Лунная программа 7К-Л1

Программа облета Луны «7К-Л1» — советская программа пилотируемого облёта искусственного спутника Земли на КК «Союз 7К-Л1». Программа предполагала использование беспилотных версий пилотируемых космических кораблей типа «Союз» для облёта Луны с последующим запуском пилотируемых аппаратов. Работа над проектом велась в рамках лунной программы СССР.

Проект «Север»

В марте 1959 года в ОКБ-1 под руководством Сергея Королева начались работы по проектированию нового космического корабля, который должен был заменить выполнивших свою задачу «Восток». Новый проект получил название «Север», получивший название «7К». Он предполагал полет вокруг Луны без высадки советских космонавтов на поверхность. В новом корабле предусматривался значительно больший объем спускаемого аппарата. К лету 1959 года конструкторы ОКБ-1 выработали основные параметры, которые и легли в основу конструкции будущего корабля.

На его основе планировалось отработать решение таких проблем, как маневрирование на орбите, сближение и стыковка, управляемый спуск аппарата с аэродинамическим качеством.

Проект «Север» так и не был воплощён в металле, так как в ходе работ выяснилось, что масса аппарата превышает технические возможности ракеты-носителя «Р-7». Требовалась более мощная ракета.

Проект «Союз 7К-9К-11К»

Космический кораблю 7К-9К-11К «Союз» 1 — приборно-агрегатный отсек корабля 7К, 2 — спускаемый аппарат корабля 7К, 3 — бытовой отсек пилотируемого корабля 7К, 4 — разгонный блок 9К, 5 — навесной отсек стыковки разгонного блока 9К, 6 — корабль-танкер 11К с компонентами топлива для заправки разгонного блока. Фото: https://naukatehnika.com/lunnyij-soyuz.html

В 1962 году в качестве ответа на американскую программу «Аполлон» один из отделов ОКБ-1 под руководством Михаила Тихонравова предложил создать для облета Луны космический комплекс, состоявший из нескольких кораблей — «7К», «9К» и «ПК». Согласно проекту Тихонравова сначала на околоземную орбиту должен был выводиться разгонный блок «9К», затем к нему последовательно пристыковывались три (максимум — четыре) корабля «ПК» (танкер) с горючим и окислителем.

После завершения заправки должен был стартовать корабль «7К» с экипажем, который после стыковки с заправленным разгонным блоком представлял из себя корабль, готовый к облету Луны. Если все пять запусков проходили успешно, то пилотируемый корабль (весом 23 тонны) с помощью ЖРД разгонного блока «9-К» переводился бы на траекторию облета Луны.

По задумке конструктора весь полёт не должен был занять больше 7-8 суток.

План был весьма амбициозным, учитывая то, что в космической программе СССР отсутствовал опыт полёта на орбиту корабля с экипажем на борту а также не была отработана система стыковки в космосе. Вместе с тем, для выведения кораблей на околоземную орбиту можно было использовать отработанную и достаточно надежную ракету-носитель «Р-7». И все же для облета Луны по этой программе потребовались бы длительные разработки и большой комплекс летно-конструкторских испытаний.

В виду предстоящих сложностей как предварительный этап задумывалась программа «Союз 7К-Л1». Поскольку программой не предусматривался выход на лунную орбиту, на корабле решили не устанавливать мощную двигательную установку, а возвращение на Землю обеспечивалось за счёт маневра в гравитационном поле Луны. При точных расчетах и правильном выведении включение двигателя для возвращения не требовалось вовсе.

7 марта 1963 года Сергей Королёв представил предварительный проект ракетно-космического комплекса «Союз». Он включал в себя модификацию ракеты-носителя «Р-7» получивший название «Союз» и космический корабль «Союз-А», предназначенный для орбитальных полетов и облета Луны. Согласно проекту Королёва корабль был оснащен системами сближения и стыковки, а также позволял проводить дозаправки во время полета.

Проект «ЛК-1»

Макет ЛК в натуральную величину. Фото сделано в цеху ОКБ-52.

Одновременно с Королёвым свой проект облета Луны предложил главный конструктор ОКБ-52 Владимир Челомей. Согласно проекту Челомея облёт осуществлялся по петлеобразной траектории лунным кораблем «ЛК». Для вывода корабля на околоземную орбиту предполагалось использовать трехступенчатую ракету «УР500К» (Протон-К) и специальный разгонный блок, разработанный в том же ОКБ-52.

Челомеевский корабль «ЛК» состоял из разгонного блока с ЖРД приборно-агрегатного отсека и возвращаемого аппарата конусовидной формы. Предполагалось оснастить корабль солнечными батареями, раскрывающимися после выхода на орбиту Земли. Первоначально пилотировать корабль должен был один космонавт, но позже удалось в той же кабине разместить ещё одного человека. Спасение космонавтов на этапе выведения предусматривалось вместе с возвращаемым аппаратом, который уводился от аварийной ракеты-носителя с помощью твердотопливной аварийной двигательной установки и далее спускался на парашюте в штатном режиме.

3 августа 1964 года, после успешного запуска американской тяжелой ракеты «Сатурн-1», руководство СССР ради удержания первенства в космической гонке начало всерьез рассматривать вопрос об экспедиции на Луну. В ЦК КПСС и Совете Министров принятом постановлении № 655—268 «О работах по исследованию Луны и космического пространства» от 3 августа 1964 года главной задачей была заявлена высадка советского космонавта на поверхность Луны в 1967—1968 годах — к 50-летию Октября. В этих условиях осуществление программы облета Луны было поручено ОКБ Челомея, а проект «7К-9К-11К» поддержки не получил.

Программа «УР-500К-Л1»

13 октября с поста генсека был смещен Никита Хрущев, и руководство лунной программой полностью перешло обратно в ОКБ-1 к Сергея Королева. Более того — он получил возможность использовать все наработки Челомея по пилотируемому полету к Луне и, в частности, ракету «УР500К» для своих задач.

Так на базе двух проектов разных КБ родилась советская программа облета Луны, проходившая под обозначением «УР-500К-Л1» («УР-500К-7К-Л1»). 15 декабря 1965 года она была утверждена и стала основной лунной облетной программой СССР. Жесткие ограничения, налагаемые ракетой «Протон-К» («УР500К») и 4-й ступенью — разгонным блоком «Д», ограничивали стартовую массу корабля «7К-Л1» 5,5 тоннами.

Схема облета Луны по программе УР500К-Л1. Фото: naukatehnika.com

Из-за этого корабль лишился бытового отсека и состоял из спускаемого аппарата и приборно-агрегатного отсека. Приборно-агрегатный отсек, в свою очередь, разделялся на переходный отсек, приборный отсек и агрегатный отсек. Сверху на спускаемом аппарате устанавливался опорный конус системы аварийного спасения. В центральной части конуса имелся проход для доступа космонавтов к гермолюку спускаемого аппарата, через который экипаж корабля должен был совершать посадку в корабль на стартовой позиции. Опорный конус сбрасывался на орбите Земли, перед стартом корабля к Луне.

Спускаемый аппарат имел сегментально-коническую форму с усиленным теплозащитным экраном, позволявшим совершать вход в атмосферу Земли со второй космической скоростью. Перед посадкой экран сбрасывался на Землю на высоте нескольких километров. также в спускаемом аппарате размещался пульт управления кораблем, бортовой вычислитель «Салют-3», научные приборы, фотоаппаратура, система жизнеобеспечения, элементы систем терморегулирования и радиосвязи, парашютная система, объекты биологических исследований, оптический ориентатор, аккумуляторная батарея, состоящая из восьми блоков.

Система ориентации и управления корабля была оснащена гироплатформой и новыми датчиками солнечно-звездной ориентации, работающими в комплексе с вычислителем «Салют-3».

Программа полета системы «УР-500К-Л1» к Луны выглядела следующим образом. Космический корабль «Союз 7К-Л1», снабженный ракетным блоком «Д» конструкции ОКБ-1, с экипажем из двух космонавтов должен был выводиться ракетой-носителем «Протон-К» на промежуточную орбиту Земли высотой в апогее — примерно 187 километров, в перигее — примерно 219 километров и наклонением 51,5°. Масса корабля «7К-Л1» с блоком «Д» на орбите ИСЗ достигает 20 тонн.

При выведении на земную орбиту корабль находится под головным обтекателем, который сбрасывается после прохождения плотных слоев атмосферы. Для спасения космонавтов в случае аварии ракеты-носителя на участке выведения имеется система аварийного спасения, которая с помощью твердотопливных двигателей уводит спускаемый аппарат с космонавтами на безопасное расстояние. Примерно через час после старта сбрасывался опорный конус системы аварийного спасения.

После этого второй раз включалась двигательная установка блока «Д», и корабль переводился на траекторию облета Луны. Затем блок «Д» отделялся. Масса корабля после этого составляла около 5,2 тонны.

В зависимости от точности выведения на траекторию облета Луны предусматривались коррекции движения корабля. После облета Луны следовало выполнить еще две коррекции движения для более точного входа в атмосферу Земли. После проведения последней коррекции корабль ориентировался, спускаемый аппарат отделялся от приборно-агрегатного отсека, совершал два погружения в атмосферу и приземлялся или приводнялся в заданном районе на парашюте с применением двигателей мягкой посадки.

Программа «7К-Л1»

Советский космический корабль 7К-Л1 в монтажно-испытательном комплексе. Фото: naukatehnika.com

Сергей Королёв однако, не слишком доверял детищу ОКБ-52 Владимира Челомея, и в 1965 году распорядился проработать еще один вариант пилотируемого облета Луны. В этом случае космический корабль «7К-Л1» выводился бы на орбиту в автоматическом режиме. Экипажу предстояло стартовать на орбиту на другом корабле — корабле «7К-ОК» с помощью ракеты «Союз». После стыковки кораблей космонавты должны были перейти в скафандрах «Ястреб» из бытового отсека «7К-ОК» в спускаемый аппарат «7К-Л1» через открытый космос и изогнутый тоннель в опорном конусе системы аварийного спасения. После этого корабль «7К-ОК» должен был автоматически отстыковаться, а корабль «7К-Л1», сбросив стыковочный узел с опорным конусом, стартовать к Луне.

Позднее на специальном самолете «Ту-104» проводились эксперименты по исследованию возможности перехода двух космонавтов в скафандрах из корабля «7К-ОК» в корабль «7К-Л1». В результате этих исследований вариант с пересадкой экипажа на орбите Земли был отвергнут.

8 сентября 1965 года в ОКБ-1 было созвано техническое совещание, на которое были приглашены ведущие конструкторы ОКБ-52 во главе с самим Владимиром Челомеем. По результатам заседания было принято решение совместить усилия двух КБ, используя для выведения на околоземную орбиту Королёвского корабля «7К-Л1» Челомеевскую ракету «УР-500К».

10 марта 1967 года был осуществлён первый запуск совместной работы двух ОКБ. Всего с 1967 по 1970 год было запущено двенадцать «7К-Л1». По официальной версии запуски осуществлялись в рамках советской лунной программы «Зонд». К сожалению, большая часть пусков окончилась неудачей. Только два полёта системы прошли без замечаний — в ходе остальных десяти были отмечены серьёзные неполадки.

В такой ситуации руководство СССР посчитало пилотируемый полёт к луне неоправданным риском, особенно учитывая тот факт, что американцы уже успели не только облететь Луну, но и высадиться на неё поверхности. В связи с этим в июне 1974 года работы по «7К-Л1» были прекращены.