4.6. Лунный посадочный корабль
Лунный посадочный корабль (ЛК) состоит из двух частей: лунного посадочного агрегата и лунного взлетного аппарата. Масса ЛК перед спуском на Луну 5560 кг, при взлете с нее - 3800 кг, высота 5,2 м, размер по развернутым опорам посадочного аппарата - 5,4 м (рис. 4.4.3).
Лунный посадочный агрегат (ЛПА) играет роль шасси при посадке ЛК и состоит из корсета ферменной конструкции максимальным диаметром 2,27 м и лунного посадочного устройства (ЛПУ). На ЛПУ имеются четыре опорные стойки с двумя подкосами каждая, снабженные амортизаторами. На нижних торцах стоек установлены полусферические опоры, заполненные алюминиевыми сотами, деформация которых при контакте с поверхностью Луны позволяет гасить значительную часть энергии. Около верхней части стоек на корсете установлены соплами вверх твердотопливные ракетные двигатели прижатия, которые включаются в момент касания опоры поверхности Луны и "припечатывают" ЛК к грунту, исключая его подпрыгивание и опрокидывание. На ЛПА размещается герметичный навесной приборный отсек с аппаратурой, комплексная исследовательская установка массой 105 кг и другое оборудование, предназначенное для использования до старта ЛК.
Лунный взлетный аппарат (ЛВА) состоит из кабины космонавта, приборного отсека, отсека двигателей ориентации и ракетного блока "Е".
Кабина космонавта - обитаемый герметичный отсек размером 2,3 × 3,0 м, собранный из двух полусферических сегментов. В передней части кабины имеется полусферическая вогнутость с иллюминатором. Космонавт в скафандре "Кречет-94" специальным приспособлением фиксируется стоя перед иллюминатором. Кресло пилота отсутствует для экономии объема и массы. Широкий обзор и установленное на иллюминаторе коллиматорное устройство, на которое с помощью оптической системы проецируется место посадки с углом обзора 7°, позволяют космонавту наблюдать процесс автоматической посадки ЛК. В случае необходимости он может перейти на ручное управление посадкой, регулируя тягу двигателя блока "Е" и используя двигатели ориентации. Перед космонавтом расположена приборная доска, справа от него - пульт управления ЛК. Система управления позволяет выполнить всю программу полета ЛК в автоматическом режиме. В ее составе бортовая вычислительная машина и трехосная гиростабилизированная платформа. В верхней части кабины, над вогнутостью, имеется еще один иллюминатор и широкоугольный визир, позволяющий космонавту наблюдать процесс стыковки с ЛОК и ориентировать свой корабль. На левой стороне кабины расположен открывающийся внутрь овальный люк для прохода. В кабине размещается система жизнеобеспечения. Азотно-кислородная атмосфера кабины с давлением 560 мм рт. ст. позволяет космонавту открывать гермошлем скафандра для приема воды и пищи. Над люком в задней части кабины снаружи установлена видеокамера, поле зрения которой позволяет наблюдать все действия космонавта при спуске и подъеме по трапу, а также на поверхности Луны.
Приборный отсек, герметичный, с размещенными в нем приборами и агрегатами, врезан снаружи в заднюю часть кабины за спиной космонавта. Отсек двигателей ориентации с запасами топлива и расположенным на верхнем торце стыковочным узлом, представляющим собой плоскую плату диаметром 1,08 м с сотовыми ячейками, находится сверху на кабине. Ракетный блок "Е" жестко крепится к нижней части ЛВА. Он обеспечивает гашение скорости спуска ЛК с высоты 1–3 км и горизонтальный маневр при посадке на дальности до нескольких сот метров, а также служит для старта и выведения ЛВА на окололунную орбиту. Масса блока "Е" - 2950 кг. Основной и резервный двигатели с тягой каждого 2050 кгс обеспечивают маневрирование ЛК массой 5560 кг при посадке и 3800 кг при взлете в условиях лунной гравитации.
4.7. Схема экспедиции на Луну
Экспедиция на Луну (рис. 4.4.4) должна была длиться 11–12 суток и предусматривала следующие этапы. Выведение Л3 на ОИСЗ ракетой-носителем H1 (1). Через сутки - разгон Л3 к Луне блоком "Г" (2) и его отделение. Доразгон блоком "Д" до заданной скорости на траекторию полета к Луне, две коррекции траектории (3), торможение для перевода Л3 на круговую окололунную орбиту (4), коррекция орбиты для перевода на эллиптическую орбиту. Выход космонавта в скафандре (шлюзование через бытовой отсек) из ЛОКа и переход через открытый космос в кабину ЛК.
Отделение ЛК с блоком "Д" от ЛОКа (6). Ориентация ЛК, после включения двигателя блока "Д" торможение связки (блок "Д" - ЛК) и сход с орбиты (7). На высоте 1,5–2 км отделение пустого блока "Д" и увод его в сторону. С этого момента автономный полет ЛК: спуск с торможением блоком "Е", маневр, юстировка, посадка на лунную поверхность, амортизация, прижатие (8). В случае невозможности мягкой посадки предусматривалось увеличение тяги двигателя блока "Е" для возвращения ЛК на окололунную орбиту и встречи с ЛОКом.
Пребывание на Луне (9) предполагалось от 6 до 24 часов. Космонавту предстояло определить состояние систем ЛК и скафандра, выйти из ЛК, спуститься на лунную поверхность, установить государственный флаг СССР, развернуть научные приборы, собрать образцы лунного грунта, провести фотографирование ландшафта и телерепортажи с лунной поверхности. Закончив работы на поверхности, он возвращался в корабль, надувал кабину воздухом, закреплял контейнер с образцами лунного грунта, фиксировался сам и отдыхал.
При подготовке к старту необходимо было для включения двигателя выбрать момент определенного расположения ЛОК на орбите относительно ЛК на лунной поверхности. Перед включением двигателя блока "Е" откидывалась кабель-мачта и разрывались электрические и пневмогидравлические связи между ЛВА и ЛПА. Чтобы упорядочить выход газов при работе двигателя, под его сопло выставлялся газоотражательный лоток. Корабль взлетал (10), траектория его выведения плавно изгибалась, и он выходил на исходную окололунную орбиту.
Сближение кораблей на орбите (11) происходило за счет маневров ЛОК. ЛК при этом выполнял лишь ориентацию. После стыковки космонавт из ЛК, взяв с собой контейнер с образцами, переходил через открытый космос в БО ЛОКа. После отдыха и подготовки к возвращению космонавты перемещались в СА, переносили образцы, занимали места в креслах. ЛК вместе с бытовым отсеком ЛОК отделялся, корабль ориентировался, после включения блока "И" разгонялся и переходил на траекторию полета к Земле (12). В полете проводились коррекции траектории (13). Перед входом в атмосферу Земли происходило отделение СА от отсеков (14). СА входил в атмосферу со второй космической скоростью (15), совершал управляемый планирующий спуск и посадку на территории СССР или в акватории Индийского океана.
4.8. Особенность работы над лунным проектом - весовой кошмар
Наша работа началась с ревизии облика комплекса Л3, подготовленного инженерами Крюкова. Расчетная лимитная стартовая масса комплекса Л3 составляла 91,7 т. Распределение весов между составными частями всегда было под контролем главного конструктора. Но все же нам хотелось понять, не слишком ли большую "заначку" оставили себе ракетчики. И кое-что удалось обнаружить. Например, мне показалось, что не совсем рационально двигатели ориентации комплекса (ДОК) расположены на нижнем торце блока "Г". Во-первых, это близко к общему центру тяжести, что увеличивает расход топлива при разворотах. Во-вторых, нужен еще один комплект на блоке "Д", чтобы обеспечить ориентацию комплекса после отделения блока "Г". Установив отсек ДОК в верхней части комплекса, на ЛОКе, мы в несколько раз увеличили плечо до центра тяжести и значительно выиграли в весе топлива для ориентации. Правда, при аварийном спасании отсек ДОК должен был улететь вместе с экипажем, нагружая при этом нижний отсек, из-за чего его пришлось упрочнить, но в целом мы получили выигрыш в весе в пользу корабля.
Были у нас попытки пересмотреть и саму однопусковую схему экспедиции. Авторы некоторых публикаций недоумевают, почему Королев остановился на этом варианте, а не использовал два, три и чуть ли не четыре пуска (трехпусковая схема с подсадкой экипажа на корабле "Союз")? В этот вопрос необходимо внести ясность. (О трехпусковой я рассказал ранее.)
Мы рассматривали двухпусковую схему, при которой с ОИСЗ разгонялись к Луне и выходили на орбиту ее спутника два самостоятельных девятнадцатитонных корабля. Первый - орбитальный без экипажа, предназначался для стыковки со вторым и доставки космонавтов с окололунной орбиты на Землю. Второй - посадочный с экипажем, использовался для спуска с окололунной орбиты, посадки на поверхность Луны, старта с нее и стыковки с первым. Экипаж имел возможность при необходимости отказаться от спуска на поверхность и, состыковавшись с орбитальным кораблем, вернуться на Землю.
Эта схема снимала все весовые проблемы, однако Королев не принял ее, и не только потому, что она не обеспечивала высадки на Луну раньше американцев. Корабли и их составные части, созданные без особых весовых ограничений, будут малопригодны для дальнейшего использования в марсианской программе, о которой главный конструктор не переставал думать.