Параллельно с испытанием кораблей Л1 в беспилотном варианте предполагалось провести широкую программу научных исследований, включающих фотографирование Земли и Луны из космоса, исследование радиационной обстановки на трассе полета и в окололунном пространстве, изучение космических лучей и эксперименты с различными биологическими объектами.
В апреле 1967 г. под индексом «Космос-154» на околоземную орбиту был выведен третий экземпляр корабля Л1. Из-за отказа в системе управления, приведшего к преждевременному сбросу двигателей системы обеспечения запуска, не включилась основная двигательная установка блока «Д».
С запуска 28 сентября 1967 г. четвертого корабля начала показывать «норов» новая ракета УР500К — из шести двигателей первой ступени РН работали только пять, и носитель был подорван. В этом полете впервые сработала система аварийного спасения. При выведении пятого корабля 22 ноября того же года первая ступень носителя отработала штатно, но из четырех двигателей второй ступени вышли на режим только три. Снова сработала САС, возвратившая СА корабля на землю. При спуске СА на парашюте на большой высоте неожиданно сработали РДТТ мягкой посадки.
Наконец 2 марта 1968 г. при запуске шестого корабля РН отработала удачно и космический аппарат, получивший официальное наименование «Зонд-4», смог облететь Луну и сфотографировать ее[5]. Фактически только этот запуск стал первым зачетным. Однако из-за сбоев в работе одного из датчиков системы управления движением перед входом в атмосферу Земли и разделением отсеков не было необходимой ориентации, поэтому спуск СА был баллистическим и в незапланированный район, из-за чего СА был подорван с помощью системы самоликвидации.
23 апреля 1968 г. при запуске седьмого корабля после сброса головного обтекателя на участке работы второй ступени РН из-за короткого замыкания в одном из блоков системы автоматического управления КК на участке максимального скоростного напора сработала САС. 14 июля 1968 г. при подготовке восьмого КК Л1 к старту, который должен был состояться 21 июля, на Земле из-за нерасчетного режима наддува лопнул бак окислителя блока «Д» и запуск не состоялся.
Вторым «зачетным» стал запуск девятого КК Л1, который 15 сентября 1968 г. был выведен на траекторию облета Луны под обозначением «Зонд-5» и произвел фотографирование Земли с расстояния 85000 км. Уже при возвращении к Земле из-за ошибки операторов вышли из строя от нагрева гироплатформа и датчик ориентации. Коррекция траектории производилась с помощью микродвигателей ориентации, и СА корабля при баллистическом спуске произвел посадку в Индийском океане. Аппарат был извлечен из воды советским поисково-спасательным судном.
Десятый корабль («Зонд-6»), стартовавший 10 ноября 1968 г., облетел Луну на расстоянии 2400 км от поверхности и два раза сфотографировал ее — с расстояния 9000 км и при максимальном сближении. При возвращении корабля произошла разгерметизация корпуса СА по резиновому уплотнению что, однако, не помешало СА совершить управляемый спуск в атмосфере Земли на территорию Советского Союза. На участке парашютного спуска была зафиксирована разгерметизация парашютного контейнера по той же причине. Кроме того, произошел преждевременный отстрел стренг парашюта, и СА разбился о землю. Однако фотопленки удалось извлечь из смятых бронированных кассет и получить высококачественные снимки Земли и Луны.
Надежды космонавтов «лунного отряда» на то, что им удастся в скором времени совершить облет Луны, быстро таяли под напором все новых и новых нештатных ситуаций, выявляемых при очередном запуске. Пилотируемые пуски по программе Л1 откладывались, Распутывая причины аварий и преодолевая трудности, наша программа со временем отстала от американской. Запущенный носителем «Сатурн-5» 21 февраля[6] 1968 г. корабль «Аполлон-8» с экипажем в составе Ф. Бормана, Дж. Ловелла и У. Андерса 24 февраля выполнил облет Луны. Политический смысл продолжения облетной программы Л1 был потерян…
Однако пущенный маховик остановить сразу практически невозможно. Отменить программу, получив лишь весьма удовлетворительные результаты, было нельзя. Кроме того, корабли построены, носители ждут, график полетов необходимо соблюдать…
20 января 1969 г. из-за неполадок в работе ЖРД второй и третьей ступеней РН снова пришлось подрывать носитель. Сработавшая САС возвратила на Землю СА одиннадцатого корабля Л1. 8 августа 1969 г. двенадцатый КК под обозначением «Зонд-7» совершил облет Луны на расстоянии 1230 км от поверхности и дважды сфотографировал Землю и Луну. Практически никаких замечаний к работе систем корабля не было, и 14 августа после проведения успешного управляемого спуска в атмосфере Земли его СА приземлился южнее города Кустаная всего лишь в 50 км от расчетной точки. Теоретически именно этот запуск мог (в лучшем случае) быть пилотируемым, но руководство «добро» на запуск человека после триумфа «Аполлона-8» давать не захотело…
Полеты по программе Л1 были закончены 20 октября 1970 г. запуском тринадцатого по счету корабля, получившего обозначение «Зонд-8», который после облета Луны на расстоянии около 1200 км при возвращении через Северный полюс из-за отказа датчика ориентации совершил баллистический спуск в Индийском океане. Четырнадцатый и пятнадцатый корабли, оборудованные для пилотируемого облета Луны, так и остались невостребованными.
Лунный комплекс Л3
(ОКБ-1)
Одной из задач носителя H1, согласно первоначальному эскизному проекту, было проведение экспедиции на Луну по двухпусковой схеме. Предполагалось, что запущенные при двух стартах носителя блоки стыкуются на околоземной орбите, образуя корабль, большая масса которого позволит осуществить прямой полет к Луне. В этом случае весь корабль производит посадку на лунную поверхность, а после пребывания на Луне его взлетная часть со спускаемым аппаратом осуществляет старт и возвращение к Земле. Такой вариант экспедиции не был самым экономичным, но представлялся надежным и легко реализуемым.
При разработке лунных кораблей как в СССР, так и в США оценивались различные варианты экспедиции, включая разделение КК на функциональные части. Как показал последующий ход событий, в США оптимальным был признан вариант с разделением корабля на окололунной орбите. Однако первоначально и в Америке главным был именно «прямой» вариант. Его приняли за основу при подготовке программы «Аполлон», предложенной в середине 1961 г. после заявления президента Дж. Кеннеди о том, что Америка планирует осуществить высадку человека на Луну до начала следующего десятилетия.
Оценивая это заявление и ход программы «Аполлон», С. П. Королев вышел с предложением об ускорении работ по осуществлению лунной экспедиции в Советском Союзе. Теперь предполагалось, увеличив мощность ракеты-носителя Н1 и оптимизировав характеристики лунного корабля, осуществить экспедицию по однопусковой схеме.
Предэскизный проект лунного комплекса Н1-Л3 был подписан С. П. Королевым 25 декабря 1964 г. Согласно этому проекту советская экспедиция с высадкой на Луну одного космонавта при одновременном пребывании на окололунной орбите второго космонавта должна была состояться в 1967–1968 гг. с использованием одной РН H1 и комплекса кораблей Л3.
Лунная экспедиция по проекту Н1-Л3 должна была проходить следующим образом. Носитель Н1 стартовой массой около 2750 т выводил на низкую околоземную орбиту высотой 220 км комплекс Л3 массой 91,5 т. Так как при создании носителя предполагалось использовать ранее разработанный эскизный проект, проектанты могли пойти лишь на минимальную коррекцию параметров, заложенных в этот первоначальный проект. Масса комплекса Л3 оказалась близка к максимально возможной массе ПН варианта РН Н1 с 30 ЖРД на первой ступени.
Комплекс Л3, установленный под головным обтекателем H1, представлял собой связку из двух ракетных блоков и двух КК. На вершине связки находился лунный орбитальный корабль. Большую часть полета экипаж комплекса проводил в его жилых отсеках.
Лунный орбитальный корабль (ЛОК) был разработан на базе КК «Союз» и состоял из СА, имеющего форму фары, бытового отсека новой конструкции с выходным люком увеличенного проходного сечения и приборно-агрегатного отсека цилиндрической формы с расширяющейся конической «юбкой», внутри которого помещался сферический топливный блок основной двигательной установки (ОДУ или блок «И») корабля ЛОК. Блок, разделенный общей перегородкой, служил баком для долгохранимого самовоспламеняющегося топлива (АТ-НДМГ).
Как и на КК «Союз», спасение космонавтов комплекса Л3 в случае аварии РН осуществлялось путем увода верхней части корабля (в данном случае БО и СА корабля ЛОК) с помощью СДС, имеющей мощную твердотопливную ДУ. Отличие систем спасения лунного комплекса и КК «Союз» заключалось в том, что стабилизация уводимой части головного обтекателя с БО и СА комплекса Л3 достигалась за счет конической уводимой части и балансировочного груза, укрепленного наверху ДУ САС. РДТТ этой системы уводил СА на весьма значительное расстояние, что диктовалось гораздо большей массой РН и, как следствие, большей мощностью взрыва в случае аварии ракеты.
