Шаг в бездну

«Летая в космосе, нельзя не выходить в космос, как, плавая, скажем, в океане, нельзя бояться упасть за борт и не учиться плавать… Космонавт, вышедший в космос, должен уметь выполнить все необходимые ремонтно-производственные работы, вплоть до того, чтобы произвести нужную там сварку… Это не фантастика — это необходимость, и чем больше люди будут летать в космосе, тем больше эта необходимость будет ощущаться». Эти слова, произнесенные легендарным Главным конструктором Сергеем Павловичем Королевым в самом начале космической эры, были безусловно пророческими. С тех пор в открытом космосе поработали уже десятки людей, которым много раз пришлось убедиться в справедливости этих слов.

Без права на ошибку

Первый шаг на пути освоения открытого космического пространства был сделан ровно 40 лет назад — 18 марта 1965 года, когда летчик-космонавт Алексей Архипович Леонов первым из землян вышел за пределы космического корабля. На этом этапе освоения космоса смельчаки, дерзнувшие покинуть уютную земную поверхность, могли надеяться только на себя и улетевшую вместе с ними технику.

 

 

Никаких систем спасения в космосе тогда не было — нельзя было пристыковаться, невозможно было и, выйдя из одного корабля, перейти через безвоздушное пространство в другой, спасательный. Технику делали максимально надежной и старались все предусмотреть, но чрезвычайные ситуации все равно случались. Для обеспечения безопасности и повышения эффективности длительных полетов надо было разрабатывать систему спасения и организовывать возможность выхода космонавтов за борт корабля. О такой возможности мечтал еще Константин Эдуардович Циолковский, первым предложивший использовать для выхода в открытый космос специальную шлюзовую камеру.

К выходу в открытое безвоздушное пространство готовились и в США, и в СССР, но первым осуществить эту беспрецедентную по тем временам задачу удалось советским ученым. После того как на орбите побывало 6 одноместных космических кораблей «Восток» (в том числе в июне 1963 года «Восток6» с первой женщиной-космонавтом Валентиной Терешковой), конструкторское бюро под руководством С.П. Королева приступило к созданию нового трехместного корабля «Восход». Одновременно с подготовкой полета экипажа из трех человек (его осуществили 12—13 октября 1964 года В. Комаров, К. Феоктистов и Б. Егоров) на базе «Восхода» было решено создать двухместный корабль для выхода человека в открытое безвоздушное пространство. При этом освободившееся после удаления третьего кресла пространство использовали для надевания скафандра и организации входа в шлюзовую камеру, который был врезан в основной люк корабля.

Поначалу предполагалась «постановка эксперимента по разгерметизации контейнера с заключенным в нем животным, находящимся в скафандре. После разгерметизации животное будет выдвинуто (или совершит самостоятельный выход) из космического корабля с последующим возвратом в корабль и приземлением совместно с кораблем». Но от такого шага решили отказаться, и не только потому, что эксперимент с животным потребовал бы разработки специального скафандра и другого сложного оборудования. Выход в открытый космос животного не дал бы ответа на главный вопрос: сможет ли человек ориентироваться и двигаться в столь необычной обстановке — ведь животное не предупредишь о том, что его ждет, и оно не расскажет потом о своих впечатлениях и ощущениях.

Проектная группа конструкторского бюро получила задание — разработать технические средства, обеспечивающие выход человека из космического корабля «Восход». Для этого специалисты проанализировали несколько вариантов выхода. Проще всего было использовать люк, который служил для посадки экипажа в корабль. Но потери воздуха при этом были бы слишком велики, и многие приборы в кабине корабля пришлось бы загерметизировать.

В результате проработки различных технических решений предпочтение было отдано варианту со шлюзовой камерой, которая представляет собой небольшое изолированное со всех сторон пространство, где временно находится одетый в скафандр космонавт, пока постепенно выпускается весь окружающий его воздух, после чего открывается люк наружу. Возвращение в корабль происходит в обратном порядке — закрытая изнутри и снаружи шлюзовая камера наполняется воздухом, после чего открывается внутренний люк и космонавт оказывается внутри корабля.

Сама камера была надувной и располагалась вне жесткого корпуса космического корабля. При выходе на орбиту в свернутом виде она помещалась под обтекателем корабля. А после выхода в космос перед спуском на Землю основную ее часть отстреливали и корабль входил в плотные слои атмосферы почти в обычном виде — имея лишь небольшой нарост в области входного люка. Проведенные заранее испытания на «Космосе-110» показали, что баллистика спускаемого отсека из-за остатков шлюзовой камеры не пострадала. Если бы «отстрел» камеры по каким-нибудь причинам не состоялся, то экипажу предстояло снова облачиться в скафандры и, разгерметизировав корабль и высунувшись в люк, вручную обрезать мешающую спуску на Землю шлюзовую камеру.

«Выходной костюм»

Понятно, что для выживания в условиях вакуума нужна была специальная одежда, за ее разработку взялось НПО «Звезда». В первые полеты космонавты отправлялись в спасательных скафандрах СК-1, весящих всего 30 кг, с автономным обеспечением кислородом на случай какой-нибудь аварии и так называемой положительной плавучестью — на случай, если вместо приземления произойдет приводнение. Но для выхода в космос и активной работы там были нужны принципиально другие «костюмы», с более мощной системой жизнеобеспечения, терморегуляции и защиты от солнечной радиации и космического холода.

Скафандр «Беркут», в котором тренировались и выходили в открытый космос космонавты, существенно отличался от того, в котором летали на «Востоках». Для повышения надежности ввели дополнительную резервную герметичную оболочку. Верхний комбинезон сшили из многослойной металлизированной ткани — экранно-вакуумной изоляции. По сути он представлял собой термос, состоящий из нескольких слоев пластиковой пленки, покрытой алюминием. Прокладки из экранно-вакуумной изоляции монтировались также в перчатки и в обувь. Наружная одежда предохраняла космонавта и от возможных механических повреждений герметичной части скафандра, так как шилась она из очень прочных искусственных тканей, не боящихся высоких и низких температур. Скафандр заметно потяжелел — добавила веса и система жизнеобеспечения. Она размещалась в наспинном ранце и включала кроме системы вентиляции еще два 2-литровых баллона с кислородом. На корпусе ранца крепился штуцер для их заправки и окошко манометра для контроля за давлением. На случай нештатной ситуации в шлюзовой камере имелась резервная кислородная система, соединяемая со скафандром при помощи шланга.

Общий вес «выходного костюма» приблизился к 100 кг, и во время земных тренировок космонавтам приходилось ездить в своеобразном «бегунке», поддерживающем жесткую часть скафандра. Но в невесомости масса скафандра не играла существенной роли. Гораздо больше помех создавало давление воздуха, заполнявшего герметичную оболочку, делая скафандр жестким и неподатливым. Космонавтам приходилось с усилием преодолевать сопротивление собственного облачения. Алексей Леонов вспоминал: «Для того, например, чтобы сжать кисть руки в перчатке, требовалось усилие в 25 килограммов». Поэтому во время подготовки к полету физической форме придавалось особое значение: космонавты совершали ежедневные кроссы или лыжные пробежки, усиленно занимались гимнастикой и тяжелой атлетикой.

Цвет скафандра также изменился: чтобы лучше отражать солнечные лучи, он из оранжевого стал белым. На шлеме появился светофильтр, защищающий от яркого солнечного света. Словом, современный скафандр — это настоящее чудо техники и, по твердому мнению конструкторов, — «машина посложнее автомобиля».

Наземные тренировки

Одновременно с началом доработки корабля «Восход» к подготовке к полету приступили два экипажа космонавтов: Алексей Леонов с Павлом Беляевым и их дублеры — Виктор Горбатко и Евгений Хрунов. Леонов вспоминал: «В конце 1963 года мы посетили опытно-конструкторское бюро Королева, где изготавливались корабли и мы изучали космическую технику. Нас встретил Сергей Павлович, провел в цех и показал макет корабля «Восход», снабженного какой-то странной камерой. Заметив наше удивление, он сказал, что это шлюз для выхода в свободное космическое пространство. Сергей Павлович предложил мне облачиться в скафандр и попробовать выполнить эксперимент. После двухчасовой работы, во время которой мне пришлось изрядно потрудиться, я высказал Королеву свои соображения. Помню, сказал, что выполнить задание можно, надо только все хорошо продумать».

Во время тренировок для более свободного владения своим телом космонавты выполняли специальный комплекс физических упражнений, прыгали с высоты в воду, тренировались на батуте, спускались на парашюте, проводили занятия на специальном устройстве — свободно вращающейся «скамье Жуковского». Работа на тренажерах, имитирующих безопорное пространство, должна была помочь космонавтам увереннее чувствовать себя в открытом космосе.

Тренировались космонавты и в условиях настоящей невесомости, но лишь кратковременно — в летящем по особой траектории самолете. «Десятки раз, — вспоминает Леонов, — мы поднимались в воздух и в короткие отрезки времени шаг за шагом оттачивали все детали по выходу в открытый космос и по входу в кабину космического корабля». Для этого в просторном салоне самолета ТУ-104 был установлен макет кабины «Восхода-2» со шлюзовой камерой в натуральную величину. Самолет разгонялся, пикируя вниз, и круто уходил вверх, выполняя фигуру высшего пилотажа «горка», во время которой и наступала невесомость. «Качество» получающейся невесомости при этом всецело зависело от мастерства пилота, который, опираясь только на данные собственного вестибулярного аппарата, заставлял самолет лететь точно по параболе, имитируя свободное падение. При каждом таком маневре невесомость длилась чуть больше 20 секунд, и за это время космонавтам нужно было выполнить запланированную часть тренировки. За 1,5 часа полета самолета делалось 5 таких «горок», и в общей сложности набиралось около 2 минут невесомости.

Составляющие успеха

До момента первого выхода человека в открытый космос высказывались противоречивые предположения. Одни утверждали, что космонавт может «привариться» к кораблю. И такие опасения, основанные на известных опытах по холодной сварке в вакууме, высказывались вполне серьезно, хотя в значительной степени они были сняты испытаниями в термобарокамере. Другие полагали, что человек, лишенный привычной опоры, не сумеет сделать за бортом корабля ни одного движения. Третьи считали, что бесконечное пространство вызовет страх у человека и негативно отразится на его психике… Так или иначе, но того, как встретит космос человека, рискнувшего сделать в его пространстве первый шаг, в точности не знал никто, в том числе и Главный конструктор. «Если будет очень трудно, принимайте решение в зависимости от обстановки», — говорил Королев космонавтам. В крайнем случае экипажу разрешалось «ограничиться лишь открытием люка и … выставлением за борт руки».

И здесь необходимо было решить еще одну немаловажную проблему. Заключалась она в том, что при подборе экипажа нужно было учесть не только цели и задачи полета, а также его продолжительность и сложность предстоящей работы, но и индивидуально-психологические особенности космонавтов, основанные на исследованиях психологов. От экипажа космического корабля «Восход-2» требовались особая слаженность и сработанность. Такую сложную задачу, как первый выход человека в открытый космос из кабины корабля через шлюзовую камеру, можно было решить только при полном взаимопонимании, доверии и уверенности друг в друге. При распределении обязанностей между членами экипажа учитывали не столько профессиональную подготовку, сколько индивидуально-психологические качества космонавтов.

Как отмечали специалисты-психологи, для Беляева были характерны воля и выдержка, позволяющие ему не теряться в самых сложных ситуациях, логическое мышление, большая настойчивость в преодолении трудностей при достижении поставленной цели. Леонов же относился к холерическому типу — порывистый, смелый, решительный, он был способен легко развивать кипучую деятельность. Кроме того, будучи наделенным художественным даром, Леонов мог быстро охватывать взором и запоминать целые картины, а затем довольно точно воспроизводить их. Эти два разных по характеру человека хорошо дополняли друг друга, образуя, по выражению психологов, «высокосовместимую группу», которая действительно смогла успешно выполнить сложную программу по выходу в открытый космос и составить подробный отчет о неожиданностях и проблемах, связанных с работой в открытом космосе.

В ходе подготовки к полету старались предусмотреть любые неожиданности, отрабатывались действия в возможных аварийных ситуациях. Например, очень тщательно было проработано поведение командира экипажа на тот случай, если с вышедшим в открытый космос вторым членом команды произошло непредвиденное и командиру пришлось оказывать ему помощь. Кроме того, обрести необходимую уверенность и спокойствие экипажу помогал большой опыт летной работы. «Мы рассуждали так: на самолетах мы летали, с парашютами прыгали, следовательно, не может быть, чтобы психологический барьер оказался для нас серьезным препятствием», — вспоминал А. Леонов.

Человек за бортом

18 марта 1965 года «Восход-2» с космонавтами Павлом Беляевым и Алексеем Леоновым успешно стартовал с космодрома Байконур. Сразу же после подъема на орбиту, уже в конце первого витка, экипаж стал готовиться к выходу Леонова в открытый космос. Беляев помог надеть ему ранец индивидуальной системы жизнеобеспечения с запасом кислорода, затем наполнил шлюзовую камеру воздухом, нажал кнопку и люк, соединяющий кабину корабля со шлюзовой камерой, открылся. Леонов «вплыл» в шлюзовую камеру, Беляев закрыл люк в камеру и начал ее разгерметизацию, затем нажал на кнопку и открыл люк камеры. Оставалось сделать последний шаг…

Алексей Леонов мягко оттолкнулся от корабля, осторожно подвигал руками и ногами. Движения выполнялись сравнительно легко, и он, раскинув руки, как крылья, стал свободно парить в безвоздушном пространстве высоко над Землей, при этом 5-метровый фал надежно связывал его с кораблем. С борта корабля за Леоновым постоянно следили две телевизионные камеры (и хотя их разрешающая способность была невысока, потом на Земле был смонтирован вполне приличный фильм о первом выходе землянина в открытый космос).

Беляев передал на Землю: «Человек вышел в космическое пространство!» Леонов отлетел от корабля примерно на метр, затем снова вернулся к нему. Прямо внизу проплывало Черное море, Леонов смог разглядеть идущий далеко от берега корабль, ярко освещенный Солнцем. Когда пролетали над Волгой, Беляев подключил телефон в скафандре Леонова к передаче Московского радио — Левитан читал сообщение ТАСС о выходе человека в открытый космос.

Пять раз космонавт улетал от корабля и возвращался. Все это время в скафандре поддерживалась «комнатная» температура, а его наружная поверхность разогревалась на солнце до +60° и охлаждалась в тени до –100°С.

Когда Леонов увидел Иртыш и Енисей, ему поступила команда Беляева возвращаться в кабину, но сделать это оказалось непросто. Дело в том, что в вакууме скафандр Леонова раздулся. То, что подобное может произойти, было ожидаемым, но вряд ли кто-нибудь предполагал, что настолько сильно. Леонов не мог втиснуться в люк шлюза, а советоваться с Землей было некогда. Он делал попытку за попыткой — все безрезультатно, а запас кислорода в скафандре был рассчитан всего на 20 минут, которые неумолимо заканчивались. В конце концов Леонов сбросил давление в скафандре и вопреки инструкции, предписывающей заходить в шлюз ногами, решил «вплыть» лицом вперед, и, к счастью, ему это удалось… Леонов пробыл в открытом космосе 12 минут, за это короткое время он взмок, как будто на него вылили ушат воды, — так велика была физическая нагрузка.

По приемнику с Земли на разных голосах продолжали доноситься восторженные сообщения о новом советском эксперименте, а экипаж начал готовиться к спуску. Программой полета предусматривалось осуществить посадку в автоматическом режиме на семнадцатом витке, но из-за отказа автоматики, вызванного «отстреливанием» шлюзовой камеры, пришлось уйти на следующий, восемнадцатый виток и садиться с использованием ручной системы управления. Это была первая посадка в ручном режиме, и при ее осуществлении обнаружилось, что с рабочего кресла космонавта невозможно заглянуть в иллюминатор и оценить положение корабля по отношению к Земле. Начинать же торможение можно было только сидя в кресле в пристегнутом состоянии. Из-за этой нештатной ситуации была потеряна необходимая при спуске точность. Задержка команды на включение тормозных двигателей составила 45 секунд. В результате приземлились космонавты далеко от расчетной точки посадки, в глухой тайге, в 180 км северо-западнее Перми.

Нашли их не сразу, поисковой службы, как таковой, тогда еще не было. Посадке вертолетов помешали высокие деревья, теплую одежду для космонавтов также не удалось сбросить. Поэтому ночь им пришлось провести около костра, используя для утепления парашюты и скафандры. На следующий день в мелколесье, в нескольких километрах от места приземления экипажа, спустился десант спасателей, расчистивший площадку для небольшого вертолета. На следующий день Беляев и Леонов были доставлены на Байконур.

Оценку значения совершенного Алексеем Леоновым и Павлом Беляевым дал Главный конструктор С.П. Королев: «Перед экипажем корабля «Восход-2» была поставлена труднейшая, качественно иная, чем в предыдущих полетах, задача. От ее успешного решения зависело дальнейшее развитие космонавтики, пожалуй, не в меньшей степени, чем от успеха первого космического полета… значение этого подвига трудно переоценить: их полет показал, что человек может жить в свободном космосе, выходить из корабля… он может работать всюду так, как это окажется необходимым. Без такой возможности нельзя было бы думать о прокладывании новых путей в космосе».

Заокеанские рекорды

Американцы тоже планировали осуществить выход человека в открытый космос и надеялись сделать это первыми. На Земле для решения этой задачи в барокамере тренировался Эдвард Уайт, летчик-испытатель ВВС США. Он вступил в отряд астронавтов в 1962 году, к этому времени имел самый большой опыт пребывания в невесомости, поскольку летал на транспортном самолете KC-135, где имитировалась невесомость при тренировках астронавтов.

Выход советского космонавта в открытый космос был расценен в США как очередной вызов — в те годы шло соревнование в космосе двух сверхдержав, и американские специалисты вынуждены были активизировать свои усилия. По первоначальному плану Уайту предстояло лишь выглянуть из открытого на орбите люка. Но — программу предстоящего полета пришлось менять на ходу.

Готовившийся к выходу в открытый космос Уайт не ожидал, что его час пробьет так быстро. О предстоящем полете с выходом астронавта в открытый космос NASA объявило 25 мая 1965 года, а уже 3 июня в космос стартовал аппарат «Джемини-4» с астронавтами Д. Макдивиттом и Э. Уайтом на борту. Вскоре после того, как «Джемини» вышел на орбиту, астронавты стали готовиться к выполнению своей основной миссии. Поскольку на «Джемини» в отличие от «Восхода» не было шлюзовой камеры, астронавты откачали из кабины воздух и открыли входной люк. Уайт оттолкнулся от корабля и «выплыл» в открытый космос. Макдивитт снимал его действия кинокамерой. С кораблем Уайта связывал позолоченный фал длиной 7,6 м, через этот же фал поступал необходимый для дыхания кислород.

Уайт находился за бортом корабля 22 минуты, и его, так же как и Леонова, поразил открытый космос: «Я видел потрясающие, не поддающиеся описанию картины… Какое богатство красок! Яркие цвета неба сменялись видами облаков, суши, океана… Лазурь океана была такой глубокой. Зеленые и бурые краски суши казались куда более естественными, чем с летящего на сравнительно небольшой высоте самолета».

Космическая работа

За 40 лет истории выходов и работы в открытом космосе — специалисты называют ее внекорабельной деятельностью — продолжительность пребывания человека в космическом вакууме за один выход выросла от 12 минут (А. Леонов, 18 марта 1965 года) до 9 часов (Д. Восс и С. Хелмс, выход из американского челнока «Дискавери» 11 марта 2001 года для работ на МКС). Создание и поддержание в рабочей форме МКС вообще было бы невозможно без продолжительных выходов в открытый космос и выполнения огромного объема монтажных и ремонтных работ.

Предшественницы МКС — советские орбитальные станции «Салют», «Мир» и американская «Скайлэб» в процессе эксплуатации неоднократно усложнялись, и срок их службы многократно продлевался. Соответственно, повышалась вероятность возникновения неисправностей и насущной становилась необходимость контроля состояния отдельных узлов и агрегатов, в том числе находящихся снаружи — в открытом космосе. Интенсивность выходов выросла в несколько раз — если первая сотня выходов в открытый космос набралась за 27 лет, то вторая сотня в три раза быстрее — всего за 9 лет.

За историю пилотируемой космонавтики было совершено 240 выходов в открытый космос (данные на 1 февраля 2005 г.). Наибольшее количество выходов в открытый космос совершил Анатолий Соловьев. На его счету их 16 суммарной продолжительностью 78 часов 32 минуты. 10 выходов суммарной продолжительностью 42 часа совершил Сергей Авдеев. Среди американцев лидирует Джерри Росс — 9 выходов в открытый космос, он провел за бортом 58 часов.