально для этого эксперимента и запущенному ранее беспилотному аппарату Agena Target Vehicle. Вообще говоря, Agena Target Vehicle – интересный этап развития американской космонавтики, прямого аналога которого в СССР не было. По сути, он представлял собой беспилотный корабль, запускаемый специально для отработки техники стыковки; всего в 1965–1966 годах на орбиту отправились семь таких беспилотников, два из них стартовали неудачно.
Но это был чистый эксперимент. А вот первые стыковки серийных космических аппаратов произвели советские специалисты.
Советская стыковка
Разработка стыковочных систем началась сразу после одновременного запуска двух «Востоков»: в конце 1962 года Королёв обратился в НИИ-648 (ныне НИИ точных приборов) и предложил институту разработать оборудование для сближения и стыковки космических кораблей. Задача была нетривиальная – такими проектами никто до того не занимался, а институт имел дело с системами самонаведения крылатых ракет. Николай Викторов, главный в Советском Союзе специалист по самонаведению, от королёвского заказа отказался, опасаясь трудностей, и проект подхватил отдел, возглавляемый Евгением Кандауровым. Кандауров рассказывал, что Викторов сказал ему буквально следующее: «Хотите сломать шею – воля ваша».
Впрочем, в этой области была и конкуренция. Работа с Королёвым сулила не только трудности и опасности, но и премии, повышения и госзаказы. Вот почему предложением заинтересовались сразу три структуры: НИИ-158, ЦКБ «Геофизика» и ОКБ МЭИ. Но заказ всё-таки ушёл в НИИ-648. И в результате напряжённой трёхлетней работы в 1965 году появились первые прототипы системы сближения «Игла». Работу курировал лично директор института Армен Мнацаканян.
«Игла» была выполнена по схеме, которая сегодня считается классической. Она подразумевала деление кораблей на «активный» и «пассивный». На первом устанавливался блок «Игла-1», на втором – «Игла-2». Разница между ними была видна невооружённым взглядом. Пассивный корабль имел всего одну антенну-ответчик, а вот активный походил на ёжика (Королёв называл такие корабли «антенноносцами»): на нём стояло три комплекта различных антенн – обзорные для предварительного поиска на расстоянии до 30 километров, гиростабилизированная для слежки за пассивным кораблём по его ответчику, причальные. Плюс над этим нависала «крыша» для защиты от космического мусора и астероидов.
За антеннами скрывались счётные блоки, телеметрические устройства, передатчики, обработчики данных и т. д. Система автоматически отключалась в момент физического контакта кораблей.
Первая стыковка беспилотных кораблей в автоматическом режиме была назначена на ноябрь 1966 года – Королёв, скончавшийся ещё в январе, этого уже не увидел. 28 ноября стартовал первый экспериментальный корабль (7К-ОК № 2) абсолютно новой серии – «Союз», сменившей неудачный «Восход». Он должен был состыковаться с запущенным позднее «Союзом-1» (7К-ОК № 1), но не сложилось. Из-за досадной ошибки в конструкции за время первого орбитального витка «Союз-2» выработал все топливо двигателей причаливания и ориентации, поэтому ни о какой стыковке речи уже не шло. Инженеры попытались свести корабль с орбиты, чтобы проверить систему управления спуском и систему приземления, но тормозные импульсы оказались недостаточно точными, чтобы гарантировать посадку на территории СССР. В результате сработала система автоматического подрыва, которой оснащались все беспилотные корабли этой серии, и 30 ноября «Союз-2» прекратил свое существование. В официальной информации он не упоминался, а его запуск подали как вывод на орбиту спутника «Космос-133».
«Союзу-1» повезло ещё меньше. После неудачи «Союза-2» запуск следующего корабля был запланирован на 14 декабря, но автоматика отменила старт после опроса пирозапалов зажигания. Когда стартовая команда осматривала ракету, сработала система аварийного спасения, начался пожар и «Союз-1» взорвался, разрушив стартовую площадку и убив одного человека.
Следующая попытка подразумевала автоматическую стыковку уже пилотируемых кораблей. Была в этом и идеологическая составляющая: неудачную программу «Восход» прекратили после второго полёта, а над «Союзом» ещё велись работы. Так что СССР целый год не проводил пилотируемых запусков, в то время как в США активно развивалась программа Gemini. 23 апреля 1967 года с Байконура взлетел космический корабль «Союз-1» (да, снова путаница с нумерацией, это был уже другой «Союз-1») с одним космонавтом – Владимиром Комаровым – на борту. Днём позже планировался старт «Союза-2» с тремя космонавтами – Быковским, Елисеевым и Хруновым, а ещё через день корабли должны были состыковаться в автоматическом режиме.
Но «Союзы» оказались недоработаны: чиновники подгоняли инженеров, потому что мы, как казалось, начинали уступать США. В результате «Союз-1» с самого выхода на орбиту испытывал проблему за проблемой. В частности, у него не раскрылась часть солнечных батарей, что привело к нехватке энергии. Из-за этого запуск «Союза-2» был отменён, а «Союз-1» решили спустить на Землю на следующий же день, 24 апреля. Но при посадке отказали тормозные парашюты, и спускаемый аппарат ударился о землю со скоростью 50 метров в секунду – это не оставляло Комарову ни единого шанса. Он стал первым в истории космонавтом, погибшим во время миссии. Тут, увы, мы американцев опередили.
И лишь с третьей попытки автоматическая стыковка удалась. Причём, как ни странно, это вышло случайно. 27 октября на орбиту отправился «Космос-186» – очередной беспилотный корабль программы «Союз». На нём отрабатывались системы: по сути, это были те самые испытания, которых не хватило «Союзу-1» для того, чтобы избежать трагедии. А через три дня полетел следующий «Союз» – «Космос-188». Как ни странно, изначально стыковочных испытаний не планировалось, хотя пара кораблей соответствовала друг другу: «Космос-186» был активным, а «Космос-188» – пассивным. Стыковку предложил осуществить Павел Агаджанов, возглавлявший Евпаторийскую группу управления; по сути, он сказал Центру: «А почему бы и нет?» – и Центр согласился.
На расстоянии 24 километров обзорные антенны «Иглы» поймали пассивный корабль, а через 54 минуты корабли штатно зафиксировались металлическими зажимами. Правда, штепсельные разъёмы не сошлись, и электрической стыковки не произошло – но это было неважно, корабли так или иначе имели автономные электрические цепи. В тот день, 30 октября 1967 года, началась новая эра – эра орбитальных станций и сотрудничества на орбите.
Теперь – с пилотами
Доработки и испытания «Союзов» после аварии Комарова длились полтора года. Лишь в октябре 1968-го в космос отправился «Союз-3» с Георгием Береговым на борту. Во время своей миссии Береговой должен был состыковаться с беспилотным кораблём «Союз-2», запущенным пятью днями раньше, – так отрабатывался уже пройдённый американцами этап ручной стыковки. Но после трёх неудачных попыток Береговой вынужден был завершить испытания, выработав всё отведённое на стыковки топливо. Как оказалось позже, Береговой ошибся из-за плохой видимости на тёмной части орбиты – он подошёл к «Союзу-2» вверх ногами!
А 16 января 1969 года в 8 часов 20 минут состоялась первая в истории стыковка двух пилотируемых космических аппаратов. Это были «Союз-4» (с Владимиром Шаталовым на борту) и «Союз-5» (с Борисом Волыновым, Алексеем Елисеевым и Евгением Хруновым). Активным кораблём выступал «Союз-4»; когда расстояние между кораблями достигло 100 метров, Шаталов и Волынов взяли на себя управление: задачей было проведение именно ручной стыковки, хотя техника позволяла пристыковаться в автоматическом режиме.
Согласно хронике, Алексей Елисеев и Евгений Хрунов перешли из «Союза-5» в «Союз-4», совершив первую в истории космическую пересадку и доставив Шаталову свежий номер газеты, вышедший уже после того, как «Союз-4» взлетел. И вот этот момент многие представляют себе неправильно: будто космонавты перешли из корабля в корабль через узкий круглый коридор, как это показывается в документальных кадрах с МКС. Но в конце 1960-х годов пересадка через стыковочный узел была невозможна: он больше походил на сцепку железнодорожных вагонов. Узел лишь скреплял корабли, никакого коридора внутри него не было.
Поэтому Елисеев и Хрунов вышли через шлюз «Союза-5» в открытый космос и, пролетев несколько метров в вакууме, попали в шлюз «Союза-4». Впервые в истории в открытом космосе находилось два человека одновременно. Конечно, не обошлось без проблем: оказалось, что у Хрунова почему-то не работает система вентиляции, без которой ему пришлось бы, мягко говоря, непросто, – но потом выяснилось, что в суете и волнении космонавт просто забыл её включить. Вся операция заняла 37 минут, и она транслировалась в прямом эфире по советскому телевидению. В СССР очень не любили показывать неудачи, потому все провалы строго засекречивались. Прямой эфир же исключал какую бы то ни было секретность. Но всё прошло успешно.
Правда, 20 июля 1969 года, всего полгода спустя, американцы одержали свою первую по-настоящему крупную победу в космической гонке, которая, конечно, не затмила первый искусственный спутник Земли и полёт Гагарина, но все остальные успехи советской космонавтики отодвинула на второй план. Они успешно отправили человека на Луну, и именно во время этой миссии, 24 июля, провели удачную стыковку, причём астронавты перешли с корабля на корабль не через открытый космос, а непосредственно через стыковочный блок. Речь идёт о возвращении с Луны, когда лунный модуль LM-5 Eagle пристыковался к командному модулю Apollo 11 и Нил Армстронг и Базз Олдрин вернулись на корабль. Это была, помимо всего прочего, первая в истории практически необходимая стыковка, проведённая не ради демонстрации возможности, а ради возвращения астронавтов на Землю.
Первая советская практически необходимая стыковка состоялась значительно позже – 7 июня 1971 года, когда «Союз-11» пристыковался к первой в истории орбитальной станции «Салют». На корабле стоял новый стыковочный узел ССВП (система стыковки и внутреннего перехода), через который можно было попасть в другой корабль, не выходя в открытый космос. ССВП использовались на всех станциях серии «Салют» и на многомодульном «Мире». Нынешнее поколение, носящее название ССВП-Г-4000, применяется в том числе на ряде модулей МКС для присоединения российских транспортников.
Стыковка современного типа
На самом деле в области стыковки было совершено много разных прорывов. Сегодня существует несколько систем, разработанных как в СССР/России, так и в США, и даже в Китае, стремительно отвоёвывающем свой сегмент космоса. «Игла» и её модификации, к середине 1980-х отслужившие своё, уступили место более совершенным системам, в частности «Курсу». Но один серьёзный прорыв в области стыковки всё-таки нужно отметить отдельно – это создание андрогинно-периферийного агрегата стыковки (АПАС).
Все существовавшие на тот момент системы стыковки, как «Игла», так и американские разработки, имели один серьёзный недостаток. Они были асимметричны, то есть в любом случае подразумевали стыковку активного и пассивного кораблей, оснащённых разными блоками. Это могло работать при отсутствии сотрудничества в космосе, когда стыковки планировались единым центром заранее. Но в 1970 году директор NASA Томас Пэйн высказал идею совместного полёта советского и американского кораблей – сперва в переписке с Мстиславом Келдышем, затем на организованной с целью обсуждения этого вопроса апрельской встрече с Анатолием Благонравовым в Нью-Йорке. В результате в 1972 году СССР и США подписали соглашение о мирном сотрудничестве в космосе, а главной частью этого сотрудничества должен был стать совместный полёт и стыковка кораблей «Союз» и Apollo.
Первая техническая встреча по вопросу совместного полёта состоялась в Москве в октябре 1970 года. Проблем было предостаточно: поскольку американская и советская космическая программы развивались абсолютно независимо друг от друга, в них отличалось всё вплоть до давления и состава атмосферы в кораблях! Но важнейшим вопросом (если говорить о технике, а не о политике) была стыковка.
Американский инженер Колдуэлл Джонсон предлагал пойти по проторенному пути и использовать систему с пассивным и активным кораблями. Того же мнения придерживались и советские инженеры. Но у этого решения были как технические, так и политические недостатки. С политическими, я полагаю, всем всё понятно, хоть и кажется смешным: никто не хотел брать на себя роль «мамы», и немало времени ушло на споры о том, чей корабль будет активным, а чей – пассивным (справедливости ради отмечу, что документальных подтверждений этих споров нет). Объективные же проблемы состояли в том, что один из кораблей так или иначе пришлось бы серьёзно модифицировать с перерасчётом аэродинамики, поскольку советская и американская стыковочные системы были совершенно разными. К тому же этот полёт открывал длительную программу сотрудничества и требовалось найти универсальное решение проблемы.
Идею симметричного стыковочного узла, позволявшего соединить корабль с любым другим, высказал тогда же, в октябре 1970-го, крупный специалист по автоматическим системам управления академик Борис Петров. Основным аргументом был тот факт, что при универсальности системы любой из кораблей сможет отстыковаться самостоятельно, независимо от партнёра, а это повышает уровень безопасности.
Над универсальной схемой работали параллельно две группы – американская под руководством Колдуэлла Джонсона и Уильяма Кризи в NASA и советская под началом Владимира Сыромятникова в ЦКБЭМ (собственно, это Центральное конструкторское бюро экспериментального машиностроения, оно же королёвское ОКБ-1, оно же нынешнее НПО «Энергия»). Теперь инженеры СССР И США обменивались идеями, чертежами и концепциями, и к 1972 году чаша весов окончательно склонилась в пользу советской схемы.
Система АПАС-75 представляла собой модифицируемый механизм – в зависимости от позиции он мог быть и «мамой», и «папой». Каждый агрегат состоял из неподвижного корпуса и подвижного буфера. Перед стыковкой буфер активного корабля выдвигался вперёд, в рабочее положение, а буфер пассивного, наоборот, втягивался и закреплялся на корпусе. Активный буфер соприкасался с пассивным, срабатывали датчики, происходила сцепка.
В действительности в плане технических разработок вклад американцев и русских в проект «Союз – Аполлон» был примерно равным. В то время как в СССР проектировали андрогинно-периферийный агрегат стыковки, в США разрабатывали шлюзовую камеру, которая изначально закреплялась именно на Apollo – советский АПАС предполагалось монтировать на ней. Как я уже сказал, разница была в первую очередь в атмосфере: советские космонавты дышали воздухом, близким по составу к земному, американские астронавты – почти чистым кислородом при давлении, пониженном на 65 % относительно земного. Поэтому просто соединить «Союз» и Apollo было нельзя: смешивание атмосфер привело бы к выходу из строя систем обоих кораблей. Более того, советские космонавты даже не могли перейти на борт Apollo через шлюз, потому что их типовые костюмы в кислородной атмосфере становились пожароопасными!
В общем, был разработан специальный шлюзово-стыковочный переходный отсек, способный поддерживать и «американскую», и «советскую» атмосферы и менять их в зависимости от того, кто и куда переходил. Специально для проекта американцы немного повысили давление, а русские – понизили, а кроме того, добавили в свою атмосферу кислорода; перед переходом космонавты должны были проводить в шлюзе около трёх часов для привыкания к новой атмосфере.
Так или иначе 17 июля 1975 года в 19 часов 12 минут американский и советский корабли совершили успешную стыковку. Они провели в таком состоянии 46 часов 36 минут, и за это время экипажи четырежды переходили из корабля в корабль.
Впоследствии команда Сыромятникова занималась совершенствованием АПАС с учётом развивающихся технологий. Для легендарного «Бурана» они разработали систему АПАС-89, но, поскольку проект так и не был доведен до рабочего состояния, не считая единственного опытного полёта, она использовалась для пристыковки американских челноков Space Shuttle к советской станции «Мир». Затем её модифицировали до АПАС-95, и в таком виде она используется до сих пор для стыковки между собой российских сегментов МКС, а также для соединения российских кораблей с американскими модулями.
Современный Международный стандарт стыковочной системы (MCCC), разработанный в 2010 году, подразумевает именно андрогинно-периферийную схему стыковки и базируется во многом на системе АПАС. Впрочем, важно понимать, что это далеко не единственная схема: несмотря на многолетнее сотрудничество в космосе, ни США, ни Россия, ни Китай, ни Европа так и не пришли к единой системе стыковки и по-прежнему используют «переходники». Другое дело, что большинство из них – андрогинно-периферийные, и в этом есть заслуга Сыромятникова и его команды.