Программа "Джемини": Технологии и особенности пилотируемых полётов.

Введение

1961–1966 Программа пилотируемых космических полётов США

Система катапультирования Gemini никогда не испытывалась с герметизированной кабиной Gemini, заполненной чистым кислородом, как это было перед запуском. В январе 1967 года трагический пожар на «Аполлоне-1» продемонстрировал, что использование чистого кислорода для герметизации космического корабля создавало крайне опасную пожароопасную ситуацию. В устной истории 1997 года астронавт Томас П. Стаффорд прокомментировал прерванный запуск Gemini 6 в декабре 1965 года, когда он и командир корабля Уолли Ширра едва не катапультировались:

Gemini стал первым пилотируемым космическим кораблём, оснащённым бортовым компьютером – Gemini Guidance Computer, для облегчения управления и контроля маневров в ходе миссии. Этот компьютер, иногда называемый бортовым компьютером космического корабля «Джемини» (OBC), был очень похож на цифровой компьютер ракеты-носителя «Сатурн». Объём основной памяти Gemini Guidance Computer составлял 4096 адресов, каждый из которых содержал 39-битное слово, состоящее из трёх 13-битных «слогов». Все числовые данные представляли собой 26-битные целые числа с дополнительным кодом (иногда использовавшиеся как числа с фиксированной точкой), которые хранились либо в первых двух слогах слова, либо в аккумуляторе. Инструкции (всегда с 4-битным кодом операции и 9-битным операндом) могли располагаться в любом слоге. В отличие от «Меркурия», в Gemini использовались радиолокатор и искусственный горизонт в полёте, аналогичные тем, что применяются в авиационной промышленности. Как и в «Меркурии», в Gemini использовался джойстик для обеспечения астронавтами ручного управления рысканием, тангажом и креном. Gemini добавил управление трансляцией космического корабля (вперед, назад, вверх, вниз и в стороны) с помощью пары рукояток в форме буквы T (по одной для каждого члена экипажа). Управление трансляцией обеспечивало сближение и стыковку, а также контроль траектории полёта экипажем. Те же типы контроллеров также использовались в космическом корабле «Аполлон». Изначально предполагалось, что Gemini будет приземляться на твёрдую поверхность, а не в море, используя крыло Рогалло вместо парашюта, при этом экипаж будет сидеть вертикально, управляя движением корабля вперед. Для этого аэродинамический профиль крепился не только к носу корабля, но и к дополнительной точке крепления для балансировки вблизи теплового щита. Этот трос был закрыт металлической полосой, проходящей между двумя люками. В конечном итоге от этой конструкции отказались, и для посадки в море стали использоваться парашюты, как в «Меркурии». Капсула подвешивалась под углом, близким к горизонтальному, так, чтобы тепловой щит первой стороной касался воды. Это устранило необходимость в посадочной подушке, использовавшейся в капсуле «Меркурий».

Модуль адаптера

Модуль адаптера, в свою очередь, был разделен на модуль Retro и модуль оборудования.

Ретро модуль

Модуль Retro содержал четыре твердотопливных ретроракеты TE M 385 Star 13E, каждая из которых имела сферическую форму, за исключением ракетного сопла. Ракеты были прочно закреплены на двух балках, пересекающихся под прямым углом в центре и простиравшихся через диаметр модуля Retro. Начало возвращения осуществлялось последовательным включением ретроракет, по одной за раз. В случае аварийной отмены запуска на определенных этапах, они включались одновременно, отталкивая спускаемый модуль от ракеты-носителя "Титан".

Модуль оборудования

Gemini был оснащён системой управления ориентацией и маневрирования в пространстве (OAMS), включавшей в себя шестнадцать двигателей для управления перемещением по всем трём взаимно перпендикулярным осям (вперед/назад, влево/вправо, вверх/вниз), а также для управления ориентацией (тангажом, рысканием и креном), как и в Mercury. Управление перемещением позволяло изменять наклон и высоту орбиты, что было необходимо для сближения с другими космическими аппаратами и стыковки с ракетой-мишенью Agena Target Vehicle (ATV), оснащённой собственным ракетным двигателем для более значительных изменений орбиты. В первых миссиях короткой продолжительности электропитание обеспечивалось батареями, а в последующих, более длительных миссиях впервые в пилотируемых космических аппаратах были использованы топливные элементы. В некоторых аспектах Gemini был более продвинутым, чем Apollo, поскольку разработка последней началась почти на год раньше. Благодаря своим характеристикам, напоминающим истребитель, он получил название «космический корабль пилота», что было во многом обусловлено влиянием Гаса Гриссома на его конструкцию. Именно в этот период американская пилотируемая космическая программа продемонстрировала явное превосходство над советской в отношении продолжительности полётов, сближения и возможности выхода в открытый космос. В этот же период Советский Союз разрабатывал космический корабль «Союз», предназначенный для доставки космонавтов на Луну, однако политические и технические проблемы стали препятствовать реализации проекта, что привело к окончательному закрытию советской лунной программы с экипажем.

Ракета-носитель

Titan II дебютировала в 1962 году как МБР второго поколения, разработанная для ВВС в качестве замены ракете Atlas. Благодаря использованию гиперголического топлива, она могла храниться дольше и быстро приводиться в готовность к запуску, а также имела более простую конструкцию с меньшим количеством компонентов. Единственным недостатком была чрезвычайная токсичность компонентов топлива – тетроксида азота и гидразина – по сравнению с жидким кислородом и РП-1, используемыми в ракете Atlas. Однако, из-за проблем с продольными колебаниями (pogo oscillation), ракета долгое время не могла быть сертифицирована для пилотируемых полётов. Для запуска ракеты-носителя использовалась уникальная радиокомандная система наведения, применяемая только на космодроме мыса Кеннеди.

Космонавты

Дик Слейтон, как директор по операциям с экипажами, нес основную ответственность за назначение экипажей для программы Gemini. Каждый полет имел основной и резервный экипаж, при этом резервный экипаж через три полета переходил в статус основного. Слейтон планировал предоставить первоочередное право на командование миссиями четырем оставшимся действующим астронавтам из "Меркурий Семи": Алану Шепарду, Гриссому, Куперу и Ширре. (Джон Гленн ушел в отставку из НАСА в январе 1964 года, а Скотт Карпентер, которого некоторые в руководстве НАСА обвинили в проблемном возвращении "Авроры-7", находился в отпуске для участия в проекте SEALAB ВМС и был отстранен от полетов в июле 1964 года из-за травмы руки, полученной в мотоциклетной аварии. Сам Слейтон продолжал оставаться не допускаемым к полетам из-за проблем с сердцем.) Что касается Шепарда, то во время тренировок в рамках проекта Gemini его нарушение вестибулярной функции, вызванное болезнью Меньера, фактически отстранило его от полетов и исключило из списка экипажей до проведения коррективной операции. Он не полетел на Gemini, но вернулся в космос на "Аполлоне-14" в качестве командира. Наименования мест в кабине – командира (левое кресло) и пилота (правое кресло) – были заимствованы из квалификаций пилотов ВВС США: "Командир экипажа" и "Пилот". В 10 пилотируемых миссиях Gemini приняли участие шестнадцать астронавтов:

Группа Астронавт Род войск Миссия, основной экипаж Миссия, резервный экипаж
Группа 1 Гордон Купер ВВС Gemini 5 Командир экипажа Gemini 12 Командир экипажа
Вирджил "Гус" Гриссом Gemini 3 Командир экипажа Gemini 6A Командир экипажа
Уолтер М. Ширра ВМС Gemini 6A Командир экипажа Gemini 3 Командир экипажа
Группа 2 Нил Армстронг Гражданский Gemini 8 Командир экипажа Gemini 5 Командир экипажа Gemini 11 Командир экипажа
Фрэнк Борман ВВС Gemini 7 Командир экипажа Gemini 4 Командир экипажа
Чарльз "Пит" Конрад ВМС Gemini 5 Пилот Gemini 8 Командир экипажа Gemini 11 Командир экипажа
Джим Ловелл ВМС Gemini 7 Пилот Gemini 4 Пилот Gemini 12 Командир экипажа Gemini 9A Командир экипажа
Джеймс Макдивитт ВВС Gemini 4 Командир экипажа
Томас П. Стаффорд Gemini 6A Пилот Gemini 3 Пилот Gemini 9A Командир экипажа
Эд Уайт Gemini 4 Пилот Gemini 7 Командир экипажа
Джон Янг ВМС Gemini 3 Пилот Gemini 6A Пилот Gemini 10 Командир экипажа
Группа 3 Эдвин "Базз" Олдрин ВВС Gemini 12 Пилот Gemini 9A Пилот
Юджин Сернан ВМС Gemini 9A Пилот Gemini 12 Пилот
Майкл Коллинз ВВС Gemini 10 Пилот Gemini 7 Пилот
Ричард Ф. Гордон ВМС Gemini 11 Пилот Gemini 8 Пилот
Дэвид Скотт ВВС Gemini 8 Пилот
Астронавты, отобранные, но не полетевшие
Группа 1 Алан Шепард КС Gemini 3 Командир экипажа
Группа 2 Эллиот Си Гражданский Gemini 9 Командир экипажа Gemini 5 Пилот
Группа 3 Уильям Андерс ВВС Gemini 11 Пилот
Чарльз Бассетт Gemini 9 Пилот
Алан Бин КС Gemini 10 Командир экипажа
Клифтон Уильямс КМП Gemini 10 Пилот

Выбор экипажа

В конце 1963 года Слейтон выбрал Шепарда и Стаффорда для Gemini 3, Макдивитта и Уайта для Gemini 4, а Ширру и Янга для Gemini 5 (которая должна была стать первой миссией сближения с аппаратом «Агена»). Резервным экипажем для Gemini 3 были Гриссом и Борман, которые также планировались для Gemini 6, как первая длительная миссия. Конрад и Ловелл были назначены резервным экипажем для Gemini 4. Задержки в производстве целевого аппарата «Агена» привели к первой перестановке в ротации экипажей. Миссия Ширры и Янга была перенесена на Gemini 6, и они стали резервным экипажем для Шепарда и Стаффорда. Гриссому и Борману затем была назначена длительная миссия Gemini 5. Вторая перестановка произошла, когда у Шепарда развилась болезнь Меньера – заболевание внутреннего уха. Гриссом был назначен командиром Gemini 3. Слейтон считал, что Янг лучше совместим с Гриссомом, и поменял места Стаффорда и Янга. Затем Слейтон назначил Купера командиром длительной миссии Gemini 5. Снова, из соображений совместимости, он перевел Конрада с должности резервного командира Gemini 4 на место пилота Gemini 5, а Бормана – на должность резервного командира Gemini 4. Наконец, он назначил Армстронга и Эллиота Си резервным экипажем для Gemini 5. Третья перестановка в назначении экипажа произошла, когда Слейтон посчитал, что Си не соответствует физическим требованиям для выхода в открытый космос (EVA) на Gemini 8. Он назначил Си командиром Gemini 9, а Скотта – пилотом Gemini 8, а Чарльза Бассетта – пилотом Gemini 9. Четвертая и последняя перестановка экипажа Gemini произошла после гибели Си и Бассетта, когда их учебно-тренировочный самолет разбился, случайно врезавшись в здание McDonnell в Сент-Луисе, где находилась капсула Gemini 9. Резервный экипаж, состоящий из Стаффорда и Сернана, был переведен в основной экипаж Gemini 9A. Ловелл и Олдрин были переведены из резервного экипажа Gemini 10 в резервный экипаж Gemini 9. Это освободило путь для Ловелла и Олдрина, чтобы стать основным экипажем Gemini 12. Наряду с гибелью Гриссома, Уайта и Роджера Чаффи во время пожара на «Аполлоне-1», эта окончательная расстановка помогла определить состав первых семи экипажей «Аполлона» и определить, кто получит шанс первым ступить на Луну.

In late 1963, Slayton selected Shepard and Stafford for Gemini 3, McDivitt and White for Gemini 4, and Schirra and Young for Gemini 5 (which was to be the first Agena rendezvous mission). The backup crew for Gemini 3 was Grissom and Borman, who were also slated for Gemini 6, to be the first long duration mission. Finally Conrad and Lovell were assigned as the backup crew for Gemini 4. Delays in the production of the Agena Target Vehicle caused the first rearrangement of the crew rotation. The Schirra and Young mission was bumped to Gemini 6 and they became the backup crew for Shepard and Stafford. Grissom and Borman then had their long duration mission assigned to Gemini 5. The second rearrangement occurred when Shepard developed Ménière's disease, an inner ear problem. Grissom was then moved to command Gemini 3. Slayton felt that Young was a better personality match with Grissom and switched Stafford and Young. Finally, Slayton tapped Cooper to command the long duration Gemini 5. Again for reasons of compatibility, he moved Conrad from backup commander of Gemini 4 to pilot of Gemini 5, and Borman to backup command of Gemini 4. Finally he assigned Armstrong and Elliot See to be the backup crew for Gemini 5. The third rearrangement of crew assignment occurred when Slayton felt that See wasn't up to the physical demands of EVA on Gemini 8. He reassigned See to be the prime commander of Gemini 9 and put Scott as pilot of Gemini 8 and Charles Bassett as the pilot of Gemini 9. The fourth and final rearrangement of the Gemini crew assignment occurred after the deaths of See and Bassett when their trainer jet crashed, coincidentally into a McDonnell building which held their Gemini 9 capsule in St. Louis. The backup crew of Stafford and Cernan was then moved up to the new prime crew of Gemini 9A. Lovell and Aldrin were moved from being the backup crew of Gemini 10 to be the backup crew of Gemini 9. This cleared the way through the crew rotation for Lovell and Aldrin to become the prime crew of Gemini 12. Along with the deaths of Grissom, White, and Roger Chaffee in the fire of Apollo 1, this final arrangement helped determine the makeup of the first seven Apollo crews, and who would be in position for a chance to be the first to walk on the Moon.

Усовершенствованный Близнецы

McDonnell Aircraft, главный подрядчик программ Mercury и Gemini, также был одним из первоначальных претендентов на основной контракт программы Apollo, но уступил North American Aviation. Позже McDonnell попытался продлить программу Gemini, предложив ее модификацию, которая могла бы использоваться для выполнения цислунной миссии и даже для осуществления пилотируемой посадки на Луну раньше и с меньшими затратами, чем Apollo, однако эти предложения были отклонены NASA. Для усовершенствованных миссий Gemini рассматривался широкий спектр применений, включая военные полеты, доставку экипажей и грузов на космические станции, а также лунные полеты. Предложения по лунным миссиям варьировались от повторного использования систем стыковки, разработанных для целевого аппарата Agena, на более мощных разгонных блоках, таких как Centaur, способных вывести космический корабль на Луну, до полной модификации Gemini для обеспечения посадки на лунную поверхность. Предполагалось, что это позволит осуществлять пилотируемые облеты Луны до готовности Apollo, предоставлять аварийное укрытие или спасать экипажи Apollo, потерпевшие бедствие, или даже заменить программу Apollo. Некоторые предложения по Advanced Gemini использовали космические корабли Gemini, не подвергавшиеся изменениям по сравнению с оригинальной программой, в то время как другие предусматривали модификации, позволяющие увеличить экипаж, стыковаться с космическими станциями, посещать Луну и выполнять другие задачи миссии. Также рассматривались другие модификации, такие как добавление крыльев или парашюта к космическому кораблю, чтобы обеспечить возможность горизонтальной посадки.

Большой Близнецы

Большой "Близнецы" (или "Большой G") – ещё одно предложение компании McDonnell Douglas, представленное в августе 1969 года. Оно предназначалось для обеспечения большого объема и универсального доступа в космос, включая миссии, которые впоследствии были реализованы с помощью "Аполлона" или космического челнока. Исследование было проведено для разработки предварительного проекта логистического космического корабля на базе "Близнецов", предназначенного для снабжения орбитальной космической станции. Проектом предусматривались посадка на землю в заранее выбранном месте, а также восстановление и повторное использование корабля. Были определены два базовых варианта космического корабля: минимально модифицированная девятиместная версия Gemini B под названием Min Mod Big G и 12-местная передовая концепция, имеющая ту же внешнюю геометрию, но оснащенная новейшими подсистемами, названная Advanced Big G. Для использования с космическим кораблем рассматривались три ракеты-носителя: Saturn IB, Titan IIIM и Saturn INT 20 (S IC/S IVB).

Военные применения

ВВС проявляли интерес к системе Gemini и решили использовать собственную модификацию космического корабля в качестве пилотируемого аппарата для пилотируемой орбитальной лаборатории. С этой целью космический корабль "Джемини-2" был модернизирован и повторно запущен на вершине макета MOL, отправленного в космос ракетой-носителем Titan IIIC. Это был первый случай, когда космический корабль совершал два полёта в космос. ВВС также рассматривали возможность адаптации космического корабля Gemini для военных задач, таких как приблизительное наблюдение за поверхностью Земли (возможность установки специализированной разведывательной аппаратуры отсутствовала) и отработка сближения с подозрительными спутниками. Этот проект получил название "Blue Gemini" ("Голубой Близнец"). ВВС не устраивало, что возвращение "Gemini" осуществлялось силами ВМС США, поэтому планировалось, что "Blue Gemini" в конечном итоге будет оснащён крылом и совершать посадку на трёх опорах, унаследованных от первоначального проекта Gemini. Первоначально некоторые представители NASA приветствовали возможность разделения затрат с ВВС, но впоследствии было решено, что NASA эффективнее управлять программой Gemini самостоятельно. Проект "Blue Gemini" был закрыт в 1963 году министром обороны Робертом Макнамарой, который посчитал, что необходимые военные эксперименты могут быть проведены в рамках полётов Gemini, осуществляемых NASA. Программа MOL была отменена министром обороны Мелвином Лэрдом в 1969 году, после того как было установлено, что те же функции могут быть выполнены беспилотными разведывательными спутниками значительно более экономично.