Таких РН немного и они бывают двухступенчатыми, например советская «Спутник» (1957 - 1958) и американские «Atlas-B/D» (1958 - 1963). Широко используется комбинированная схема - продольно-поперечная, позволяющая совместить преимущества обеих схем. К ним относятся отечественные ракеты-носители «Восток», «Союз» и «Энергия», американские «Titan-3/4» и «Delta-4Н», европейская «Ariane-5», японские «H-II/IIA», индийская «GSLV». По особой схеме устроена американская многоразовая транспортная космическая система «Спейс Шаттл», первая ступень которой - два твердотопливных ускорителя, а вторая ступень - пилотируемый космический корабль с внешним сбрасываемым топливным баком. Спейс Шаттл Маршевая двигательная установка корабля расходует топливо из внешнего бака, когда оно будет исчерпано, бак сбрасывается. Далее работают другие двигатели корабля (маневрирования и ориентации), они же используются для маневров в космосе и торможения во время посадки.
Современные ракеты-носители, как правило, имеют не более четырех ступеней. Чтобы улучшить энергетические характеристики РН применяются стартовые ускорители, работающие, в основном, на твердом топливе. На участке полета в плотных слоях атмосферы ПН и разгонный блок, как правило, закрыты головным обтекателем, который сбрасывается в разреженных слоях атмосферы. В зависимости от энергетических характеристик и способности выводить на низкую околоземную орбиту ПН определенной массы ракеты-носители условно разделяются на классы: легкие (масса ПН до 4 т), средние (до 20 т), тяжелые (20 - 30 т) и сверхтяжелые (более 30 т). К основным характеристикам РН относятся: внешние габариты (максимальные высота и диаметр), используемое на ступенях тип топлива, число ступеней, разгонных блоков и стартовых ускорителей, стартовая масса, тяга двигательных установок на уровне моря (стартовая), максимальная масса ПН на низкой околоземной орбите. Стартовая тяга двигательной установки РН обычно выражается в меганьютонах (1 МН = 102 тс). Например, у гагаринского носителя «Восток» суммарная тяга достигала 3.4 МН = 347 тс (мощность двигательной установки - 15 х 106 кВт, или 2 х 107 л).
Большее содержание потенциальной химической энергии, запасенной в единице массы жидкого ракетного топлива, легкость регулирования рабочего режима (величины тяги) и осуществимость многократного включения и выключения ЖРД в полете предопределили главенствующую роль этих двигателей в космонавтике. ЖРД широко применяются в качестве маршевых, т. е. основных, двигателей, обеспечивающих разгон ракет-носителей (РН) и космических аппаратов (КА), торможение КА и перевод их на другие орбиты и т. д. В качестве вспомогательных двигателей ЖРД используются, например, почти во всех реактивных системах управления полетом КА.
Что касается РДТТ, то прежде всего следует отметить, что благодаря быстродействию и простоте устройства (а следовательно, надежности) этот двигатель является наиболее подходящим или даже незаменимым средством для создания тяги при проведении таких "вспомогательных" операций, как аварийное спасение космонавтов на начальном участке вывода космических кораблей на околоземные орбиты, разделение ступеней РН, раскрутка ракетных ступеней и КА с целью их стабилизации в полете, создание начальных перегрузок для нормального запуска основных ЖРД в невесомости и т. д. Во многих случаях оказывается целесообразным . использование маршевых космических РДТТ. В этом качестве твердотопливные двигатели широко применяются на верхних ступенях РН и в так называемых разгонных блоках, включаемых в космосе. Установка на ракеты-носители навесных РДТТ, включаемых при старте, является эффективным способом повышения мощности РН. В арсенале космонавтики имеются и полностью твердотопливные РН.
3. Первый полет
3.1 Подготовка к первому полету
12 апреля -- важная и памятная дата в истории всего человечества. Именно в этот день в 1961 году человек впервые побывал в космосе. Во многих странах в этот день отмечают Всемирный день авиации и космонавтики.
В Советском Союзе в разгар холодной войны началась не только гонка вооружений, но и гонка за первенство освоения космоса. Успех в космической программы автоматически означал бы для СССР или США триумф. Именно поэтому вся подготовка к первому полету человека в космос в Советском союзе проходила в условиях строжайшей секретности. Подготовка и начало программы нигде не освещались, а уже после удачного исхода были сделаны постановочные фото- и кинокадры для хроники. Но этому моменту предшествовали многие радостные и трагические события.
Решение об отборе и подготовке космонавтов к первому полету в космос на корабле «Восток-1» было принято советским руководством еще в начале 1959 года. По плану специальная комиссия ученых и военных должна была отобрать 20 кандидатов. 25 марта 1960 года отобранные кандидаты, в число которых входили только профессиональные военные летчики с отличным здоровьем и железной дисциплиной, начали регулярные занятия по ново утвержденной программе подготовки космонавтов. Первой группе отряда советских космонавтов было присвоено название «1960 Группа ВВС №1».
Программа подготовки представляла собой в большей степени широкомасштабное научное исследование. Ученые подвергали кандидатов тяжелейшим и опасным испытаниям в барокамерах, центрифугах, судо- и термокамерах, исследовали воздействие сильных вибраций на организм. Ученые проводили такие опасные испытания потому, что абсолютно не знали, с чем придется столкнуться космонавтам в открытом космосе. Как признавались участники этой группы много десятилетий спустя, их тела подвергали невероятнейшим нагрузкам, а современные программы подготовки космонавтов в сравнении с этой -- просто легкая гимнастика.
3.2 Испытание космонавтов
Из-за малейших нарушений здоровья или дисциплины участников первого отряда отчисляли. Так, не прошли испытания Валентин Варламов, Анатолий Карташов, Дмитрий Заикин, Марс Рафиков, Иван Аникеев, Валентин Филатьев. Во время испытания тишиной и одиночеством в судобарокамере погиб Валентин Бондаренко из-за случайно начавшегося там пожара.
Сергей Королев, советский конструктор и создатель советской ракетно-космической техники, чрезвычайно торопился с отправкой человека в космос, так как СССР в этой программе могли обогнать США.
После четырёхмесячного московского периода подготовки, который начался в марте 1960 года, Центр подготовки космонавтов всем своим наличным составом перебрался на постоянное место своего базирования -- в Звёздный. Там в тот момент удалось создать на первое время самые непритязательные условия для работы. Неподалёку, близ станции Чкаловской, был получен первый жилой фонд -- квартиры для размещения семей слушателей-космонавтов и части семей руководящего состава Центра подготовки космонавтов.
8апреля 1961 состоялось закрытое заседание Государственной комиссии по пуску космического корабля «Восток», которую возглавлял Председатель Государственного комитета Совета Министров СССР по оборонной технике К. Н. Руднев. Комиссия утвердила первое в истории задание человеку на космический полёт, подписанное С. П. Королёвым и Н. П. Каманиным:
Выполнить одновитковый полёт вокруг Земли на высоте 180--230 километров, продолжительностью 1 час 30 минут с посадкой в заданном районе. Цель полёта -- проверить возможность пребывания человека в космосе на специально оборудованном корабле, проверить оборудование корабля в полёте, проверить связь корабля с Землёй, убедиться в надёжности средств приземления корабля и космонавта.
3.3 Гагарин и Титов
Кроме Гагарина, были ещё претенденты на первый полёт в космос; всего их было двадцать человек (Первый отряд космонавтов СССР). Кандидаты набирались именно среди военных лётчиков-истребителей по решению Королёва, считавшего, что такие лётчики уже имеют опыт перегрузок, стрессовых ситуаций и перепадов давления. Отбор в первый отряд космонавтов проводился на основании медицинских, психологических и ряда прочих параметров: возраст 25--30 лет, рост не более 170 см, вес не более 70--72 кг, способность к высотной и стратосферной адаптации, быстрота реакции, физическая выносливость, психическая уравновешенность.
Требования к росту и весу возникли из-за соответствующих ограничений на космический корабль «Восток», которые определялись мощностью ракеты-носителя «Восток». Кроме того, при отборе кандидатов учитывались положительная характеристика, членство в партии (Гагарин стал кандидатом в члены КПСС в 1959 году, а вступил в партию летом 1960 года), политическая активность, социальное происхождение. Непосредственно лётные качества не играли решающей роли. Лётчик-испытатель Марк Галай, принимавший участие в подготовке будущих космонавтов к полёту, в книге «С человеком на борту» писал: «В любом авиагарнизоне можно было без труда встретить таких ребят. Плохо ли это? Напротив, убеждён, что очень хорошо! Ни в коей мере не умаляет достоинств первых космонавтов, но многое говорит в пользу любых авиагарнизонов.
В первом отряде космонавтов обозначились три лидера -- Юрий Гагарин, Герман Титов и Григорий Нелюбов.
Из двадцати претендентов отобрали шестерых, Королёв очень торопился, так как были данные, что 20 апреля 1961 года своего человека в космос отправят американцы. И поэтому старт планировалось назначить между 11 и 17 апреля 1961 года. Того, кто полетит в космос, определили в последний момент, на заседании ГК, ими стали Гагарин и его дублёр Герман Титов.
3 апреля 1961 года состоялось заседание Президиума ЦК КПСС, которое проводил Хрущёв. По докладу заместителя Председателя Совета Министров СССР Д. Ф. Устинова Президиум ЦК принял решение о запуске человека в космос.
8 апреля 1961 состоялось закрытое заседание Государственной комиссии по пуску космического корабля «Восток», которую возглавлял Председатель Государственного комитета Совета Министров СССР по оборонной технике К. Н. Руднев. Комиссия утвердила первое в истории задание человеку на космический полёт, подписанное С. П. Королёвым и Н. П. Каманиным:
Выполнить одновитковый полёт вокруг Земли на высоте 180--230 километров, продолжительностью 1 час 30 минут с посадкой в заданном районе. Цель полёта -- проверить возможность пребывания человека в космосе на специально оборудованном корабле, проверить оборудование корабля в полёте, проверить связь корабля с Землёй, убедиться в надёжности средств приземления корабля и космонавта.
3.4 Старт космического корабля «Восток»
Старт корабля «Восток-1» состоялся 12 апреля 1961 года в 9 часов 7 минут утра по московскому времени. Корабль стартовал с казахстанского космодрома Байконур. Взлет «Востока» обозначился многими техническими неприятностями. Они были связаны с тем, что при создании корабля больше учитывалась простота и скорость постройки, а не оптимальность применения тех или иных систем.
Когда космический корабль вышел на орбиту, Гагарин делал простые эксперименты. Он ел, пил, делал записи карандашом. Ученые не знали, как поведет себя психика человека в космосе, поэтому ручное управление кораблем было отключено, а для его включения космонавту нужно было проделать ряд операций. В 10 часов 25 минут после облета земного шара корабль начал снижать скорость и входить в атмосферу. Во время приземления корабля также возникли проблемы: загорелась обшивка от высочайших температур (до 5 тысяч градусов), после катапультирования в скафандре Гагарина не сразу открылся клапан, из-за чего он чуть не задохнулся, но космонавт все-таки приземлился живым и стал международным героем.
В виду секретности первого полета человека в космос в последующие годы и до наших дней проводятся различные расследования. Существует распространенное мнение, что до Гагарина при неудачных попытках взлета и посадки погибло несколько космонавтов, а их полеты проводились еще задолго до 1961 года. Экспериментальные орбитальные аппараты, по некоторым сведениям, запускались еще с 1957 года, а несколько из них даже вышли на орбиту с космонавтами на борту. Подтвердить такие данные сейчас вряд ли удастся, поэтому эти слухи и домыслы наверняка останутся в тени истории.
3.5 Проблемные ситуации во время полета
В ходе полета возникло немало сложных ситуаций. Произошел сбой на линии связи, не сработал датчик герметичности, в течение долгого времени не отделялся агрегатный отсек, произошло заклинивание скафандра. Единственный этап полета, который прошел так, как и было запланировано - это катапультирование космонавта и его последующее удачное приземление на небольшом расстоянии от корабля.
Были волнения перед стартом. В ходе проверки герметичности датчик показал, что крышка люка, через которую космонавт садился в корабль, якобы закрылась не плотно. В острейшем дефиците времени группа испытателей, отвернув 30 гаек с замков, запирающих люк, поправила специальный электрический контакт прижима крышки, сигнализирующий о ее нормальном закрытии. Работали так быстро, что обменялись с Гагариным только взглядами, крышку вернули на место и после проверки герметичности подтвердили готовность к пуску.
При запуске корабля, в отличие от принятой практики, персонал не эвакуировали со второй площадки на восемнадцатый километр. С.П.Королев пошел на это нарушение правил безопасности, по-видимому, для того, чтобы психологически поддержать космонавта демонстрацией уверенности в успешном исходе запуска.
Волновался ли Ю.А.Гагарин? Все отмечали его отличное, ровное настроение в день старта. Но вот что показало измерение пульса на разных стадиях подготовки, старта и полета, в определенной степени связанное с эмоциональным состоянием космонавта. За четыре часа до старта - пульс 65 ударов в минуту, за пять минут до старта - 108, на участке выведения - в конце первой минуты - выше 150, к концу участка выведения - опять около 108. В момент включения тормозной двигательной установки и при начале входа в атмосферу - 112. Во время полета в невесомости частота пульса была 97 ударов в минуту.
В процессе выведения на первых секундах полета был временный небольшой сбой в связи, который заставил всех поволноваться. Связь восстановилась.