Восток-Л

Восток-Л

Призначення	запуск прототипів пілотованих кораблів «Восток»
Виробник	ОКБ-1,ЦСКБ-Прогресс
Країна	СРСР
Розміри
Висота	30,84 м
Діаметр	2,6 м
Маса	281 375 кг
Ступенів	2
Вантаж
Вантаж на апогей 500 км 65°	4 000 кг
Споріднені ракети
Родина	Восток
Історія запусків
Статус	експлуатація завершена 1960
Космодроми	Байконур, майданчик № 1
Всього запусків	4
Успішних	3
Невдалих	1
Перший запуск	15 травня 1960
Останній запуск	2 грудня 1960
Відомий вантаж	Восток-1К
Прискорювач (Ступінь 0) - 8К72-0
No прискорювача	Б, В, Г, Д
Довжина	19 м
Діаметр	2,68 м
Маса порожнього	3 710 кг
Повна маса	43 300 кг
Двигуни	1 × РД-107 (8Д74)
Тяга	970 кН
Тривалість горіння	120 с
Паливо	рідкий кисень/гас
Перший ступінь - 8К72-1
Довжина	28 м
Діаметр	2,99 м
Маса порожнього	6 800 кг
Повна маса	100 400 кг
Двигуни	1 × РД-108 (8Д75)
Тяга	912 кН
Тривалість горіння	310 с
Паливо	рідкий кисень/гас
Другий ступінь - 8K72-2
Довжина	2,84 м
Діаметр	2,56 м
Маса порожнього	1 440 кг
Повна маса	7 775 кг
Двигуни	1 × РД-0105
Тяга	49,42 кН
Тривалість горіння	390 с
Паливо	рідкий кисень/гас

«Восток-Л» (укр. Схід-Л, індекс ГРАУ — 8К72) — радянська ракета-носій сімейства Р-7, створена на базі ракети-носія «Луна» з подовженим блоком «Є» для запусків прототипів пілотованих кораблів «Восток».

У червні 1956 року в ОКБ-1 Корольов і Феоктистов почали дослідження пілотованих космічних апаратів. Першим етапом планували у 1964—1967 суборбітальні балістичні польоти з Капустіного Яру, подібні до американських запусків Меркурій-Редстоун.

У листопаді 1956 року, соратник Корольова Михайло Клавдійович Тихонравов і його група офіційно переведені з НДІ-4 в ОКБ-1.

8 березня 1957 року Сергій Павлович Корольов в ОКБ-1 організував відділ № 9 для проєктування і створення космічних апаратів, зокрема перших штучних супутників Землі. Відділ очолив Тихонравов. Протягом місяця відділ оприлюднив перший попередній план місячних і пілотованих космічних польотів.

Створення пілотованого корабля вимагало глибокого вивчення таких нових сфер, як спуск в атмосфері, створення надійного теплозахисту, гіперзвукова аеродинаміка тощо. На ранній стадії ці питання розглянули математики Академії наук. Зокрема, було відзначено, що результатом балістичного спуску з орбіти може стати десятиразове перевантаження.

З вересня 1957-го року по січень 1958-го року у відділі Тихонравова досліджувались умови нагріву, поверхневі температури, теплозахисні матеріали. Послідовно вивчалась поведінка у гіперзвуковому потоці багатьох різноманітних аеродинамічних форм з аеродинамічною якістю від нуля до кількох одиниць. Параметричні розрахунки траєкторії виконувались за допомогою електромеханічної обчислювальної машини БЕСМ-1.

Виявилось, що рівноважна температура крилатого космічного корабля, який має найвищу аеродинамічну здатність, перевищує можливості теплової стійкості доступних на той час сплавів. Крім того, використання крилатих варіантів конструкції знижувало масу корисного навантаження. Від розгляду крилатих варіантів відмовились. Основні висновки щодо можливої конструкції апарата:

• аеродинамічна властивість мала перебувати в діапазоні 0,5—0,6 для створення невеликої підйомної сили і зниження перевантажень при балістичному спускові до допустимого для людського організму рівня;
• найкращою формою був конус з округлою вершиною і сферичною основою з максимальним, приблизно 2 м, діаметром (форма використана для спускних апаратів космічних кораблів типу «Союз-7К-ОК»);
• найбільш прийнятним способом повернення людини було катапультування на висоті кількох кілометрів і подальший спуск на парашуті. Порятунок спускного апарата при цьому можна було не проводити.

У грудні 1957 року, паралельно з розробкою штучних супутників, у відділі за основу пілотованого корабля-супутника взяли конструкцію наступників «Об'єкта Д». Апарат позначили «Об'єкт ОД» («Орієнтовуваний Д»), бо на відміну від «Об'єкта Д» він мав би легку пасивну систему орієнтації, щоб націляти фоторозвідувальні камери. Для повернення відзнятої плівки пропонувався конусоподібний модуль. Початкові дослідження виявили, що маса корисного навантаження перевищить на 1400 кілограмів можливості ракети-носія «8А91», що розроблялась для запуску «Об'єкта Д».

На основі досвіду роботи з МБР «8К71», а також версій ракет-носіїв «8К71ПС» і «8А91» почалась розробка вдосконаленої МБР під назвою «Р-7А» («8К74»). Багато поліпшень «Р-7А» використали в новому сімействі ракет-носіїв, щоб підвищити надійність і ефективність корисного навантаження. Варіант «8А92», як і «8А91», спочатку проєктувався як одноступенева ракета-носій з чотирма прискорювачами і можливістю виведення корисного навантаження до 1 700 кілограмів. Цього виявилося недостатньо — конструкція «Об'єкта ОД» була важчою на 400 кілограмів для спроможності ракети-носія.

Розробку проєкту «ОД-1» припинили у грудні 1957 року через постійні проблеми. Натомість ресурси перенесли на розробку більшого та складнішого «об'єкта ОД-2». У розвідувальній конфігурації космічний корабель зберіг конусоподібний модуль «об'єкта ОД-1», який поєднали з великим циліндричним агрегатним відсіком з активною системою орієнтації й іншими системами, що не планували повертати на Землю.

Передбачувана маса «об'єкта ОД-2» 4 900 кілограм вимагала розробки більшої ракети-носія.

Ракета-носій «8А93» на основі полегшеної міжконтинентальної балістичної ракети «Р-7А» з додаванням другого ступеня на основі «Блоку Є», що розроблявся для ракети «Луна» («8К73»), могла вивести на низьку навколоземну орбіту вантаж масою 5 300 кілограмів.

Постанова уряду СРСР від 20 березня 1958 року вимагала запуску першого радянського зонда на Місяць протягом року. У цей період Глушко розробляв двигун РД-109 для високопродуктивного другого ступеня Р-7 на рідкому кисні і НДМГ, що досягав специфічного імпульсу 350 секунд. Це потенційно подвоювало корисне навантаження ступеня порівняно з рідким киснем/гасом. Але Корольов вважав двигун нової технології завеликим ризиком, який до того ж використовував токсичне гідразинове паливо, яке він не сприймав.

Навесні 1958 року почалось проєктування пілотованого варіанту «об'єкта ОД-2». Розробники зберегли початкову концепцію використання двох частин, щоб зменшити загальну масу апаратів, але розробили космічний корабель, повністю відмінний від оригінальної концепції «ОД-2». Команда передбачала, що розробка «Блоку Є» для ракети «8А93» затягнеться набагато довше, ніж очікувалося, як було у випадку з «8К73». Тому вони вирішили на основі ракети-носія «8К72», розробленої для запуску місячних зондів «Є-1», створити ракету «8К72К». Покращений «Блок Є» замість двигуна «РО-5» в «8K72» мав модернізований «РО-7», що розроблявся в ОКБ-154 Косберга. Для пізніших польотів «8A92» отримає покращений «Блок Є». Корисне навантаження «8К72К» і «8А92» буде не більше 4 700 кілограмів, але очікувалося, що ці ракети будуть доступні швидше, ніж потужніша «8А93».

У квітні 1958-го року при випробуваннях льотчиків на центрифузі виявилося, що при певному положенні тіла людина здатна переносити перевантаження до 10 G без серйозних наслідків для здоров'я.

Для зменшення маси «пілотованого ОД-2» після розгляду різноманітних форм спускного апарату відкинули початкову конічну форму, натомість обрали сферу діаметром 2,4 метра з конічним агрегатним відсіком згори.

Сферична форма спускного апарата є найпростішою і найбільш вивченою симетричною формою, яка збільшувала внутрішній об'єм для пасажира і критичних систем життєзабезпечення, одночасно зменшувала масу необхідного теплозахисту. Сфера має стабільні аеродинамічні властивості при будь-яких можливих швидкостях і кутах атаки. Зміщення центру маси з центру сфери автоматично орієнтуватиме спускний апарат під час повернення на Землю без використання активної системи орієнтації. Внаслідок цього виникав би балістичний спуск, але пікові навантаження не перевищували допустимі 10 G. Помилки при посадці залишалися в прийнятних межах від 200 до 300 кілометрів. За бажанням Корольова, агрегатний відсік герметизували. Маса відсіку зросла, але полегшилось теплорегулювання, покращилось робоче середовище для бортових систем і прискорилась розробка.

Останньою перешкодою для успішної пілотованої місії стала посадка. Американці планували посадку з парашутом на воду і допомогу військового флоту. Радянські розробники вирішили приземлятися на величезну суходільну територію Радянського Союзу. Парашут для гарантованої м'якої посадки буде надзвичайно важким. У квітні 1958 року команда інженерів Феоктистова придумала геніальне рішення, яке вони назвали «процедурою примусової посадки». На висоті 7 кілометрів космонавта з капсули викидало крісло-катапульта, і він приземлявся на власному парашуті. Спускний апарат здійснить жорстку посадку з порівняно невеликим парашутом і кінцевою швидкістю 10 метрів на секунду. Катапультування також можна застосувати на випадок катастрофічного збою під час зльоту.

1 травня 1958 Корольов, після наради з інженерами, визначив, що заплановані двоступеневі версії МБР «Р-7» можуть запустити пілотований орбітальний космічний корабель, і запропонував здійснити пілотовані космічні польоти, пересунувши запуски військової програми «Зеніт».

1 липня 1958 Корольов листом до Політбюро пояснив переваги пілотованого космічного польоту.

Детальне опрацювання ескізного проєкту завершилось у середині серпня 1958 року випуском спеціального звіту.

Підготовка конструкторської документації почалася восени 1958 року.

Під час розробки міжконтинентальної балістичної ракети «Р-7» заплановані корисні навантаження отримали позначення літерами російського алфавіту: «A», «Б» і «В» надали різним типам ядерних боєголовок, «Д» зарезервували для першого супутника. Місячні апарати позначили літерою «Є».^[1]

«Блок Є» міг розігнати космічний апарат до другої космічної швидкості в напрямку Місяця і здійснити корекцію орбіти запуском двигуна в невагомості. Рідинні ракетні двигуни «блоку Є» розроблені і виготовлені на воронезькому підприємстві «Конструкторське бюро хімавтоматики» (КБХА).

Вмикання двигуна «блоку Є» відбувалось при роботі двигуна першого ступеня для зменшення збурень від теплового і силового впливу відбитих струменів гарячих газів при розділенні ступенів. При перших запусках в липні — грудні 1958 року внаслідок автоколивань ракети-носії руйнувалися у польоті на 102—104 секунді. Після установки в паливних системах блоків гідродемпферів в січні 1959 року ракета успішно стартувала до Місяця.

10 жовтня 1958 року Корольов поставив Косбергу завдання розробити двигун на рідкому кисні/гасі для другого ступеня «Р-7» зі стернових двигунів першого ступеня «Р-7».

В результаті значних змін, внесених в постійно змінюваний проєкт «об'єкта ОД-2» протягом перших місяців 1959 року, кінцева конструкція позначалась «об'єктом К» (скорочення російською для «корабля»). Як і попередник, «об'єкт К» матиме дві частини:

• Спускний апарат — сфера діаметром 2,3 метра з масою приблизно 2400 кілограмів, вкрита абляційним тепловим екраном — містив обладнання, необхідне для повернення з орбіти. Апарат вміщував одного космонавта у скафандрі в напіввідкинутому сидінні подвійного призначення, яке на ранніх етапах зльоту могло безпечно викинути космонавта з корабля в разі проблеми. Через обмеження маси капсула не могла нести досить великий парашут для м'якої посадки. Після входу в атмосферу космонавт викидався зі спускного апарату на висоті 7 кілометрів і використовував власний парашут, щоб м'яко приземлитися окремо від спускного апарата.
• Агрегатний відсік встановили знизу космічного корабля, всередині розмістили обладнання, не потрібне для повернення на Землю. З'єднані основами конуси діаметром 2,4 метра і приблизно стільки ж у висоту з масою 2 300 кілограмів. Відсік кріпився до спускного модуля сталевими смугами і шинопроводом, які у випадку невідокремлення перед сходом з орбіти могли обгоріти і від'єднатися при проходженні атмосфери. Всередині розміщувалися витратні матеріали для життєзабезпечення, система контролю орієнтації, акумулятори, телеметричні системи і гальмівна рідинна установка.

Оскільки обмеження маси не допускало достатнього резервування палива, космічний апарат використовував атмосферний опір як резервну систему для повернення на Землю. Радянський космічний корабель одразу проєктувався з десятидобовою витривалістю і міг природно повернутися з 250-кілометрової орбіти через десять діб або менше. Ця можливість дозволить Радянському Союзу робити місії набагато довші, ніж планувалося для набагато меншої капсули «Меркурія».

Весь космічний корабель розміщувався всередині аеродинамічного обтічника на вершині ракети-носія 8K72K.

У березні 1959 року завершені основні креслення корпусу.

Проєкт «об'єкту К» отримав офіційне схвалення постановою уряду 22 травня, у якій він названий «Востоком».

У травні почато виготовлення систем. До кінця 1959 року в майстернях ОКБ-1 випробовувалася пара «електричних аналогів» «Востока».

10 грудня 1959 року видано указ про розробку розвідувального і пілотованого варіантів «Востока», але з першочерговістю пілотованих польотів для політичних та пропагандивних цілей.

1 березня 1960 відібрано 20 кандидатів у космонавти для підготовки пілотованих польотів. На відміну від Меркурія-7, вони залишалися невідомими у деяких випадках багато років.

У квітні 1960 року завершено ескізний проєкт версій космічного корабля:

• «Восток-1» (1К) для випробування базових систем і підтвердження концепції.
• «Восток-2» (2К) — супутник фоторозвідки низької роздільної здатності і перехоплення радіосигналів сигналів. Згодом перейменовано на «Зеніт-2».
• «Восток-3» (3К) для пілотованих польотів.

Планувалось у травні 1960 збудувати два прототипи 1КП без теплового екрану або систем життєзабезпечення, у серпні завершити три системи 1К для випробування фоторозвідувальних і радіорозвідувальних систем, у вересні-грудні виготовити три системи 3K для пілотованих польотів.

Пілотовані польоти очікувались з 11 жовтня по грудень 1960.

Версії 1K і 3K мали би спускний апарат масою 2,4 тонни, і агрегатний відсік масою 2,3 тонни з гальмівним двигуном тягою 1600 кгс.

• Корабль-супутник і походження радянської програми «Восток»(англ.)
• Програма Восток [Архівовано 14 травня 2011 у Wayback Machine.] Енциклопедія астронавтики(англ.)
• Ракета-носій Восток (8К72) Космічні сторінки Гюнтера(англ.)
• Ракета-носій Восток 8К72 Енциклопедія астронавтики(англ.)
• Програма Восток Енциклопедія астронавтики(англ.)