Ракетостроение и космонавтика

В 19 в. в русской армии с успехом применялись боевые пороховые ракеты (А. Д. Засядко, К. И. Константинов и др.). С сер. 19 в. отечественные изобретатели и конструкторы начали работать над возможностью применения принципа реактивного движения к летательным аппаратам (И. И. Третеский, Н. М. Соковнин, Н. А. Телешев). В их проектах аппараты нуждались в атмосфере как в опорной среде и предназначались лишь для полётов в низших её слоях.

Совершенно на ином принципе был основан летат. аппарат Н. И. Кибальчича: подъёмная сила создавалась при помощи порохового ракетного двигателя, действие к-рого практически не зависело от состава окружающей среды. Предложенный им «воздухоплавательный прибор» (1881) был, по существу, первым в России проектом ракетного летат. аппарата, принципиально пригодного для полётов в безвоздушном пространстве.

Первым, кто научно доказал возможность использования реактивного движения для полётов в космосе, был К. Э. Циолковский. В статье «Исследование мировых пространств реактивными приборами» (1903) и в последующих работах он обосновал реальность технич. осуществления космич. полётов, указал пути развития ракетостроения и космонавтики, дал схемы жидкостных ракет и ракетных двигателей (ЖРД). Высказанные Циолковским технич. идеи находят применение при создании совр. ракетных двигателей, ракет и др. космич. аппаратов. Помимо работ Циолковского, вопросам теории реактивного движения были посвящены исследования Н. Е. Жуковского (с 1882), И. В. Мещерского (с 1897) и др. учёных. К кон. 19 в. в России было предложено св. 10 проектов реактивных летат. аппаратов (Ф. Р. Гешвенд, А. П. Фёдоров и др.).

После Окт. революции 1917 экспериментальные работы в области ракетной техники стали проводиться с 1921 в Газодинамической лаборатории (ГДЛ), в к-рой создавались и с 1928 испытывались в полёте ракеты на бездымном порохе (Н. И. Тихомиров, В. А. Артемьев, Г. Э. Лангемак, Б. С. Петропавловский), а с 1929 начаты работы по электрич. и жидкостным ракетным двигателям (В. П. Глушко). В 1926-29 Циолковский дополнил свои исследования по космонавтике; проблемой динамики ракетного полёта занимался В. П. Ветчинкин; мн. вопросы теории космич. полёта и ракетостроения нашли новое решение в трудах Ю. В. Кондратюка (1919-29); разработкой межпланетных полётов и проектированием космич. летат. аппаратов занимался Ф. А. Цандер (1924-33). В 1932 в Москве была создана Группа изучения реактивного движения (ГИРД), осуществившая под рук. С. П. Королёва в 1933 первые пуски сов. жидкостных ракет конструкции М. К. Тихонравова и Цандера. В кон. 1933 на базе ГДЛ и ГИРД был основан Реактивный институт научно-исследовательский (РНИИ), в к-ром развернулась широкая программа исследований, завершившаяся созданием мн. экспериментальных управляемых и неуправляемых баллистич. и крылатых ракет с жидкостными, твёрдотопливными, гибридными и комбиниров. ракетными двигателями, а также воздушно-реактивных двигателей. В 1937-39 была завершена проводившаяся в ГДЛ разработка твёрдо-топливных реактивных снарядов (Лангемак, Артемьев, И. Т. Клейменов и др.); были созданы многозарядные самоходные пусковые установки с этими снарядами -«Катюши» (И. И. Гвай, В. Н. Галковский, А. П. Павленко и др.) и изготовлены их опытные образцы. В предвоен. годы в Сов. Союзе сформировались осн. направления в ракетостроении: создание ракет на жидких топливах (низкокипящих и высококипящих) и твёрдом топливе. В период Великой Отечеств, ^войны 1941-45 был создан серийный образец «Катюши» и разработан ряд новых типов пусковых установок для Сов. Армии и ВМФ (В. П. Бармин, В. А. Рудницкий, А. Н. Васильев и др.); велись также работы по созданию жидкостных ракетных ускорителей для серийных боевых самолётов (Глушко, Королёв).

Совр. ракетостроение фактически создано в годы первых послевоен. пятилеток (1946-55). Необходимость развития этой отрасли техники и произ-ва отмечалась на 1-й сессии Верх. Совета СССР 2-го созыва в марте 1946. Разработку образцов ракет нового типа приходилось вести одновременно с решением многих организац. задач. Наряду с расширением и реконструкцией действующих з-дов был построен ряд крупных НИИ, КБ, заводов, полигонов, были привлечены ин-ты АН СССР, ЦАГИ и др. науч. центры.

В короткие сроки, используя отечеств, и зарубежный опыт, была создана и 10 окт. 1948 успешно стартовала первая советская управляемая баллистич. ракета с дальностью ок. 300 км (Р-1)- В кон. 40-х гг. над вопросами проектирования и изготовления ракет работали 13 НИИ и КБ, 35 заводов. На базе Р-1 было разработано неск. вариантов высотных н.-и. геофизич. ракет. С 1949 начала осуществляться последоват. программа изучения верхних слоев атмосферы с помощью зондирующих ракет, получивших назв. «академических». Организованная при Президиуме АН СССР Комиссия (председатель А. А. Благонравов) определила содержание этой программы и руководила практич. мероприятиями по её реализации. В 1951 состоялся первый запуск спец. вертикально стартующей зондирующей ракеты. В полёте впервые участвовали живые существа (две подопытные собаки). В этом же году созданы метеорологич. ракеты типа МР-1. Планомерное изучение верхней атмосферы Земли стало первым шагом на пути подготовки комплекса исследований космич. пространства и его освоения; для этих целей применялись ракеты 1РА-Е, В2А, В5В и др.

В связи с развернувшимися в нач. 50-х гг. работами по созданию межконтинентальных баллистич. ракет (МБР) и ракет-носителей (РН) 15 мая 1955 было принято решение о стр-ве космодрома Байконур - одного из крупнейших космодромов Сов. Союза. 21 авг. 1957 прошла испытание первая в мире МБР (Р-7), а 4 окт. того же года модифицированным вариантом этой ракеты был запущен первый искусств, спутник Земли (ИСЗ) - началась космич. эра. Запуск первого ИСЗ показал, что выбраны правильные пути решения таких проблем космич. полёта, как создание ракетных двигателей, систем управления и автоматики РН, баллистики полёта. Принципиальным достижением сов. космонавтики явилось получение первой космич. скорости (ок. 8 км/сек). На 2-м ИСЗ (выведен на орбиту 3 нояб. 1957) впервые в космосе были проведены биологич. исследования, а также исследования космич. лучей и коротковолновой радиации Солнца. Возникла новая область науки - космич. физика. 15 мая 1958 запущен 3-й ИСЗ - первая автоматич. науч. станция. Впервые проведены прямые измерения магнитного поля Земли, мягкой корпускулярной радиации Солнца, хим. состава и давления атмосферы, электронной концентрации ионосферы, плотности распределения метеорного вещества вокруг Земли. В качестве источника энергии впервые в СССР применены солнечные батареи.

После запусков первых ИСЗ и начавшегося развития исследований околоземного космич. пространства одним из важнейших шагов космонавтики явилась подготовка к осуществлению полётов человека в космос (с этой целью с 15 мая 1960 по 25 марта 1961 на орбиту вокруг Земли было выведено 5 кораблей-спутников). 12 апр. 1961 - день первого космич. полёта Ю. А. Гагарина на корабле «Восток», начало эпохи непосредств. проникновения человека в космос. С каждым последующим полётом увеличивалась их продолжительность, возрастал и объём работ, выполнявшихся космонавтами. Суточный полёт вокруг Земли совершил Г. С. Титов, трое суток продолжался совместный групповой полёт космонавтов А. Г. Николаева и П. Р. Поповича.

В июне 1963 были совершены многосуточные полёты В. Ф. Быковского и первой женщины-космонавта В. В. Терешковой. Одновременно велись работы по созданию многоместного корабля «Восход», первые испытания к-рого (окт. 1964) провели В. М. Комаров, К. П. Феоктистов, Б. Б. Егоров. В марте 1965 на орбиту выведен корабль «Восход-2», пилотируемый П. И. Беляевым и А. А. Леоновым, совершившими первый эксперимент по выходу человека в космос. Необходимость тщательной отработки техники маневрирования в космосе привела к созданию космич. аппаратов, способных совершать заданный манёвр (помимо посадки). Запуски таких аппаратов («Полёт-1» и «Полёт-2») осуществлены в 1963-64. Развитие космич. техники на всех этапах опиралось на исследования в области механики космич. полёта и прикладной небесной механики. Выполнены исследовательские работы по динамике движения космич. аппаратов, навигации и управлению, баллистич. проектированию. Проведено уточнение ряда астрономич. постоянных по данным наземных наблюдений за движением спутников.

Полёты космич. ракет к Луне и планетам Солнечной системы в СССР начаты 2 янв. 1959, когда первая автоматич. межпланетная станция (АМС) вышла из поля тяготения Земли, прошла на расстоянии ок. 7500 км от поверхности Луны и вышла на орбиту вокруг Солнца, став его первым искусств, спутником. Впервые была достигнута вторая космич. скорость (ок. 11, 2 км/сек). На 1 янв. 1977 выведено в космос 24 АМС серии «Луна», с помощью к-рых впервые получены фотографии обратной стороны Луны, совершена первая мягкая посадка, переданы панорамы поверхности, создан первый искусств, спутник Луны, трижды доставлены на Землю образцы лунного грунта, а на Луну - самоходные аппараты «Луноход-1» и «Луноход-2». С помощью АМС, запускаемых в сторону Венеры (с 1961) и Марса (с 1962), а также аппаратов серии «Зонд» (1964-70) собран обширный материал, необходимый для обеспечения надёжности, конструирования и управления АМС и их радиосвязи с Землёй в дальних и продолжит, полётах. На станции «Зонд-2» в системе ориентации испытаны электроракетные плазменные двигатели. На АМС «Зонд-3, -6, -7, -8» были получены высококачеств. изображения лунной поверхности. АМС «Марс-2» и «Марс-3» выполнили ряд науч. исследовании космич. пространства на трассе Земля - Марс, Марса и околопланетного пространства с орбиты искусств, спутника планеты. Отделившаяся от «Марса-2» капсула впервые достигла этой планеты, а спускаемый аппарат «Марса-3» совершил мягкую посадку и передал сигналы с её поверхности. В 1973 впервые полёт по межпланетной трассе одновременно совершили 4 АМС; станция «Марс-5» стала 3-м сов. искусств, спутником Марса, а АМС «Марс-6» достигла его поверхности.

Крупные успехи получены в изучении Венеры. Наземные наблюдения планеты велись регулярно, но осн. характеристики её атмосферы, поверхности и облачного слоя оставались неизвестными. С появлением космич. аппаратов открылись новые возможности: АМС «Венера-4» (1967) впервые провела прямые исследования атмосферы планеты (создана модель атмосферы), «Венера-5» и «Венера-6» (1969) вновь произвели зондирование венериаяской атмосферы, что позволило уточнить её физико-химич. характеристики. В 1970 «Венера-7» совершила первую мягкую посадку на планету и передала информацию с её поверхности. В эксперименте на «Венере-8», опустившейся на освещённой Солнцем стороне, впервые была решена задача исследования венерианского грунта в районе посадки, определения физ. характеристик поверхностного слоя и распределения освещённости по высоте. С помощью АМС «Венера-9» и «Венера-10» получены первые телевиз. изображения поверхности и выведены первые искусств, спутники Венеры. Интенсивные исследования Венеры, Марса и Луны заложили основы новой науки - сравнительной планетологии.

Сов. учёные провели исследования околоземного космич. пространства многими ИСЗ серии «Космос» (запускаемыми с 16 марта 1962), при помощи космич. системы «Электрон» (1964), тяжёлых спутников серии «Протон» (1965-68) и высокоапогейных спутников «Прогноз» (с 1972). Одной из задач, к-рые возлагались на первые спутники серии «Космос», являлось изучение космич. пространства с точки зрения радиац. опасности для полётов человека. На основании проведённых измерений потоков заряженных частиц подробно изучена трасса полётов космич. кораблей и построены радиац. карты для различных высот. Выполнен цикл исследований ионосферы, получены данные об ионной и электронной концентрации, темп-ре ионов и электронов. Эти данные имели большое значение для изучения свойств ионосферной плазмы и вопросов связи между космич. кораблями. В течение длит, времени ведётся изучение галактич. и солнечных космич. лучей, их энергии и др. параметров в окрестности Земли. Проводятся исследования инфракрасного и ультрафиолетового излучения Земли, необходимые для решения ряда геофизич. вопросов, а также для отработки систем ориентации спутников. Осуществлён ряд запусков по программе мировой магнитной съёмки. Комплекс космич. и геофизич. исследований, выполненных с применением средств ракетно-космич. техники, вызвал интенсивное развитие нового науч. направления - физики солнечно-земных связей, занимающейся изучением механизмов воздействия Солнца на процессы в околоземном космич. пространстве, атмосфере и биосфере Земли.

В сер. 60-х гг. начата разработка многоместных пилотируемых космич. кораблей-спутников «Союз», предназначенных для маневрирования, сближения и стыковки на орбите ИСЗ. С 1967 на орбиты выведено 23 корабля «Союз», в т. ч. 21 с космонавтами. Новый этап в развитии космонавтики начался с 19 апр. 1971, после запуска первой тяжёлой орбитальной станции «Салют». Их создание и эксплуатация позволяют проводить длит. эксперименты в космосе с участием специалистов и решать важные нар.-хоз. и науч. задачи. На 1 янв. 1977 полёты совершили 38 сов. космонавтов на 30 кораблях (один полёт суборбитальный) и 4 орбитальных станциях типа «Салют». Мн. космонавты совершили по два полёта, а В. А. Шаталов и А. С. Елисеев - по три.

Для выполнения сов. космич. программы создано неск. типов 2-, 3- и 4-ступенчатых РН различной грузоподъёмности (от неск. сотен кг до десятков т на околоземной орбите): «Восток» (эксплуатируется с 1960), «Космос» (с 1962), «Протон» (с 1965) и др., запускаемых с неск. космодромов Сов. Союза. Эти РН эксплуатируются в различных модификациях.

Для сообщения РН космич. скоростей разработаны мощные ЖРД с уменьшенными габаритами. Их создание стало возможным благодаря реализации в камерах сгорания повыш. давлений за счёт использования принципиальных схем, практически исключающих потери на привод турбонасосных агрегатов. Разработка РН и ЖРД способствовала развитию термо-, гидро- и газодинамики, теории теплопередачи и прочности, металлургии высокопрочных и жаростойких материалов, химии топ лив, измерит, техники, вакуумной и плазменной технологии.

Требования космич. программы обусловили необходимость конструирования комплексных автоматич. устройств при жёстких ограничениях, вызванных грузоподъёмностью РН и окружающими условиями космич. пространства, что явилось дополнит, стимулом для развития совершенно новой отрасли техники - микроэлектроники и создания лёгких электронных систем. Новые методы компоновки электронной аппаратуры, миниатюризации габаритов, массы и потребления энергии этой аппаратурой были развиты для её использования в космосе. Быстрый прогресс теории управления способствовал решению сложнейших проблем динамики полёта, стабилизации ракеты. Были созданы разнообразные комплексы систем автоматич. регулирования, ультраточные гироскопич. и гироинерциальные системы с применением цифровых и аналоговых управляющих машин. К достижениям космич. техники относятся также системы, обеспечивающие ориентацию с весьма высокой точностью космич. аппаратов, системы жизнеобеспечения, комплекс средств мягкой посадки, солнечные батареи и др. Потребности в связи и дистанц. управлении на больших расстояниях привели к развитию высококачеств. и высокоточных систем связи, к-рые способствовали развитию технич. методов прослеживания и измерения движущихся космич. аппаратов на межпланетных расстояниях, открыв новые области применения ИСЗ. Сов. учёные впервые разработали системы космич. телевидения и космич. связи. Высокоинформативные телеметрич. системы позволяют надёжно контролировать работу космич. аппаратов и передачу науч. информации с их борта на Землю.

Большое практическое значение имеют ИСЗ в нар. х-ве. С помощью спутников связи «Молния-1» (запускаются с 1965), «Молния-2» (с 1971), «Молния-1С», «Молния-3» (с 1974), «Радуга» (с 1975), телевиз. спутника «Экран» (с 1976) и сети наземных приёмных станций «Орбита» осуществляются передачи телевидения и многоканальная радиосвязь, успешно установлена междунар. телеф. связь. Создана спец. система приёма, оперативной обработки и распространения поступающей метеорологич. информации («Метеор»). Практич. использование космич. техники включает также географич., геологич. и геофизич. исследования, поиски полезных ископаемых, использование спутников для контроля за уровнем загрязнения атмосферы, Мирового океана, для навигации, сельского, лесного х-ва и т. д.

С 1957 развивается междунар. сотрудничество в области космич. исследований. В 1966 для координации деятельности различных министерств и ведомств по разработке и выполнению междунар. программ решением Сов. пр-ва был создан Совет по междунар. сотрудничеству в области исследования и использования космич. пространства при АН СССР («Интеркосмос»). Наиболее крупные программы совместных работ СССР осуществляет со странами социалистич. содружества, а также с Францией, США, Индией и др. В 1969-76 запущено 16 спутников серии «Интеркосмос». Св. 10 франц. и сов.-франц. науч. экспериментов было выполнено на сов. космич. аппаратах типа «Луноход», «Марс», «Прогноз» и «Ореол». В апр. 1975 сов. РН был запущен индийский спутник «Ариабата». В июле 1975 был проведён первый междунар. эксперимент с участием пилотируемых кораблей СССР и США по программе ЭПАС («Союз-Аполлон»), к-рый явился важным шагом в развитии междунар. сотрудничества в исследовании и использовании космич. пространства в мирных целях. На основе договорённости, достигнутой в 1976, в 1978-83 граждане социалистич. стран, участвующих в программе «Интеркосмос», совершат полёты совместно с сов. космонавтами на сов. космич. кораблях и орбитальных станциях.

В разработке и реализации программы изучения околоземного космич. пространства, Луны и планет Солнечной системы участвуют мн. науч. учреждения АН СССР - Физ. ин-т им. П. Н. Лебедева, Ин-т прикладной математики, Ин-т земного магнетизма, ионосферы и распределения радиоволн, Физико-технич. ин-т им. А. Ф. Иоффе, Ин-т проблем управления, а также созданный в 1965 Ин-т космич. исследований АН СССР. Выдающийся вклад в разработку теоретич. проблем космонавтики, в решение принципиальных вопросов, касающихся реализации сов. космич. программы, в создание новых методов и средств исследования космич. пространства внёс М. В. Келдыш. Пионером освоения космоса стал С. П. Королёв. В 1957 под его рук. был создан первый ракетно-космич. комплекс и запущен первый ИСЗ. Не ограничивая свою деятельность созданием РН и космич. аппаратов, Королёв осуществлял общее технич. руководство работами по первым космич. программам и стал инициатором развития ряда прикладных научных направлений, обеспечивающих дальнейший прогресс в создании РН и космич. аппаратов.

Большое значение для разработки средств изучения околоземного космич. пространства имела деятельность виднейшего конструктора космич. аппаратов и ракетно-космич. систем М. К. Янгеля. Он и руководимый им коллектив внесли существенный вклад в развитие и создание базы междунар. сотрудничества социалистич. стран в области спутниковых исследований. Разработка АМС серий «Луна», «Венера», «Марс», начатая под рук. Королёва, была успешно продолжена Г. Н. Бабакиным, создавшим последующие конструкции этих сложнейших космич. автоматов. Становление и развитие отечественного жидкостного ракетного двигателестроения, создание силовых установок совр. космич. ракет связано с именем одного из пионеров ракетно-космич. техники В. П. Глушко. Мощные ЖРД, разработанные под его руководством, применяются на всех сов. РН.

В создание ЖРД космич. станций и кораблей большой вклад сделан А. М. Исаевым, ЖРД верхних ступеней РН - С. А. Косбергом, систем управления многих РН - Н. А. Пилюгиным, стартовых комплексов многих РН - В. П. Барминым. Для развития и совершенствования космич. техники важное значение имеют работы В. Н. Челомея.

Значит, вклад в разработку и реализацию сов. космич. программы внесён также учёными Ю. А. Ишлинским, Б. Н. Петровым, Г. И. Петровым и др.; в изучение Луны и планет - А. П. Виноградовым; в осуществление программы медико-биологич. космич. исследований - В. В. Париным, Н. М. Сисакяном, О. Г. Газенко и др.

О масштабах работ, ведущихся по космонавтике в СССР, можно судить по количеству запущенных искусств, спутников Земли, Солнца, Луны, Марса и Венеры, число к-рых на 1 янв. 1977 составило ок. 1100.

Периодич. издания. Теоретич. работы в области космич. физики и астрономии, биологии и медицины, описания приборов для космич. исследований и конструкций космич. аппаратов публикуются в науч. журналах АН СССР «Космические исследования» (с 1963), в «Вестниках АН СССР» (с 1931), вопросы космич. науки и техники - в журналах «Земля и Вселенная» (с 1965), «Природа» (с 1912), «Авиация и космонавтика» (с 1918) и др.

См. также Космонавтика, «Луна», «Марс», «Венера», «Восток», «Восход», «Союз», «Салют», «Молния», «Орбита», Лунный самоходный аппарат, ЭПАС, Космодром. Б. В. Раушенбах, Г. А. Назаров.