Сейчас технологию напыления пенополиуретановой теплоизоляции на кислород-водородную ракетную ступень, которую освоили на пусках Saturn V и Space Shuttle, готовят к применению в центральном блоке первой ступени сверхтяжелой ракеты SLS.
Полет людей на Луну и их возвращение на Землю стали возможны благодаря двум кораблям, каждый из которых разделялся на два отсека:
● орбитальный корабль, собственно Apollo, состоял из командного и служебного отсеков, которые также называют модулями;
● лунный модуль разделялся на посадочную и стартовую ступени.
В командном отсеке корабля Apollo располагался экипаж и обеспечивалось управление полетом до Луны и обратно. В служебном отсеке были двигатели, топливные баки, система электропитания и другие вспомогательные системы.
Важной функцией командного отсека было возвращение экипажа на Землю на второй космической скорости. Предыдущие космические корабли США, Mercury и Gemini, могли возвращать людей только с первой космической скорости. Первая космическая скорость, необходимая для поддержания орбитального полета вокруг Земли, равняется примерно 8 км/с. Вторая космическая, что требуется для межпланетных перелетов, чуть выше – 11 км/с. Хотя полет на Луну не считается межпланетным, но кораблю все равно требовалась скорость около 11 км/с для достижения Луны, и с такой же скоростью проходило возвращение.
Для безопасного возвращения людей на Землю со скоростью 11 км/с предусмотрели целый комплекс систем мягкой посадки. Первый удар верхних слоев атмосферы принимал на себя тепловой щит командного модуля. Для эффективного гашения скорости на приемлемых перегрузках предусматривалось управляемое снижение и долгий, почти горизонтальный полет на высоте около 60 км. Тепловой щит в воздухе формировал перед собой ударную волну, которая помогала сбрасывать скорость, но приводила к нагреву щита. Чтобы не пропускать жар от атмосферы к экипажу, тепловой щит был абляционным, т. е. «сгораемым» и испаряющимся. Пока горел щит, люди оставались в безопасности. При значительном снижении скорости и достижении сверхзвукового режима полета, торможение тепловым щитом уже становилось неэффективным и в дело вступало несколько парашютов. Для смягчения финального удара о поверхность посадка проходила в Тихий океан.
Технологии и опыт, полученный по возвращении командного модуля Apollo, практически не нашли прямого продолжения после закрытия программы. В 1970-е годы американская космонавтика занялась развитием околоземных многоразовых кораблей Space Shuttle. Для челноков разработали новую теплоизоляцию, а к Луне они летали только в фантастических фильмах. Самый высокий полет шаттла был на высоту 620 км и на первой космической скорости.
Через 30 лет после лунных полетов и отказа от Apollo NASA задумалось о новом этапе развития своей космической программы. При подготовке программы Constellation («Созвездие») в середине 2000-х годов снова решили вернуться к небольшим кораблям и сверхтяжелым ракетам для достижения второй космической скорости. Тогда всерьез заговорили о полетах на Луну и Марс и приступили к созданию сверхтяжелой ракеты Ares V и межпланетного корабля Orion.
По конструкции Orion во многом повторяет Apollo, хотя и базируется на более современных технологиях, освоенных в том числе по программе Space Shuttle. Тем не менее командный отсек Orion по геометрическим пропорциям – практически копия командного отсека Apollo, а служебный модуль Orion оборудован практически тем же самым маршевым двигателем AJ-10, что стоял и на Apollo.
Такая повторяемость неудивительна потому, что в обоих случаях перед межпланетным кораблем поставлены практически те же задачи, что и 50 лет назад. Изготовителем Orion выбрана компания Lockheed Martin, которая также участвовала и в первой лунной программе США, правда не в части разработки корабля. Служебный же отсек нового Orion передан на изготовление в Европу, где компания Airbus изготовит его на основе технологий европейского грузового корабля ATV.
Кораблю Orion выставлены более высокие требования, чем в свое время кораблю Apollo. Во-первых, экипаж расширен до четырех человек, во-вторых, длительность автономного полета увеличена до 30 суток. Изменились задачи по точности приземления: Apollo садились в южной части Тихого океана, что проще по баллистическим соображениям, а сейчас предполагается посадка ближе к берегу США, хотя тоже на воду.
Скафандр, созданный для выхода на поверхность Луны, стал важным шагом в развитии средств для внекорабельной деятельности США. Хотя первый выход астронавтов NASA в открытый космос состоялся еще в 1965 году, но лунные A7L с 1969 года стали новым поколением скафандров, оказавших влияние на все последующие американские и, в некоторых деталях, советские модели.
Конкурс на создание лунного скафандра NASA объявило в 1962 году. Несколько компаний работало над различными элементами конструкции, но в результате сам костюм изготовила компания ILC Dover, а ранец системы жизнеобеспечения – Hamilton Standart. Скафандр, который прошел испытание космосом всего за 4 месяца до полета на Луну, заметно отличался от предыдущих экспериментальных и серийных моделей.
Преимуществом A7L перед предшественниками была длительность внекорабельной деятельности, жидкостная система жизнеобеспечения, негорючие материалы, плотная внешняя защита от микрометеоритов и механических повреждений. Начиная с Apollo 15, в лунных полетах применялись модифицированные скафандры A7LB. Затем очередная их модификация использовалась на пилотируемой станции Skylab.
После завершения программы Apollo прежний изготовитель, ILC Dover, получил заказ на разработку следующего поколения скафандров для программы Space Shuttle, названного EMU. Впоследствии эта серия скафандров стала использоваться и на американском сегменте Международной космической станции.
Тренировочный скафандр Майкла Коллинза в экспозиции Мемориального музея космонавтики в Москве. Обратите внимание, что перчатки отсутствуют. Фото автора
Любопытно, что частичное влияние A7L оказал на советские, а впоследствии и на российские скафандры. Перчатки – важная часть космического костюма, ведь космонавтам и астронавтам по несколько часов во время выхода в открытый космос приходится работать руками. В условиях вакуума, когда снаружи нулевое давление, а внутри скафандры надуты на 0,25–0,35 атмосферы, пальцы испытывают высокие нагрузки. Сами астронавты сравнивают эту работу со сжиманием теннисного мячика в течение 4–6 часов подряд. Разработчикам скафандра A7L пришлось немало постараться, чтобы создать перчатки, максимально облегчающие длительную работу в космосе. В это время советские инженеры решали ту же задачу, создавая лунный скафандр «Кречет».
Эволюция перчаток советских скафандров: «Беркут» (1965), «Кречет» (1969) и «Орлан» (1977). Экспозиция Мемориального музея космонавтики в Москве. Фото автора
По данным авторов книги «U. S. Spacesuits», американский астронавт Майкл Коллинз, участвовавший в полете Apollo 11 в командном модуле, подарил перчатки от cвоего скафандра советскому космонавту Виталию Севастьянову. [Вероятно, не только перчатки, но и весь скафандр. – Прим. авт.] От него перчатки попали к разработчикам советских скафандров в НПП «Звезда», которые оценили преимущества американской технологии. Впоследствии конструкция перчаток, подобная Apollo A7L, использовалась во всех советских и российских скафандрах серий «Орлан» и «Сокол». Лунный скафандр Майкла Коллинза теперь можно увидеть в московском Мемориальном музее космонавтики, но там он выставлен уже без перчаток.
Полет космического корабля всегда связан с повышенным риском. Одна из самых ответственных и сложных операций – старт ракеты и первые минуты полета. Для спасения космонавтов и астронавтов на раннем этапе запуска на ракете устанавливают систему аварийного спасения (САС). Колонна САС в верхней части ракеты позволяет отличать пилотируемые запуски от беспилотных и грузовых, хотя некоторые современные корабли обходятся без нее. На ракете Saturn V также предусматривалась система аварийного спасения, которая приводилась в движение твердотопливным двигателем производства компании Thiokol. Также эта компания изготавливала малые вспомогательные твердотопливные двигатели для ракеты Saturn V.
Любопытно, что тяга двигателя системы аварийного спасения Apollo была 66 т, что почти вдвое выше тяги ракеты Redstone, доставившей первого американца Алана Шепарда в космическое пространство.
Пилотируемые пуски Saturn V по программе Apollo обошлись без серьезных аварийных ситуаций, поэтому систему аварийного спасения применять не пришлось, хотя в ходе полета колонны САС штатно отделялись после включения второй ступени. Твердотопливные двигатели на ракете, которые использовались при разделении ступеней, сработали без замечаний. К тому времени, как завершилась программа Apollo, компания Thiokol работала уже по новому контракту NASA, разрабатывая самые мощные твердотопливные ракетные ускорители для Space Shuttle. Также Thiokol занималась производством твердотопливных баллистических ракет для Пентагона.
В те годы в американской космонавтике уже использовались тяжелые твердотопливные ускорители на ракете Titan III, производимые компанией United Aircraft. Однако заказ на ускорители Space Shuttle достались Thiokol. Победа в конкурсе NASA, возможно, связана с успешным сотрудничеством компании и космического агентства в реализации пилотируемых программ. То есть опыт разработки Saturn V и здесь помог в создании нового поколения космических транспортных систем – Space Shuttle.
Для создания сверхмощных ракетных двигателей и сверхтяжелой ракеты необходима соответствующая испытательная база. Стенды для испытаний двигателей F-1 и ступеней ракеты Saturn V возвели на границе штатов Миссисипи и Луизианы, базу назвали Mississippi Test Facility. Сейчас это Космический центр Джона Стенниса.