Создание первых искусственных спутников Земли. Начало изучения Луны. Спутники "Зенит" и "Электрон"

     Занимаясь созданием баллистических ракет дальнего действия и особенно межконтинентальной ракеты Р-7, Сергей Павлович Королев постоянно возвращался к идее практического освоения космоса. Его мечта приобретала реальные очертания и была близка к осуществлению. Состоявшиеся встречи С.П.Королева с ведущими учеными страны по различным направлениям науки, особенно по геофизике и астрономии, определили основные задачи исследований в космическом пространстве.
     16 марта 1954 г. состоялось совещание у М.В.Келдыша, где был определен круг научных задач, решаемых с помощью искусственных спутников Земли. Об этих планах поставили в известность Президента Академии наук СССР А.Н.Несмеянова.
     27 мая 1954 г. С.П.Королев обратился к Д.Ф.Устинову с предложением о разработке ИСЗ и направил ему докладную записку "Об искусственном спутнике Земли", подготовленную М.К.Тихонравовым, в которой давался подробный обзор состояния работ по ИСЗ за рубежом. При этом высказывалась, можно сказать, основополагающая мысль о том, что "ИСЗ есть неизбежный этап на пути развития ракетной техники, после которого станут возможными межпланетные сообщения". Обращалось внимание на то, что за последние два-три года возросло внимание зарубежной печати к проблеме создания ИСЗ и межпланетным сообщениям. Заботились инициаторы работ по ИСЗ и о том, чтобы сообщить нужную информацию на этот счёт и другим ответственным лицам, принимавшим решение: вопросы приоритета должны быть главным аргументом в течение всего последующего периода развития космонавтики.
     В августе 1954 г. Совет Министров СССР утвердил представленные В.А.Малышевым, Б.Л.Ванниковым, М.В.Хруничевым и К.Н.Рудневым предложения по проработке научно-теоретических вопросов, связанных с космическим полётом.
     Среди инициаторов постановки вопроса об ИСЗ постепенно зрела уверенность, что удастся добиться положительного решения.
     Важное значение для положительного решения вопроса имело совещание 30 августа 1955 г. у Председателя ВПК В.М.Рябикова. С.П.Королев шел на заседание к В.М.Рябикову с новыми предложениями. По его заданию Е.Ф.Рязанов подготовил данные о параметрах космического аппарата для полёта к Луне. Для этого исследовались два варианта 3 ступени ракеты Р-7 с компонентами топлива: "кислород - керосин" и "моноокись фтора - этиламины". Аппарат доставляемый к Луне должен был иметь массу 400 кг в первом варианте и 800...1000 кг во втором.
     М.В.Келдыш поддержал идею создания трёхступенчатой ракеты в лунном варианте, а инженер-полковник А.Г.Мрыкин выразил озабоченность о выполнении сроков разработки ракеты Р-7, считая, что разработка спутника отвлечет внимание от основных работ, и предложил отложить создание спутника до завершения испытаний ракеты Р-7.
     Постановление о работах по ИСЗ было принято 30 января 1956 г. Эти постановлением предусматривалось создание в 1957-1958 гг. и выведение ракетой типа Р-7 неориентированного ИСЗ (объект "Д") массой 1000-1400 кг с аппаратурой для научных исследований массой 200-300 кг. Срок первого пробного пуска объекта "Д" устанавливался в 1957 г.
     Этим же Постановлением общее научное руководство и обеспечение аппаратурой для исследований возлагалось на Академию наук СССР; создание ИСЗ как специального носителя аппаратуры для научных исследований - на Министерство оборонной промышленности; разработка комплекса системы управления, радиотехнической аппаратуры и телеметрических систем - на Министерство радиотехнической промышленности; создание гироскопических приборов - на Министерство судостроительной промышленности; разработка комплекса наземного пускового, заправочного и подъёмно-транспортного оборудования - на Министерство машиностроения; проведение пусков - на Министерство обороны.
     К июлю 1956 г. эскизный проект был готов и определился состав научных задач, решаемых спутникам, что составило идейную основу новой разработки. С помощью спутника "Д" предусматривалось проведение научных исследований, включая измерение плотности, ионного состава атмосферы, корпускулярного излучения Солнца, магнитных полей, изучение космических лучей и т.д. Наряду с этими задачами планировалось получение данных, относящихся к созданию более совершенных ориентированных ИСЗ, в частности по тепловому режиму спутника, торможению его в верхних слоях атмосферы и продолжительности обращения на орбите, особенностям движения относительно центра масс, точности определения координат и параметров орбиты, вопросам энергопитания бортового оборудования с использованием солнечных батарей.
     Поставленные задачи определили конструкцию космического объекта "Д". Сбрасываемый защитный кожух состоял из трёх отдельных частей (переднего малого конуса и двух полуоболочек), которые в момент отделения конуса разбрасывались в разные стороны пружинными механизмами и освобождали антенны, устанавливавшиеся в рабочее положение с помощью своих механизмов. На поверхности спутника располагались жалюзи системы терморегулирования, состоящие из 16 отдельных секций, открывающих и закрывающих змеевики-радиаторы с помощью четырёх электроприводов, управляемых системой электроавтоматики системы терморегулирования. Кроме того, на поверхности спутника были установлены солнечные батареи (четыре секции на боковой поверхности, четыре - на верхнем и одна - на нижнем днище).
     На спутнике впервые была установлена система управления бортовым комплексом в релейно-проводном исполнении с автоматическим электронным программно-временным устройством (АПВУ) и радиорелейным обменом данными о состоянии систем спутника по замкнутому контуру "космический аппарат - Земля". В качестве основного компонента системы управления бортовым комплексом был применён логический автомат (ЛА) в виде единого электрического комплекса для реализации функций логической обработки командных воздействий, поступающих от программно-временного устройства радиолинии, формирования и выдачи команд в системы коммутации и распределения электроэнергии по системам обеспечения подрыва пиротехничских средств, контроля исполнения команд. Бортовые системы к логическому автомату подключались с помощью кабельной сети.
     На Земле создавался комплекс средств, обеспечивающих получение информации, передаваемой со спутника, наблюдения за его орбитой, а также передачу необходимых команд на борт спутника. Такой комплекс должен был включать достаточно большое количество измерительных пунктов (до 15), размещенных на территории СССР. При чрезвычайно коротких сроках создания спутника для наблюдения за его полётом приходилось рассчитывать только на средства наблюдения, предназначенные для ракеты Р-7, ограничить время полезной работы спутника всего 7-10 сут и не надеяться на достаточную точность измерений орбиты.
     Такой, заранее ограниченный подход оправдывался тем, что спутник "Д" был только предпосылкой для разработки ориентируемого спутника "ОД", снабженного системой ориентации, сбрасываемой кассетой для доставки результатов исследований с орбиты на Землю, лёгкой малогабаритной аппаратурой, а также солнечной батареей в качестве источника энергии.
     К концу 1956 г. выяснилось, что есть реальная угроза срыва намеченных планов по запуску ИСЗ типа "Д" из-за трудностей создания научной аппаратуры и более низкого удельного импульса тяги двигателей ракеты Р-7 (304 с вместо 309...310 с по проекту). Правительством был установлен новый срок запуска - апрель 1958 г.
     В связи с этим ОКБ-1 внесло предложение о запуске простейшего спутника массой порядка 100 кг в апреле-мае 1957 г. до начала Международного геофизического года (июль 1957 г.). В связи с новым предложением ОКБ-1 15 февраля 1957 г. было принято Постановление, предусматривающее выведение простейшего неориентированного спутника Земли (объект "ПС") на орбиту, проверка возможности наблюдения за "ПС" на орбите и прием сигналов, передаваемых с объекта "ПС". Разрешалось выведение двух спутников с использованием двух ракет Р-7 (8К71) с минимальными доработками. Запуск спутников разрешался только после одного-двух пусков ракеты Р-7 с положительными результатами.
     Простейший спутник ПС-1 представлял собой герметичный контейнер сферической формы диаметром 580 мм. Его корпус состоял из двух полуоболочек со стыковочными шпангоутами, соединенных между собой 36 болтами. Герметичность стыка обеспечивалась резиновой прокладкой. После сборки контейнер заполнялся осушенным азотом до давления 1,3 кг/см² . В верхней полуоболочке располагались две антенны, состоящие из двух штырей каждая (одна имела штыри длиной по 2,4 м, другая - по 3,9 м), а также пружинный механизм, разводящий штыри на угол 35о от продольной оси контейнера. Снаружи верхняя полуоболочка была покрыта защитным экраном, а на её внутренней поверхности располагался кронштейн для крепления радиопередатчика с двумя частотами излучения (разработчик В.И. Лаппо из НИИ-885, Главный конструктор М.С.Рязанский). Блок электропитания, состоящий из трёх батарей серебряно-цинковых элементов, был создан в Институте источников тока под руководством Н.С.Лидоренко. В состав аппаратуры ПС-1 входили также дистанционный переключатель, вентилятор системы терморегулирования, сдвоенное термореле и контрольные термо- и барореле.

Сборочный чертеж первого искусственного спутника Земли (ИСЗ)

     Радиопередатчик мощностью 1 Вт периодически излучал сигналы длительностью 0,4 с попеременно на волнах 7 и 15 м. Длительность сигналов изменялась при повышении (выше 50⁰С) или понижении (ниже 0⁰ С) температуры и при падении давления ниже 0,35 кгс/см² за счёт срабатывания одного из контрольных тер-мо- или барореле. Температура в ПС-1 поддерживалась вентилятором, срабатывающим от сдвоенного термореле при температуре выше 23⁰ С. Источники энергопитания были рассчитаны на беспрерывную работу в течение двух недель. Общая масса ПС-1 составила 83,6 кг. Для стыковки ПС-1 предусматривался жёстко закреплённый с блоком ракеты Р-7 переходной отсек. Специальная система отделения спутника от ракеты обеспечивала сброс головного обтекателя и после разделения самостоятельный полёт ПС-1.
     Изготовление первого ИСЗ было настолько срочным, что работа производственников и конструкторов происходила одновременно. Основная трудность была в изготовлении сферических полуоболочек гидровытяжкой, их сварке со шпангоутом и полировке наружных поверхностей: на них не допускалась даже малейшая царапина, сварка швов должна быть герметичной и контролировалась рентгеном, а герметичность собранного контейнера проверялась гелиевым течеискателем ПТИ-4.
     При экспериментальной отработке спутника проводились макетирование размещения бортовой аппаратуры, кабельной сети и механизмов; проверки на герметичность спутника после его сборки с помощью гелиевого течеискателя; отработка процессов сброса головного обтекателя и отделения спутника от ракеты-носителя (макетный образец спутника многократно стыковался и отстыковывался от РН с одновременным сбросом головного обтекателя); отработка теплового режима в целях определения реальных температур спутника.
     Экспериментальная отработка спутника подтвердила высокую надёжность его конструкции, аппаратуры, что позволило принять решение о его запуске.
     Подготовка спутника к полёту на полигоне проводилась в монтажно-испытательном корпусе технической позиции РН, где было организовано специальное рабочее место. Все системы спутника подвергались проверке на функционирование.
     Подготовка ракеты Р-7 ПС на технической позиции проводилась под особым контролем и наблюдением, причём особое внимание уделялось контролю правильности прохождения команд на сброс головного обтекателя и отделение спутника.
     Запуск ракет с первым искусственным спутником Земли осуществлялся в соответствии с "Программой проведения пробных запусков простейших неориентированных ИСЗ (объект "ПС") с помощью изделия 8К71ПС", утвержденной Д.Ф.Устиновым, В.Д.Калмыковым, А.Н.Несмеяновым, В.М.Рябиковым, М.И.Неделиным.

     Пуск ракеты с первым ИСЗ состоялся 4 октября 1957 г. в 22 ч 28 мин по московскому времени (это был пятый пуск ракеты Р-7). 2 ступень ракеты со спутником вышла на орбиту с перигеем 223 и апогеем 950 км и временем одного оборота вокруг Земли 96,2 мин. спутник находился на орбите до 4 января 1958 г., совершив 1440 оборотов, центральный блок ракеты совершил 882 оборота вокруг Земли и вошёл в плотные слои атмосферы 2 декабря 1957 г.
     Запуск первого спутника Земли и его полёт получил ошеломляющей мировой резонанс. Практически вся мировая пресса говорила об этом событии.
     10 октября 1957 г. по личной просьбе Н.С.Хрущева было принято решение о срочной подготовке и запуске нового спутника Земли к 40-летию Октября. Во исполнение этого решения было предложено закрепить жёстко специальную раму с кабиной, в которой находилось подопытное животное, герметичный корпус первого спутника с радиопередатчиком и отдельно прибор для исследования ультрафиолетового и рентгеновского излучения Солнца. Спутник закрывался головным обтекателем, сбрасываемым в конце активного участка полёта.
     Для передачи на Землю значительно увеличенной информации использовалась доработанная многоканальная система "Трал", которая устанавливалась на ракете. По предложению руководителя КБ МЭИ А.Ф.Богомолова эта телеметрическая система после активного участка траектории с помощью специального программного устройства переключалась на передачу информации с систем спутника во время его орбитального полёта.
     Экспериментальная отработка спутника ПС-2 по объёму работ была аналогична работам со спутником ПС-1, за исключением того, что не проводилась отработка процесса отделения спутника от РН, так как спутник ПС-2 в полёте не отделялся от РН, герметичность проверялась в барокамере, макетирование происходило одновременно со сборкой штатного образца, на функционирование были испытаны все служебные системы и научная аппаратура спутника, а также тщательно проверена кабина и система автоматики кормления собаки.
     После окончания всех проверок кабина была передана медицинской группе для установки источников питания, пищи и посадки животного. После установки в кабину источников питания при малейших её толчках начиналось искрение, оказалось, что электрическая схема кабины была сделана однопроводной, клеммы батарей не изолированы, а кабельная сеть изготовлена с применением металлической экранной оплетки. Пришлось все это исправлять.
     Подготовка ракетно-космического комплекса на стартовой позиции происходила без замечаний. Пуск ракеты Р-7 ПС N М1-2ПС был произведён 3 ноября 1957 г. в 7 час 22 мин по московскому времени.
     Спутник совершил 2570 оборотов вокруг Земли и прекратил существование 14 апреля 1958 г. По орбите ИСЗ впервые совершило полёт живое существо - собака Лайка.
     Работы по подготовке к запуску спутника типа "Д" шли своим чередом. Для запуска спутника на базе ракеты Р-7 была разработана ракета 8А91 с некоторым форсированием тяги двигательных установок, в том числе и управляющих двигателей. Ракета-носитель 8А91 имела стартовую массу 268,6 т (на 5,9 т меньше, чем ракета Р-7) и измененную циклограмму работы двигателей всех блоков.
     Экспериментальная отработка спутника типа "Д" была идентична объёму и содержанию экспериментальной отработки спутника ПС-1. Подготовка спутника на технической позиции происходила в апреле 1958 г., при этом особое внимание уделялось проверке впервые применявшихся солнечных батарей. Первый пуск РН 8А91 со спутником типа "Д" был произведён 27 апреля 1958 г., но спутник не был выведен на орбиту из-за аварии РН, по причине возникновения продольных колебаний. После анализа этой аварии было решено проводить дросселирование двигателей в конце полёта 1 ступени.
     15 мая 1957 г. состоялся успешный пуск РН 8А91, третий ИСЗ вышел на орбиту, близкую к расчётной, и просуществовал до 6 апреля 1960 г., т.е. 692 суток, более, чем в два раза превысив расчётное время.
     Разработка конструкции, изготовление и запуски ракет-носителей с ПС-1, ПС-2 и с объектом "Д" положили начало развитию принципиально новой техники в нашей стране - созданию космических аппаратов и ракет-носителей.
     Запуск первых искусственных спутников Земли показал, что летательные аппараты могут в течение длительного времени функционировать в космическом пространстве, однако для решения конкретных задач межпланетных полётов необходимо иметь ракету-носитель, способную вывести на орбиту искусственного спутника Земли не только космический аппарат, но и разгонную ступень, которая обеспечивала бы старт его с околоземной орбиты и получение при этом второй космической скорости (более 11,2 км/с).
     Постановлением от 20 марта 1958 г. предусматривалась разработка лунной станции и трёхступенчатой ракеты 8К72 на базе ракеты Р-7 с целью получения второй космической скорости и попадания лунной станции на Луну (первый вариант) или облёта ею Луны (второй вариант).
     Время на проектно-конструкторскую разработку, изготовление и отработку было минимальным: нужно было сохранить приоритет СССР в освоении космоса и исследовании Луны.
     Эскизный проект третьей ступени ракеты Р-7, названной блоком Е, был выпущен в 1958 г. Ракетный блок Е имел начальную массу 8 т, массу полезного груза 350-450 кг, тягу двигателя 5 тс и компоненты топлива "кислород-керосин". Управление полётом осуществлялось специальными соплами на отработанном газе после турбонасосного агрегата по командам автономной системы управления. Впервые предусматривалось поперечное деление ступеней с запуском двигателя в условиях космического пространства.
     Работа по созданию двигателя 8Д714 для ракетного блока Е была возложена совместно на ОКБ-154 (С.А.Косберг) и ОКБ-1 (М.В.Мельников).
     Для высотных испытаний камеры сгорания, органов управления и двигателя в целом с органами и элементами систем управления и регулирования в ОКБ-1 была создана газодинамическая эжекторная установка, на которой проводилась экспериментальная отработка одноступенчатого и "пушечного" запуска кислородно-керосиновой камеры сгорания ракетного блока Е.
     При создании ЖРД были решены многие научно-технические проблемы такие, как запуск в условиях космического пространства, обеспечивающий надёжное отделение последней ступени ракеты по схеме "горячего" поперечного деления; управление полётом последней ступени космической ракеты с помощью малых сил за счёт малой величины момента (эксцентриситета силы тяги) относительно действительного центра тяжестей последней ступени ракеты; создание новых органов управления, использующих отработанный газ после турбины двигателя для получения системы малых управляющих реактивных сил.
     Блок Е обеспечивал выведение межпланетных станций Е1 (для пролета вблизи Луны), Е1А (для достижения поверхности Луны), Е2, Е2А, Е3 (облёт Луны, фотографирование обратной её стороны и передачу изображения на Землю) на траекторию полёта к Луне и сообщение им второй космической скорости. Отделение станции происходило после выключения двигательной установки блока Е.
     Межпланетные станции первой группы с индексами Е1 и Е1А различались между собой, в основном, настройкой применяемой научной аппаратуры, а конструктивно были подобны первому спутнику ПС-1. Герметичный корпус станций имел сферическую форму, тепловой режим обеспечивался путём обдува аппарата вентилятором с передачей тепла к корпусу, внешняя поверхность которого была обработана с обеспечением необходимых оптических коэффициентов излучения и поглощения.
     В корпусе была установлена трубчатая ферма, на которой размещались: аппаратура радиокомплекса и автоматики; научная аппаратура для исследования метеорных частиц, измерений магнитного поля Земли и Луны, газовой компоненты межпланетного вещества и корпускулярного излучения Солнца, регистрации тяжёлых ядер в первичном космическом излучении, интенсивности и вариаций интенсивности космических лучей, фотонов; источники тока (серебряно-ртутные батареи); вымпелы, свидетельствующие о принадлежности аппарата Советскому Союзу.
     Снаружи корпуса располагались штыревые и ленточные антенны, штанга с датчиком магнитометра, ионные ловушки, датчики микрометеоритов и другие приборы.
     Корпус межпланетной станции, заполнялся газообразным азотом при давлении 1,3 кгс/см². На блоке Е устанавливалось устройство для создания натриевого облака, позволяющего наблюдать за ним с Земли.
     При экспериментальной отработке станции Е1 особое внимание уделялось надёжности её отделения от ракеты-носителя, обеспечению необходимого теплового режима и надёжности функционирования приборного состава.
     Для этих целей были созданы установка для отработки разделения и тепловой макет станции. На установке разделения было проведено несколько десятков отстрелов, определялась величина навески пиропа-трона и безударность выхода станции из опорного конуса. На тепловом макете в специальном стенде НИИ-229 определялись тепловые параметры станции. Проводились также проверка станции на герметичность и отработка механизмов раскрытия антенн.
     В целях экономии времени и затрат материальной части трёхступенчатая ракета отрабатывалась одновременно с выполнением Лунной программы. Постановлением от 2 сентября 1958 г. предусматривался запуск космической ракеты к Луне в сентябре 1958 г. В сентябре 1958 г. были утверждены программы пусков станции Е1 (вариант попадания) и станции Е2А (вариант облёта).
     Первый пуск ракеты-носителя 8К72 со станцией Е1 состоялся 23 сентября 1958 г. Однако полёт завершился аварией ракеты-носителя на 87 с из-за возникновения возрастающих продольных колебаний. Суть явления состояла в том, что продольные колебания конструкции с низкой, (из-за малой упругости), частотой передавались через гидравлический тракт в ДУ, которая возбуждала ответные колебания давления в камере сгорания, вследствие чего возникало резонансное явление, приводящее к разрушению ракеты-носителя в полёте.
     При повторном пуске 12 октября 1958 г. ракета опять потерпела аварию на 104 с по той же причине.
     Аварийная комиссия во главе с членом-корреспондентом Академии наук СССР Б.Н.Петровым сумела в короткий срок досконально разобраться в физике этого явления и выработать рекомендации по его устранению. Так, впервые в мировой практике ракетостроения появился демпфер продольных колебаний, встроенный в топливную магистраль двигательной установки.
     Пуск 4 декабря 1958 г. вновь завершился аварией на 245 с полёта из-за дефекта мультипликатора насоса перекиси водорода.
     Успех пришел 2 января 1959 г. Ракета стартовала в 19 ч 41 мин 25 с. Старт и полёт всех трёх ступеней ракеты прошли нормально, а из-за больших ошибок системы радиоуправления станция прошла мимо Луны на расстоянии 5000 км и вышла на гелиоцентрическую орбиту. Научная аппаратура функционировала на удалении до 500 000 км. Впервые была осуществлена связь на столь большом расстояние. Руководством страны дана высокая оценка по созданию межпланетной станции "Луна-1" ("Мечта").
     Пуск 18 июня 1959 г. завершился аварией на 152 с из-за отказа гирогоризонта. Авария ракеты-носителя при этом запуске поставила жёсткое условие дальнейшей работы: необходимо готовить одновременно две ракеты на технической позиции, чтобы обеспечить наивыгоднейшие сроки запуска станции, причём одновременная работа на технической позиции и стартовом комплексе исключалась из-за отсутствия второй испытательной команды.
     12 сентября 1959 г. состоялся очередной пуск ракеты 8К72, который позволил полностью выполнить программу по достижению поверхности Луны. Принесли плоды тщательная подготовка материальной части и меры по обеспечению потребной точности траектории: скорость в конце активного участка траектории выдержана с точностью до нескольких метров в секунду, а отклонение вектора скорости по направлению не превышало одной десятой градуса.
     В средствах массовой информации было опубликовано сообщение о полёте межпланетной станции "Луна-2", доставившей на поверхность Луны вымпел СССР. Это произошло 14 сентября 1959 г. в 0 часов 2 мин 24 с по Московскому времени.
     Следующий этап лунной программы выполнялся станциями Е2, Е2А и Е3, которые должны были сделать и передать на Землю фотоснимки обратной, невидимой земному наблюдателю стороны Луны.
     Конструктивно эти станции были выполнены из алюминиевого сплава в виде герметичного сварного цилиндрического контейнера со сферическими днищами. На наружной поверхности устанавливались панели солнечных батарей, жалюзи системы терморегулирования, антенны радиокомплекса, иллюминаторы, датчики научной аппаратуры, датчики и микродвигатели системы ориентации. Внутри на раме размещались аппаратура радиокомплекса, автоматики, научных исследований, фототелевизионное устройство "Енисей" и буферные батареи электропитания.
     Станция Е2 была укомплектована фототелевизионной аппаратурой, изготовленной в КБ Главного конструктора А.Ф.Богомолова (ОКБ МЭИ ), а станция Е2А - аппаратурой, изготовленной в КБ Главного конструктора Е.С.Губенко.
     Система ориентации станции Е2 включала комплект из восьми датчиков положения Солнца, блок датчиков положения Луны, блок датчиков угловой скорости, систему исполнительных органов (микродвигатели, работающие на сжатом азоте) и счётно-решающий блок, преобразующий сигналы датчиков в команды. Это была первая система активной ориентации космического аппарата. Общая разработка, изготовление и испытание системы ориентации проводились в НИИ-1 МАП (руководитель Б.В.Раушенбах).
     Объём экспериментальной отработки станции Е2 был аналогичен объёму и целям экспериментальной отработки станции Е1, но дополнительно включал отработку новой системы ориентации.
     Запуск межпланетной станции Е2 состоялся 4 октября 1959 г. Система ориентации была включена после сближения с Луной, когда станция находилась в заданном положении относительно Луны и Солнца. Расстояние до Луны составляло 60000...70000 тыс. км. После экспонирования всех кадров систему ориентации отключили. Полученные фотокадры были переданы по телевизионному каналу на Землю. Станция прекратила существование 20 апреля 1960 г. в плотных слоях атмосферы. В средствах массовой информации было сообщено о полёте межпланетной станции "Луна-3".
     Автоматическая станция Е3 имела целевую задачу - сфотографировать боковую часть Луны с захватом её видимой и невидимой стороны с Земли для осуществления точной привязки при картографировании невидимой части Луны.
     Два пуска (15 и 19 апреля 1960 г.) ракеты-носителя 8К72 со станцией Е3 были аварийными из-за отказа ракеты-носителя.

Космический аппарат "Зенит"
     "Зенит-2" - автоматический спутник-разведчик, оснащенный фотоаппаратурой. По завершении орбитального полёта фотоаппараты с пленкой доставлялись в спускаемом аппарате на Землю, на нем была также установлена специальная разведывательная радиоаппаратура, информация, полученная в результате её работы, передавалась по радиотракту на средства наземного комплекса управления полётом.
     Полёты космических аппаратов "Зенит-2" были составной частью программы "Космос". Первый полёт состоялся 26.04.62 (Космос-4), десятый полёт - последний полёт этапа лётных испытаний завершился посадкой 30.10.63 г. (Космосс-20).
     Активные исследования и проектная разработка спутника начались в 1957 г. Первоначальные варианты компоновочной схемы строились на базе приборного отсека и капсулы. В приборном отсеке размещались фотоаппаратура, специальная радиоаппаратура и основные служебные системы, обеспечивающие функционирование космического аппарата в орбитальном полёте. Капсула имела коническую форму, в ней находились кассеты с фотопленкой и оборудование, необходимое для её работы при спуске и поиске после посадки. Капсула была снабжена тормозной двигательной установкой и выполняла роль спускаемого аппарата, доставлявшего с орбиты фотопленку.
     В процессе проектной разработки рассматривались варианты космического аппарата различной размерности, массой от 1,5 т до 4,5 т, при этом, уже на начальном этапе работ в состав фотоаппаратуры был включен длиннофокусный фотоаппарат (фокусное расстояние объектива порядка 1 м).
     В 1959 г. С.П.Королев предлагает отказаться от выбранной схемы и принять за основу построения спутника-разведчика компоновочную схему разрабатываемого пилотируемого космического корабля, получившего наименование "Восток". По результатам рассмотрения подробных проработок состоялось решение Главного конструктора, по которому принципиальная компоновочная схема пилотируемого корабля была принята и для спутника-разведчика.
     Разработка проекта спутника-разведчика, получившего наименование "Зенит-2", была завершена в июле 1961 г. К этому времени первый КА "Зенит-2" был изготовлен, прошёл значительную часть программы наземной экспериментальной отработки и подготовлен к отправке на полигон.
     Программа лётных испытаний космического комплекса, включавшего спутник-разведчик "Зенит-2", ракету-носитель, наземные технологическое электроиспытательное оборудование и программную радиолинию, предусматривала 10 пусков. В дальнейшем программа была скорректирована и дополнена до 13 пусков, т.к. при лётных испытаниях три КА не были выведены на орбиты ИСЗ из-за аварии ракеты-носителя (РН). Несмотря на сходство внешнего облика космический аппарат "Зенит-2" и космический корабль "Восток" существенно отличались по составу средств и принципам управления полётом.
     Много принципиальных проблем было решено в процессе разработки спутника-разведчика, в том числе, проблем научно-исследовательского плана и технических проблем, связанных с созданием новых бортовых систем, элементов конструкции, выбором принципов программного управления процессами фотографирования, создания комплекса этих средств и методики управления с учетом взаимодействия бортовых и наземных средств управления полётом.
     Очень сложной была начальная стадия создания проекта спутника, на которой определялась возможность получения в космическом полёте фотоинформации высокого качества с распознаванием образований и объектов, имеющих размеры порядка 10...15 м.
     На этом этапе разработки решалась главная задача - определить характеристики фотоаппаратуры как средства получения информации и проверить принципиальную возможность создания на борту космического аппарата условий, необходимых для функционирования этой аппаратуры.
      Задача получения фотоизображения высокой разрешающей способности с летательного аппарата, движущегося со скоростью порядка 8000 м/с на высотах 200...400 км потребовала разработки теоретических основ создания космической фотоаппаратуры, в том числе: принципов построения и расчёта оптической системы с длиннофокусными объективами и большими по размерам нагруженными многослойными иллюминаторами, систем компенсации сдвига изображения и влияния внешних факторов.
     Необходимо особо отметить проблемы создания комплекса бортовых систем космического аппарата, обеспечивающих управление его движением и программное управление фотоаппаратурой.
     Эти системы не имели аналогов в предшествующих разработках. Система ориентации должна была поддерживать в течение всего орбитального полёта, трёхосную ориентацию в орбитальной системе координат. При такой ориентации одна из осей направлена на Землю, другая - по направлению полёта. К системе ориентации предъявлялись очень высокие требования по точности ориентации осей, так как нескомпенсированная ошибка ориентации, выходящая за предел одного градуса, пагубно влияет на качество получаемого изображения.
     Впервые в системе ориентации применена схема, включающая особые гироскопические датчики, инфракрасный построитель вертикали и ряд других элементов.
     Достаточно сложной оказалась проблема управления комплексом фотоаппаратуры, реализуемого из наземного центра управления полётом. На борт космического аппарата необходимо было передавать сложные объёмные программы настройки каждого сеанса фотографирования.
     Для спутника "Зенит" впервые была разработана программная радиолиния и сопряжённое с ней бортовое программно-логическое устройство.
     Это был один из первых образцов космических радиосистем оперативного обмена значительными объёмами командно-программной информации между космическим аппаратом и комплексом средств центра управления полётом, опыт очень широко используемый сегодня для управления различными космическими аппаратами. Для получения снимков необходимой разрешающей способности температура объектива и самого фотоаппарата должна была поддерживаться с отклонением от заданного значения менее чем на 1⁰ Цельсия, а скорость изменения температуры - в пределах порядка 0,1 град/час. При этом, необходимо было учесть, что в процессе полёта космический аппарат по разному ориентирован по отношению к Солнцу, а это означает, что внешние тепловые потоки существенно изменяются, особенно с учетом "захода" космического аппарата в тень Земли.
     Комплекс этих вопросов разрабатывался ОКБ-1, с участием Заказчика и широкой кооперации с августа 1956 г. по декабрь 1960 и был оформлен в виде эскизного проекта КА "Зенит-2" в июле 1961 г., а также в виде многочисленных документов всей кооперацией, участвовавшей в создании комплекса.
     В процессе разработки корабля "Зенит-2" был создан ряд принципиально новых систем.
     Конструкция отсеков корабля "Восток", принятая за основу построения компоновочной схемы, и часть его бортовых систем (система электропитания, радиотелеметрические системы, система аварийного подрыва объекта и др.) были существенно модернизированы применительно к задачам нового космического аппарата.
     И только тормозная двигательная установка и незначительная часть систем были заимствованы для аппарата "Зенит-2" из комплектации корабля "Восток". Проверка принципиальной возможности проведения фотографирования в целях разведки была осуществлена при отработочных полётах кораблей серии "Восток".
     Первый старт РН со спутником-разведчиком "Зенит-2" был произведён 11 декабря 1961 г. Пуск был аварийным, из-за отказа третьей ступени РН космический аппарат не был выведен на орбиту.
     Следующий старт состоялся 26 апреля 1962 г. Спутник был выведен на орбиту, он получил официальное наименование "Космос-4".
     В процессе полёта производилась проверка функционирования всех систем в различных режимах работы, отрабатывались программы и методика управления полётом с Земли.
     Не все работало нормально в этом полёте, были сбои в работе фотоаппаратуры, серьезные замечания были по системе ориентации.
     После трёх суток полёта, как это и было запланировано, спускаемый аппарат приземлился в заданном районе. Этим полётом были начаты лётно-конструкторские испытания спутника-разведчика "Зенит". За полтора месяца после завершения первого полёта были проведены необходимые доработки в системах спутника, и 28 июля этого же года состоялся следующий полёт. Программа полёта была выполнена полностью, все бортовые системы работали хорошо.
     Всего в программе лётно-конструкторских испытаний планировалась реализация 10 полётов. В каждом из них предусматривались: отработка новых режимов, методические исследования, наращивание продолжительности полёта, отработка методик управления, отработка средств поиска и эвакуации спускаемых аппаратов.
     Каждый полёт давал огромный объём фактического материала по фотографированию различных участков поверхности Земли.
     В процессе лётных испытаний была проведена модернизация КА, которая позволила за счёт изменения состава разведывательной аппаратуры, совершенствования бортовых систем и методики управления полётом существенно повысить эффективность КА как спутника-разведчика и получить значительный объём данных, необходимых Заказчику.
     Начиная с четвёртого полёта ("Космос-10") комплектация разведывательной аппаратуры существенно изменилась: была исключена малоэффективная фототелевизионная система, а вместо неё установлены дополнительно два фотоаппарата с длиннофокусными объективами (F=1м), при этом фотоаппараты были модернизированы (в несколько раз увеличен запас фотопленки и доведён до 1500 кадров на каждом аппарате, существенно увеличено также качество пленки, увеличена надёжность функционирования аппаратов и др.).
     За один полёт в соответствии с программой лётных испытаний производилось фотографирование районов площадью более 10 млн.кв.км при этом разрешающая способность снимков позволяла, например, определить количество автомобилей на стоянке. Комплекс средств спутника "Зенит-2" позволял производить съёмку малыми сериями кадров и съёмку протяженных трасс, обеспечивал высокую точность привязки фотографируемых объектов, позволил решить ряд задач картографирования, осуществить привязку континентов и получить пространственное изображение местности.
     "Зенит-2" 10 марта 1964 года был сдан в эксплуатацию. "Зенит" был первым космическим аппаратом, который был сдан на вооружение.
     В штатную эксплуатацию Министерством Обороны был принят не только спутник, а целый комплекс, обеспечивающий его подготовку к запуску, выведение с помощью ракеты-носителя на орбиту ИСЗ, управление полётом, поиск и обслуживание спускаемого аппарата после приземления.
     В 1964 г. в ОКБ-1 был разработан эскизный проект нового спутника-разведчика "Зенит-4", оснащенного фотоаппаратурой с фокусным расстоянием объектива существенно больших размеров, чем на КА "Зенит-2" (F=3 м). Выпуском этого проекта в ОКБ-1 завершились работы по созданию спутников-разведчиков. Эти работы были продолжены филиалом 3 ОКБ-1 (с 1964 г. ЦСКБ Д.И.Козлов).
     Разработка спутника-разведчика "Зенит" внесла ощутимый вклад в космическую технику, в решение ряда конкретных технических и методических вопросов, его полёты подтвердили большие возможности принципиально нового "инструмента" - космического аппарата, обеспечивающего получение фотоинформации о Земле.

Спутник "Электрон"
     К подготовке эксперимента по исследованию радиационных поясов Земли в ОКБ-1 приступили в 1960 г. Было решено осуществить запуск одной ракетой - носителем типа Р-7 (8К72) двух специальных спутников, орбиты которых охватывали бы верхнюю и нижнюю границы радиационного пояса Земли, это позволило бы углубить и расширить программу исследований без дублирования американских данных, полученных ранее. К тому же, наклонение орбит в американском эксперименте существенно отличалось от намечаемой программе ОКБ-1 (30⁰ против 60⁰).
     Работы по проекту "Электрон" выполнялись на основании Постановлений от 9 мая 1960 г. и от 13 мая 1961 г. Подготовку программы научных экспериментов и её материальное обеспечение взял на себя Межведомственный научно-технический совет, возглавляемый М.В.Келдышем.
     Острой необходимостью в получении новых данных по радиационным поясам Земли для первых пилотируемых полётов не было. Эти исследования необходимы были, главным образом, для перспективных программ космических полётов по межпланетным траекториям, поэтому к ним готовились обстоятельно.
     Спутник Э-1 массой 350 кг нужно было вывести на орбиту с перигеем 425 км и апогеем около 6000 км, спутник Э-II массой 460 кг - на орбиту с перигеем 450 км и апогеем 60000 км. Спутник Э-1 размещался в трубе, расположенной перпендикулярно продольной оси ракеты, и выстреливался с помощью порохового двигателя тягой 3350 кс и временем работы 12-15 мс на активном участке 3 ступени, отделение спутника Э-II предусматривалось по стандартной схеме после достижения заданной скорости.
     Корпус спутника Э-1 состоял из двух полуоболочек радиусом 325 мм, соединенных между собой цилиндрической вставкой 650 мм. Кольцо переднего днища предназначалось для установки датчиков научной аппаратуры, центральный фланец переднего днища - для крепления механизма расчековки солнечных батарей и антенн. К шпангоуту цилиндрической вставки крепились четыре направляющих, два штифта в нижней направляющей предотвращали поворот спутника Э-1 при его движении по трубе в процессе отделения. На цилиндрической вставке устанавливались вращающиеся жалюзи барабанного типа. Заднее днище служило для установки порохового двигателя, штепсельных разъёмов, привода жалюзи, антенн и масс-спектрометров. Блоки бортовой аппаратуры компоновались внутри герметичного корпуса на раме и панели. Солнечные батареи состояли из шести откидывающихся на штангах лопастей, оклеенных элементами с двух сторон. На активном участке лопасти складывались в двенадцатигранную поверхность в два ряда, а в раскрытом положении располагались так, что их большие плоскости соответствовали шести взаимно перпендикулярным граням куба. Постоянно работающей системы ориентации не было из-за массовых ограничений.
     Корпус спутника Э-II состоял из двух полуоболочек увеличенным, по сравнению с Э-1, радиусом 400 мм, соединенных также цилиндрической вставкой высотой 850 мм. Каждая свободная поверхность спутника была оклеена солнечными батареями.
     Положение спутников Э-1 и Э-II в пространстве фиксировалось с помощью солнечных датчиков. Для управления их бортовыми системами служила командная радиолиния, обеспечивающая передачу 20 команд одновременно, и программно-временные устройства. Запоминающее устройство, полученный информации при полёте не над территорией СССР, осуществляло запись информации в двух режимах: первый - при использовании полного объёма памяти в течение 20 ч и второй - с записью циклами по 10 с через каждые 2 мин, или со скважностью 7 мин, что увеличивало время запоминания. Последний режим использовался для записи витков, не проходящих над территорией СССР. Орбита спутника Э-1 замерялась когерентным радиопередатчиком, спутника Э-II - специальной системой радиоконтроля.
     Спутники "Электрон" прошли экспериментальную отработку на специальных установках, которая включала отработку тепловых режимов объектов (верхнего и нижнего); прочностные испытания для проверки работоспособности конструкции при нагрузках в момент сброса нижнего спутника (в момент работы порохового двигателя); проверку работы системы отделения верхнего и нижнего спутников от рамы.
     Первый пуск спутников состоялся 30 января 1964 г. в 12 ч 45 мин 09 с. В полёте вся аппаратура работала нормально, но в процессе полёта было выявлено отрицательное влияние радиационных поясов на солнечные батареи, которое оказалось существенно больше расчётного. Так, на спутнике Э-1 они питали аппаратуру в течение 2 мес до 27 марта 1964 г. (485 витков), на спутнике Э-II - в течение 5 мес до 30 июля 1964 г. (164 витка).
     Ко второму запуску были приняты меры, направленные на повышение характеристик солнечных батарей и снижение потребления тока в дежурном режиме.
     Второй запуск спутников "Электрон" (Э-III аналог Э-I и Э-1V аналог Э-II) состоялся 11 июля 1964 г. в 0 ч 51 мин 02 с. При втором пуске солнечные батареи обеспечивали питанием аппаратуру спутника Э-III в течение 6 мес (вместо двух расчётных) до 13 января 1965 г. (1594 витка), а спутника Э-IV - 8,5 мес до 23 мая 1965 г. (281 виток).
     На основании полученных данных, с учетом имевшейся информации, НИИ ядерной физики МГУ составил "Модель космического пространства", позволяющую надёжно оценивать радиационную опасность при полётах пилотируемых и автоматических аппаратов и разрабатывать меры радиационной защиты.
     В июне 1965 г. состоялась первая Всесоюзная конференция по физике космического пространства, где подводились итоги работ СССР в этой области. Большинство научных докладов было посвящено различным особенностям радиационных поясов Земли, выявленных с помощью спутников "Электрон".

Далее...