Ю.М. Батурин
 
К ВОПРОСУ О НАДЕЖНОСТИ ПЕРВОГО ПИЛОТИРУЕМОГО КОМПЛЕКСА
 
 
Риск, на который шел первый космонавт планеты Ю.А. Гагарин, ясно осознавал и он, и С.П. Королёв. 10 апреля 1961 года Ю.А. Гагарин пишет письмо семье, известное как «завещание Гагарина» и обнародованное только в 1991 году: «В технику я верю полностью. Она подвести не должна. Но бывает ведь, что и на ровном месте человек падает и ломает себе шею. Здесь тоже может что-нибудь случиться» [1].
 
С.П. Королёв незамедлительно рассматривал любые предложения, направленные на повышение надежности первого пилотируемого космического комплекса (ракеты-носителя и космического корабля). Однако одновременно проводились технические мероприятия, которые надежность комплекса частично снижали.
 
По расчетам вероятность успешного завершения полета пилотируемого корабля составляла 0,875, а вероятность спасения жизни космонавта, даже при неудачном запуске, с учетом системы аварийного спасения, составляла уже 0,94 [2]. Тогдашние требования к уровню надежности составляли 0,95 [3]. Но это был расчет «схемной» надежности. В реальных условиях подготовки к старту степень надежности пилотируемого космического комплекса менялась.
 
Проблема спасения космонавта на старте не имела удовлетворительного решения. В случае аварии ракеты-носителя на стартовой позиции было предусмотрено катапультирование космонавта из спускаемого аппарата по команде из бункера. В головном обтекателе для этой цели был предусмотрен специальный вырез. Приземление космонавта производилось без использования парашюта на специальную сетку с последующей его эвакуацией стартовой командой в бункер [3]. Понятно, что подобная схема не только не спасла бы космонавта, но и повлекла бы гибель спасателей.
 
У корабля «Восток» все жизненно важные системы были задублированы, кроме тормозного двигателя, поэтому для возможности аварийного его спуска в случае отказа тормозного двигателя была выбрана орбита, которая обеспечивала время существования корабля на орбите от 2 до 7 суток. Таким образом, резервным режимом спуска было естественное торможение в атмосфере.
 
30 марта 1961 года Д.Ф. Устинов, К.Н. Руднев, М.В. Келдыш, С.П. Королев и др.  всего 11 подписей  докладывают в ЦК КПСС о подготовке к запуску космического корабля с космонавтом на борту: «Запуск корабля-спутника будет произведен на один оборот вокруг Земли с посадкой на территории Советского Союза на линии Ростов  Куйбышев  Пермь... При выбранной орбите корабля-спутника, в случае отказа системы посадки корабля на Землю, обеспечивается спуск корабля за счет естественного торможения в атмосфере в течение 2-7 суток... Кроме десятисуточного запаса пищи и воды в кабине космонавт снабжен носимым аварийным запасом пищи и воды, рассчитанным на 3 суток...».
 
31 марта 1961 года С.П. Королёв подписал «проект космического корабля-спутника»  все тома за исключением первого. (Только 30 июля 1961 года перед полетом Г.С. Титова первый том был подписан С.П. Королёвым [4]). И это подтверждение того, что он ясно понимал реальный риск.
 
10 апреля, когда ракета с кораблем уже была установлена на старте и готовилась к заправке топливом, на совещании руководства было предложено для повышения надежности вывести резервный комплект средств траекторных измерений из «холодного» резерва и уходить со старта с двумя работающими комплектами. Учитывая сроки старта, возражения против такого предложения выглядели очень серьезно. Но поскольку речь шла о надежности пуска, была создана рабочая группа под началом М.В. Келдыша! Срочно провели необходимые расчеты, и предложение приняли [5]. Это было одно из немногих технических мероприятий, направленных на повышение надежности комплекса. В самом деле, что можно сделать «в последнюю минуту», когда все уже испытано, проверено, подготовлено?
 
10 апреля при взвешивании Ю.А. Гагарина в скафандре с креслом обнаружился перевес в 14 кг. Ночью для облегчения корабля снимали часть аппаратуры и обрезали кабели, которые были задействованы на беспилотных кораблях. Поскольку работы проводились в спешке без анализа схемы бортовой сети, заодно, как оказалось, отрезали один датчик давления и один датчик температуры. В спускаемом аппарате, правда, имелись другие датчики давления и температуры. Хуже было то, что появилась «паразитная» гальваническая связь наземных шин с корпусом спускаемого аппарата.
 
На следующий день, 11 апреля 1961 года, ракета-носитель с космическим кораблем была вывезена на стартовую позицию. Начались предпусковые проверки. В середине дня перед окончанием проверок Ю.А. Гагарин на «нулевой отметке» старта встретился с боевым расчетом, готовившим ракету и корабль к пуску. В это время и обнаружилось, что технологическая шина электропитания, с помощью которой проводились все испытания, связана с корпусом корабля. Эта связь как раз и появилась в результате проведенных внутри спускаемого аппарата работ по снижению веса корабля. При плотном монтаже аппаратуры в СА и в условиях, когда ракета находится на старте найти дефект не представлялось возможным. Положение осложнялось тем, что данная шина мотор-генератора обеспечивала технологическим электропитанием не только космический корабль, но ракету-носитель. Инженеры искали решение и к ночи нашли его: отключиться от мотор-генератора и обеспечить питание технологических шин с помощью аккумуляторов. Королёв утвердил это решение и в течение ночи новая схема была собрана и проверена [6].
 
И вот старт. Первые, самые опасные секунды прошли. Экзотическая схема спасания с сеткой не понадобилась. Но на 156 секунде выведения произошел отказ блока питания антенн системы радиоуправления центрального блока А. Команда на отключение двигателя не прошла. Двигатель отключился на 15 секунд позже положенного по резервному варианту  по временной метке системы управления ракеты-носителя. В результате корабль вышел на более высокую орбиту. Апогей орбиты оказался 327 км вместо расчетных 230 км. Это сразу отменило резервный режим спуска  время существования корабля на данной орбите до спуска за счет естественного торможения составляло около 30 суток. К этому времени космонавт бы погиб. Оставалось надеяться, что тормозная двигательная установка сработает штатно.
 
По команде отделения космического корабля (КК) от ракетыносителя (РН) запускается программно-временное устройство (ПВУ). Начинается цикл «Спуск 1». На 39 минуте цикла включается автоматическая система ориентации (АСО). На 61 минуте проходит команда по подготовке служебных систем. На 64 минуте включаются гироприборы и датчики угловых скоростей (ДУС). На 70 минуте включается тест АСО, который в течение одной минуты фиксирует наличие признака «Готовность АСО к спуску». На 71 минуте при условии прохождения теста АСО (1 минута поддержание ориентации) выполнятся команда «Включение тормозной двигательной установки (ТДУ)». После включения двигателя начинается торможение, скорость которого измеряет интегратор системы управления ТДУ. При достижении скорости 136 м/сек интегратор вырабатывает главную команду (ГК) на выключение двигателя. Расчетное время ГК от момента включения двигателя = 41 сек. Если ГК проходит, включается цикл ПВУ «Разделение». Если ГК не проходит (нужный тормозной импульс не набран), то разделять отсеки нельзя и нужно ждать команду от термодатчиков (штатный, но резервный режим).
 
Первые 2 секунды ТДУ работает нормально. При появлении рабочего давления в камере сгорания должен закрыться обратный клапан наддува камеры (ОКНК). Однако клапан закрывается не полностью, в результате чего горючее после турбонасосного агрегата штатно поступает в камеру сгорания и нештатно через незакрывшийся ОКНК в полость «разделительного мешка» (нужен для предварительного наддува) бака горючего. Попавшее в «разделительный мешок» горючее не могло быть использовано для выработки тормозного импульса, то есть произошла нерасчетная потеря горючего. В результате горючего не хватило на отработку штатного импульса тяги. Прекращение нормальной работы двигателя произошло через 40.1 сек, то есть менее чем за секунду до ГК. Скорость торможения к тому времени достигла 132 м/сек. Главная команда на выключение ТДУ не прошла. Соответственно цикл «Разделение» не запустился. Теперь остается ждать реализации резервного режима разделения по термодатчикам. Следствием этой неполной секунды стал перелет в 600 км и посадка в нерасчетном районе.
 
Но это еще не все. После того как ГК не прошла, арматура ТДУ осталась открытой. По открытым трактам газ наддува и окислитель под давлением 60 атмосфер продолжали поступать в камеру сгорания и в рулевые сопла по тангажу, крену и рысканию. Процесс был произвольным и неконтролируемым. Результирующее возмущающее воздействие на космический корабль привело к его закрутке вокруг центра масс КК (смещен относительно геометрического центра) со скоростью 30 градусов в секунду.
 
Штатная циклограмма спуска нарушилась. Команда на автоматическое разделение спускаемого аппарата (СА) и приборного отсека (ПО) не прошла. Команда на отстрел кабель-мачты поступила от термодатчиков одновременно с командой на отстрел четырех стальных лент, соединяющих спускаемый аппарат и приборный отсек. Ленты отстрелились нормально, однако отстрел кабельмачты не прошел. Причина была в том, что цепи кабелей запитки пиропатронов отстрела кабель-мачты ошибочно были проложены через пироножи лент, которые перерубали кабели лент и кабели пиропатронов отстрела кабель-мачты до прохождения команды на пиропатроны гермоплаты, которая шла с задержкой по отношению к команде «Отстрел лент». То же самое произошло при двух предшествующих пусках беспилотных кораблей. Однако эта ситуация угрозы безопасности космонавта не создавала, С.П. Королёв запретил проводить какие-либо доработки системы разделения, боясь, что переделки внесут опасность новых сбоев [3].
 
Любопытно, что в стремлении максимально обеспечить успех полета Ю.А. Гагарина учитывались даже местные приметы. Так заметили, что когда «Полетное задание» печаталось на финской мелованной бумаге, пуски были аварийными. Когда использовали отечественную, отдающую желтизной, пуск Белки и Стрелки прошел отлично. Потом опять использовали мелованную бумагу  вновь аварийные пуски. В марте 1961 года финская бумага кончилась, и вновь пуски оказались успешными. Когда готовили «Полетное задание» к первому пилотируемому старту, учли эту «статистику», не стали рисковать [7].
 
Задача обеспечения и оценки надежности решается, во-первых, многократными испытаниями важнейших элементов комплекса (двигатели, системы раскрытия антенн, отделение корабля от носителя, разделение отсеков, система приземления и т.п.), а также летно-конструкторскими испытаниями комплекса в целом [8], так и расчетом надежности. Получаемый численный показатель надежности, который фиксируется в документах, оказывается априорной оценкой. Реальная степень надежности продолжает меняться под воздействием факторов и условий подготовки комплекса к старту. При этом надежность повышается редко, как в случае с группой М.В. Келдыша по средствам тракторных измерений на участке выведения космического корабля на орбиту. Чаще встречаются противоположные ситуации, ярким примером которых является срезание кабелей на подготовленном к полету космическом корабле без анализа бортовой сети. Конечно, на такой анализ просто не было времени, поскольку процесс подготовки изделия к старту не только был запущен, но и близился к завершению. Однако, когда вопрос надежности является действительно приоритетным, надо отменять старт и выполнять необходимые работы, как полагается. Но в апреле 1961 года речь шла о приоритете политическом, даже историческом. Поэтому проблема надежности неизбежно отошла на второй план. И это было понятно как С.П. Королёву, так и Ю.А. Гагарину. Ответственность за «колебания» показателя надежности С.П. Королёв принял на себя. Так надежность, личная ответственность и мужество слились в нетехническую характеристику, не измеримую и не представимую численно, но без которой не бывает Побед.
 
Литература
 
[1] Оргкомитет по подготовке и проведению празднования в 2011 году 50-летия полета в космос Ю.А. Гагарина. Прессбюллетень. 2010. № 1 (июль-август). С. 27.
 
[2] Молодцов В.В. Проектирование корабля «Восток» // Юбилейный сборник докладов. Материалы юбилейных общественнонаучных чтений, посвященных памяти Ю.А. Гагарина. Гагарин, 2010. С. 76.
 
[3] Благов В.Д. Особенности полета Ю.А. Гагарина // Юбилейный сборник докладов. Материалы юбилейных общественнонаучных чтений, посвященных памяти Ю.А. Гагарина. Гагарин, 2010. С. 114-115, 120.
 
[4] Решетин А.Г. Решение проблемы полета в атмосфере спускаемого аппарата «Восток» с Ю.А. Гагариным // Юбилейный сборник докладов. Материалы юбилейных общественно-научных чтений, посвященных памяти Ю.А. Гагарина. Гагарин, 2010. С. 96.
 
[5] Белостоцкая К.К. Роль ОКБ МЭИ в создании и обеспечении полётов первых пилотируемых космических кораблей // Юбилейный сборник докладов. Материалы юбилейных общественно-научных чтений, посвященных памяти Ю.А. Гагарина. Гагарин, 2010. С. 172.
 
 [6] Филин Б.Н. Подготовка корабля «Восток» Ю.А. Гагарина на полигоне // Юбилейный сборник докладов. Материалы юбилейных общественно-научных чтений, посвященных памяти Ю.А. Гагарина. Гагарин, 2010. С. 113.
 
[7] Воспоминания инженера-испытателя Н.Л. Семёнова о событиях на космодроме, предшествовавших запуску первого пилотируемого космического корабля // Человек. Корабль. Космос. Сборник документов к 50-летию полета в космос Ю.А. Гагарина. М.: Новый Хронограф, 2011. С. 534-535.
 
[8] Материалы к докладу С.П. Королёва к заседанию Госкомиссии по запуску корабля-спутника с человеком на борту. 29 марта 1961 г. // Первый пилотируемый полет. Сборник документов в двух книгах / Под ред. В.А. Давыдова. Кн. 1. М.: «Родина МЕДИА», 2011. С. 360-370.
 
Источник:"Наука и техника: Вопросы истории и теории" Тезисы XXXII международной годичной конференции Санкт-Петербургского отделения Российского национального комитета по истории и философии науки и техники РАН (28 ноября-2 декабря 2011 г.)  Выпуск XXVII, Санкт-Петербург 2011 год.