Из изложенного краткого описания КК «Восток», в частности, следует, что очень большое внимание уделялось безопасности полета. Наряду с тем, что все системы КК тщательно отрабатывались и проверялись, многие приборы, агрегаты и устройства имели резервирование (ручной и автоматический контуры управления и т. п.). Кроме того, предусматривался еще ряд мер и средств, обеспечивающих безопасность на различных участках полета. Прежде всего, космонавт находился в кабине КК в герметичном скафандре. В случае внезапной разгерметизации кабины автоматически закрывался шлем скафандра, а запас кислорода обеспечивал дальнейший его полет, включая спуск на Землю.
Наиболее критичными участками полета являются так называемый активный участок полета, вместе с РН, и спуск с орбиты. На активном участке необходимо обеспечить безопасность космонавта даже в случае аварии РН. Причем такая возможность предусматривалась начиная с момента, когда РН находилась на стартовом столе: неподвижная, но уже заправленная ракета представляет собой взрыво- и пожароопасный объект.
Условия полета, его определяющие параметры (давление воздуха, скорость, ускорение, скоростной напор, высота и т. п.) меняются в очень широких пределах. Поэтому задача спасения является очень сложной. Предусматривался комплекс средств и различных схем их использования. Управление этими средствами производилось с помощью автоматической (или полуавтоматической) системы, которая в дальнейшем стала называться системой аварийного спасения (САС).
На основных участках полета КК «Восток» спасение космонавта предусматривалось при помощи катапультируемого кресла. Для увеличения скорости катапультирования при срабатывании САС на Земле (для увеличения высоты и дальности увода от РН) кресло космонавта имело два дополнительных пороховых ускорителя. При авариях на больших высотах предусматривалось сначала отделение СА от РН с последующей работой средств приземления в обычном (или несколько измененном) порядке.
При планировании полетов на КК «Восток» учитывался еще один критический вид отказов, относившийся уже к орбитальному участку полета. Речь идет о возможности несрабатывания тормозной двигательной установки для схода с орбиты. Никакого дополнительного резервного средства на этом КК не устанавливалось. Однако параметры орбиты (прежде всего ее высота) были выбраны такими, чтобы за счет естественного торможения КК вошел в атмосферу не позже чем через 10 сут (высота перигея 180 км, высота апогея 240 км).
Естественно, такой подход потребовал увеличения срока службы или, как говорят, ресурса работы основных систем (жизнеобеспечения, терморегулирования, электропитания и др.). Хотя фактически полет Ю. А. Гагарина продолжался менее 2 ч, на корабле имелись необходимые запасы кислорода, питьевой воды, пищи и др.
Работа по проектированию и подготовке полета человека в космос началась в 1958 г. Приблизительно за 3 года была проделана огромная работа по разработке КК, по изготовлению отдельных систем и проведению испытательных полетов. Но кроме самого корабля отлаживалась работа и взаимодействие всех многочисленных наземных средств и служб, занятых как при подготовке, так и при непосредственном осуществлении полета.
Стартовая масса всей ракетно-космической системы «Восток» равнялась 287 т.
Всего на КК «Восток» совершили полет шесть космонавтов, и все эти полеты были успешно выполнены.
Создание КК и РН «Восток» и полеты первых космонавтов заложили основы первой в мире техники, технологии и организации пилотируемых полетов в космос. Они стали основой дальнейшего развития этой техники в нашей стране.
Практически в течение того же периода времени, начиная с 1958 г., в США также широким фронтом развернулись работы по осуществлению первой в этой стране пилотируемой космической программы «Меркурий». В конце 50-х годов в США не было достаточно мощной РН, и поэтому одновременно с работой над самим КК спешно на базе имевшейся ракеты создавалась и РН.
Испытания проводились в несколько этапов: вначале беспилотные отработочные полеты, затем два первых полета американских космонавтов (А. Шепард и В. Гриссом) по баллистической траектории на высоту до 190 км и полет КК с обезьяной на борту с выходом на орбиту искусственного спутника Земли. И, наконец, первый орбитальный 3-витковый полет совершил 20 февраля 1962 г. Дж. Гленн (КК «Френдшип-7»).
РН «Атлас-Ди», которая использовалась для орбитальных полетов, была способна выводить на низкую околоземную орбиту (с перигеем 160 км и апогеем 260 км) полезную нагрузку массой не более 1,35 т при стартовой массе 111,3 т. Поэтому КК «Меркурий» создавался при крайне жестких массогабаритных ограничениях, что наложило отпечаток на его компоновку, конструкцию и выбор основных систем.
Рис. 4. Компоновка КК «Меркурий»: 1 — космонавт, 2 — ферма двигательной установки САС, 3 — сбрасываемая связка двигателей тормозной двигательной установки, 4 — кресло космонавта, 5 — ручка включения САС, 6 — пульт космонавта, 7 — герметичная кабина, 8 — основной и запасной парашюты, 9 — сопла управления по тангажу, 10 — баки с перекисью водорода, 11 — вытяжной парашют, 12 — основной двигатель двигательной установки САС, 13 — двигатель сброса и увода двигательной установки САС, 14 — датчик инфракрасной вертикали, 15 — двигатели управления по рысканию (курсу), 16 — перископ, 17 — ручка управления ориентацией КК, 18 — двигатели управления по крену, 19 — теплозащитный экран
Основу КК «Меркурий» (рис. 4) составляла возвращаемая на Землю капсула (как ее назвали американские специалисты). В отличие от СА корабля «Восток» капсула имела форму усеченного конуса (со сферическим днищем) диаметром 1,89 м и цилиндрической верхней частью, в которой размещались парашюты. При возвращении на Землю капсула совершала неуправляемый баллистический спуск при торможении в атмосфере вперед днищем, которое испытывало при этом наибольший нагрев. Коническая и цилиндрическая поверхности капсулы подвергались гораздо меньшему нагреву. Поэтому тяжелый теплозащитный экран устанавливался только на днище (за счет этого удалось уменьшить общую массу теплозащиты до 380 кг).
В передней части КК располагались антенная и парашютная секции, а на заднем днище корабля устанавливался блок из трех тормозных двигателей.
Внутри герметичной кабины с внутренним свободным объемом 1,1 м3 космонавт, одетый в герметичный; скафандр, размещался в кресле, перед ним находились иллюминатор и пульт управления. В случае аварии РН. на старте и в полете до отделения двигателей первой ступени предусматривался увод всего КК с помощью порохового двигателя САС, который размещался на ферме над кораблем (см. рис. 4) и мог включаться по командам автоматики с Земли или космонавтом.
Система жизнеобеспечения КК «Меркурий» существенно отличалась от аналогичной системы КК «Восток». Прежде всего, и это относится к последующим американским КК «Джемини» и «Аполлон», внутри кабины создавалась чисто кислородная атмосфера с давлением 228–289 мм рт. ст. Далее, по мере потребления, кислород, который на КК «Меркурий» хранился в газообразном состоянии в баллонах высокого давления, подавался в кабину и скафандр космонавта.
Для удаления углекислого газа использовалась система с гидроокисью лития. На случай возникновения пожара на орбите предусматривалась разгерметизация капсулы, жизнедеятельность космонавта в этом случае поддерживалась системой жизнеобеспечения скафандра. Скафандр охлаждался кислородом, который подавался к нижней части тела и использовался также для дыхания.
Температура и влажность воздуха поддерживались с помощью теплообменников испарительного типа. В первых образцах системы влага собиралась с помощью губки, которая периодически отжималась; однако в условиях невесомости такая система работала неудовлетворительно, вода скапливалась на стенках трубок. В последующих модификациях системы этого КК (а также позднее на КК «Джемини» и «Аполлон») применили фитильный способ сбора конденсата.
Система жизнеобеспечения и другие системы КК «Меркурий» были рассчитаны на полет до 1,5 сут. Самый длительный полет (Г. Купера в 1963 г.) продолжался 34 ч 20 мин.
Электропитание систем обеспечивалось аккумуляторными батареями (три основные, одна независимая для питания пиросредств и две резервные) с напряжением 24 В и суммарной емкостью 68,7 А.ч. Часть аппаратуры КК «Меркурий» требовала переменного тока, который получался при помощи статических преобразователей. Характерной особенностью конструкции КК «Меркурий» (а также КК «Джемини» и «Аполлон») являлась однопроводная система электропитания, подобная применяемой в большинстве самолетов и автомобилей. Такая система проще и легче двухпроводной, однако в принципе больше подвержена отказам.
