Из истории создания многоразовых космических кораблей

Знаете ли Вы, что темой дипломной работы первого космонавта планеты, Ю. А. Гагарина был корабль многоразового использования?

Программа обучения космонавтов в Военно-воздушной инженерной академии им. Н. Е. Жуковского отличалась от традиционной подготовки специалистов. Уже тогда, в середине 60-х годов, вошли в учебный процесс ЭВМ и тренажеры.

Решающим этапом учебы стала для космонавтов дипломная работа. Она была задумана как комплексное научное исследование, причем каждый его участник получал свой самостоятельный раздел, тщательно увязанный со всеми остальными. А все вместе они создавали многоразовый космический летательный аппарат самолетной схемы. Такой подход позволял довольно глубоко проработать проблему.

Ю. Гагарин занимался посадкой летательного аппарата. Ему предстояло выбрать оптимальную для нормальной посадки аэродинамическую компоновку, форму и размеры крыла, основных и дополнительных рулевых поверхностей, решить ряд других вопросов, например, изучить особенности управления аппаратом и выработать предложения по улучшению посадки. В аэродинамических исследованиях на разных этапах работы Ю. Гагарин опирался на физический эксперимент (продувки в аэродинамической трубе) и, в большей степени, на математическое моделирование с помощью ЭВМ.

Аэродинамическая схема аппарата должна была обеспечить предпосадочный маневр и посадку “по-самолетному”. Сначала упрощенными расчетами в первом приближении были определены основные геометрические параметры аппарата. Несущий фюзеляж представлял собой крыло большой толщины, за счет этого предполагалось упростить теплозащиту на гиперзвуковых скоростях полета. Кроме того, надо было придать крылу-фюзеляжу достаточные несущие свойства на этих режимах. Во время приземления и перед посадкой требовалось увеличить площадь крыла. Для этого были сконструированы крылья-консоли, они поворачивались и становились продолжением крыла-фюзеляжа. При гиперзвуковом полете консоли поднимались, а при входе в плотные слои атмосферы как бы оставались “в тени” фюзеляжа. С точки зрения теплозащиты тонкостенных консолей это очень важно.

Чтобы исследовать дозвуковые скорости аппарата в аэродинамической трубе, Ю. Гагарину предстояло создать деревянную модель. Еще в 1966 году он выполнил рабочий чертеж-эскиз. По нему на заводе академии и в мастерской-препараторской кафедры аэродинамики изготовили модель. Форму консолей еще предстояло уточнить, поэтому сделали их съемными из толстой фанеры.

В то время ученые начали успешно применять упрощенную схему самолета. Оказалось, что вместо “телесных” форм в расчетах можно рассматривать “скелет” летательного аппарата, полученный как бы сплющиванием крыльев, фюзеляжа и других частей. Она оказалась очень удачной, поскольку значительно упрощала методы расчета аэродинамических характеристик самолетных компоновок на вычислительных машинах. На этой схеме вовсю заработал метод дискретных вихрей, разработанный еще в 1950 году.

Эксперимент Ю. Гагарина должен был, во-первых, опытным путем проверить теоретические выводы и, во-вторых, развеять недоверие к надежности расчетных данных, полученных на основе наших подходов, и вообще укрепить веру в ЭВМ. Гагарин “конструировал” и “облетывал” свой аппарат на имевшейся тогда цифровой и аналоговой вычислительной технике. Это была отечественная машина БЭСМ-2М. Благодаря ей исследования обрели реальную почву.

Чтобы обеспечить посадку аппарата “по-самолетному”, сначала выбрали конструкцию с переменным положением крыльев на разных участках полета, но таким путем не удалось сбалансировать аппарат, сделать его удобным для пилотирования при сверхзвуковых и малых скоростях. И тут Ю. Гагарин вспомнил о складывающихся решетчатых крыльях в системе аварийного спасения космических кораблей “Союз” и сразу нашел решение. 19 января 1968 года эксперименты с моделью аппарата закончились. Чтобы достичь приемлемой балансировки, в ее передней части были поставлены два решетчатых стабилизатора. Результаты эксперимента показали, что модель хорошо балансируется на углах атаки до 10 градусов.

О Гагарине С.П. Королев сказал: “Смелый, искусный летчик и космонавт. Грамотный, думающий инженер. Это то, что нужно. Именно то!”

Ю. А. Гагарин и Г. С. Титов защищали дипломные работы 17 февраля 1968 года в Звездном городке. Интерес к происходящему был большой. Собралось много народу, только членов Государственной экзаменационной комиссии было 14 человек.

После обсуждения экзаменационная комиссия выставила оценки: выполнение работы — “отлично”, защита — “отлично”, общая оценка — “отлично”. Комиссия постановила присвоить полковнику Юрию Алексеевичу Гагарину квалификацию летчика-инженера-космонавта, выдать диплом об окончании инженерного факультета с отличием и рекомендовать его в адъюнктуру. Высшие оценки были выставлены и Г. С. Титову.