30 мая компания Илона Маска SpaceX и NASA запустили первый коммерческий пилотируемый космический корабль Crew Dragon. Благодаря ему США смогли впервые за десять лет запустить людей на орбиту со своей территории. В честь этого события вспоминаем статью Cybersport.ru с рассказом о двух важнейших космических миссиях — а помогут нам компьютерные игры.
Первый полет человека в космос
12 апреля 1961 года — один из самых прорывных дней в истории: впервые человек взлетел настолько высоко, что способен был видеть целые континенты и океаны. Эту миссию поручили Юрию Алексеевичу Гагарину — тогда еще 27-летнему пилоту истребительной авиации. В качестве ракеты-носителя использовалась модификация военной Р-7 под названием «Восток». Такое же имя носил и первый космический корабль.
Для разбора миссии Гагарина мы будем использовать симулятор Orbiter 2010. Он представляет собой набор инструментов для имитации космических полетов, в том числе и межпланетных. В оригинальной версии есть несколько реальных и вымышленных кораблей, а функционал позволяет добавлять пользовательские модификации. Именно такую мы и нашли для нашего материала.
Миссия стартует на еще не достроенном космодроме Байконур в 6 часов утра. Ракета проходит последние предполетные подготовки — ее заправляют топливом и поднимают к ней штангу с лифтом, на котором Гагарин поднимается на самый верх, где располагается вход в корабль.
«Минутная готовность!» — объявил Центр управления полетами. «Вас понял, минутная готовность, — ответил Гагарин. — Занимаю исходное положение». Вскоре запустились все двигатели первой ступени, и ракета устремилась вверх. Очень скоро она начала наклоняться в сторону Земли — и это абсолютно штатная ситуация. Вопреки мнению людей, далеких от космоса, выход на орбиту — это не только набор нужной высоты. По сути, орбитальный полет — это бесконечное падение. Говоря простым языком, нам нужно разогнать предмет с такой скоростью, чтобы он успевал залететь за горизонт, пока не коснется земли. Именно эта скорость называется первой космической и нужна для выхода на орбиту. Она равна 28 тыс. км/ч. И как раз чтобы эту скорость развить по горизонтали, ракета при взлете начинает отклоняться.
Спустя 100 секунд топлива в первой ступени не осталось, и ускорители отсоединились. Еще через 180 секунд отработала вторая ступень, а еще через 280 отключилась и третья. Именно на этом этапе и началась невесомость, и бортовой журнал Гагарина стал парить в кабине корабля. В этот момент, кстати, произошла первая нештатная ситуация — команда с Земли на отключение третьей ступени не сработала. Автоматический таймер был настроен на более позднее отключение, из-за чего орбита оказалась примерно на 100 км выше расчетной. Из-за этого Гагарин рисковал задержаться в космосе на 20 дней, если бы не сработал тормозной двигатель. Это означало, что он погибнет, так запас воздуха и еды не был рассчитан на такой срок.
Как только корабль вышел на орбиту, самое время посмотреть на органы управления. На картинке ниже мы подписали, за что отвечают тумблеры, переключатели и индикаторы «Востока»:
Несмотря на некоторые недочеты, советские инженеры хорошо подготовили первый космический корабль к полету, поэтому Гагарину практически не пришлось делать что-то вручную. Из-за ошибки при выведении на орбиту ему нужно было только скорректировать параметры «Глобуса» (в игре с Земли приходят параметры, которые мы вводим с помощью ручки «Корректировка»). Все остальное работало в автоматическом режиме.
Отдельно можно рассказать про панель с кодом разблокировки ручного управления. Она была только на первом корабле «Восток», так как человечество тогда не совсем понимало, какое психологическое воздействие окажет полет в космос. Ученые предполагали, что Гагарин может потерять самоконтроль и решит взять управление на себя, тем самым поставив под угрозу всю операцию. Поэтому ручное управление было заблокировано кодом — в случае необходимости его могли либо сообщить с земли, либо космонавт должен был открыть специальный конверт. Он был запечатан так, что только полностью вменяемый человек мог достать содержимое. Но на всякий случай Гагарину код сообщили непосредственно перед посадкой в корабль.
Пока «Восток» двигался по орбите, первый космонавт лишь наблюдал за тем, чтобы все системы вовремя включались, и проводил простейшие эксперименты — ел, пил, делал записи карандашом и голосом, а также периодически сообщал в центр управления полетами о своем состоянии. Как только загорелся индикатор «Спуск I», «Восток» начал подготовку систем для спуска с орбиты. Далее активировался индикатор «Спуск II» — корабль начал автоматическую ориентацию для включения тормозной установки. Игра позволяет нам выполнить ориентирование вручную. Но так как Гагарин этого не делал, мы тоже доверимся автоматике.
Как только корабль достиг правильного направления — засветился индикатор «Спуск III». Спустя несколько секунд он погас, загорелся индикатор «Работа ТДУ», а вместе с ним заработала и тормозная двигательная установка. После этого в центре управления вздохнули с облегчением: «Восток» сошел с орбиты и начал терять высоту. Аппаратный отсек должен был отделиться от спускаемой капсулы, как только двигатель остановится, но автоматика заблокировала это действие из-за недобора импульса. Из-за этого корабль начал неконтролируемое вращение. В теории мы можем активировать ручное управление и исправить ситуацию, но, опять же, Гагарин этого не делал, и мы не будем.
Когда «Восток» вошел в плотные слои атмосферы, соединяющие кабели перегорели и отсеки разделились. Вращение прекратилось, а спускаемая капсула оказалась в плазменном облаке температурой 3-5 тыс. градусов по Цельсию. Это прекратилось, когда скорость упала до необходимых значений. На высоте 7 км сработала катапульта, и Гагарин начал спуск на парашюте. Из-за проблем при выдаче тормозного импульса и несвоевременного разделения отсеков первый космонавт приземлился далеко от назначенного района, но советские системы ПВО давно засекли капсулу, и поисково-спасательная группа уже направлялась к селу Смеловка Саратовской области.
Последняя нештатная ситуация произошла уже практически перед приземлением. За километр до посадки также должен был раскрыться запасной парашют, по какой-то причине после выхода из нагрудного ранца он просто провалился вниз в сложенном состоянии. Но вскоре все исправилось, и Гагарин благополучно коснулся земной поверхности на двух парашютах, как и было запланировано.
Первый полет шаттла
12 апреля — знаменательный день не только для советской космонавтики, но и для ее главных конкурентов в этой сфере. Ровно через 12 лет после полета Гагарина американцы сделали новый рывок в освоении космоса — испытали первую в мире многоразовую космическую систему Space Shuttle. Корабль должен был стартовать 10 апреля, но из-за технических неполадок пуск перенесли на два дня. Судьба сама сделала так, чтобы историческое событие произошло в День космонавтики.
Для обзора первого запуска шаттла мы возьмем симулятор Space Shuttle Mission 2007. В отличие от Orbiter, где многие возможности либо реализованы недостаточно точно, либо их вовсе нет, SSM 2007 является детально проработанным процедурным симулятором. И вместо того чтобы читать и изучать 1161-страничный мануал NASA, можно на практике изучить все органы управления и возможности корабля на примере конкретных миссий, реализованных в Space Shuttle Mission 2007. Их там несколько десятков, но в нашем материале мы рассмотрим самую первую под кодовым названием STS-1 на корабле «Колумбия».
Старт шаттла происходит с космодрома имени Джона Кеннеди на мысе Канаверал во Флориде. После запуска миссии в симуляторе мы видим всю систему, состоящую из двух твердотопливных ускорителей, топливного бака и ракетоплана Orbiter на стартовом столе. До запуска еще почти два часа, но как раз на этом этапе астронавты NASA — командир Джон Янг и пилот Роберт Криппен — прибыли на космодром и поднялись на лифте на вершину стартового стола, где им предстояло занять свои места в кабине. Orbiter вмещает до восьми членов экипажа, но в первой миссии в такой команде не было смысла — два астронавта вполне могли справиться с поставленными задачами, а рисковать большим количеством жизней не было необходимости.
За час и 40 минут до старта экипаж начал предполетную подготовку корабля. Мы оказываемся в кабине и видим огромное количество тумблеров, кнопок, переключателей. Оно и неудивительно — сложная космическая система не может управляться как обычный автомобиль или даже самолет.
Но казуальным игрокам не стоит сразу пугаться — разработчики Space Shuttle Mission 2007 помогают найти нужную кнопку, подписывая панель, на которой она расположена, и отмечая ее желтой стрелкой. И каждое действие они сопроводили инструкциями, которые выводятся снизу экрана. Если же пользователь — астронавт NASA или провел в игре тысячи часов, изучив все операции, он может отключить эту функцию, повысив уровень сложности.
Итак, астронавты заняли свои места. Они сразу активируют систему связи командира и пилота (многие органы управления дублированы). Затем тестируется система отмены миссии, закрывается боковой люк, через который астронавты попадают в кабину, и включается её изолированная вентиляция. Далее активируются другие системы жизнеобеспечения экипажа… Ладно, не будем вас грузить и сразу переместимся к старту. А весь процесс работы экипажа перед стартом можно наблюдать на видео.
За минуту до запуска советуем переключиться на вид снаружи корабля — никаких действий в кабине в ближайшее время не потребуется, поэтому можно будет насладиться видами взмывающего вверх космического аппарата. Примерно через десять секунд после старта шаттл начинает поворачивать в сторону, чтобы ракетоплан находился снизу, а топливный бак и ускорители — сверху. Это предусмотрено программой полета, чтобы между экипажем и центром управления полетами была устойчивая связь.
Через 2 минуты и 5 секунд отсоединяются твердотопливные ускорители. Они упадут в Атлантический океан — их оттуда достанут, восстановят и используют в следующих миссиях Space Shuttle. Через 4 минуты 20 секунд после старта корабль достигает точки, после которой аварийная отмена миссии без выхода на орбиту невозможна. Еще примерно через 4 минуты достигается расчетная орбита — главные двигатели останавливаются, внешний топливный бак отсоединяется и падает на землю, а экипаж чувствует невесомость.
Сразу после выхода на орбиту астронавтам снова приходится поработать. Они выполняют стандартные для большинства миссий операции — активируют систему орбитального маневрирования, закрывают разъемы, через которые был подсоединен внешний топливный бак, а также открывают створки грузового отсека. Вне зависимости от того, есть ли груз на борту, это необходимая операция — там располагаются радиаторы, которые охлаждают некоторые системы (да, в холодном космосе это все равно необходимо).
Тесты различных систем во время миссии STS-1 длились более двух суток. Примерно через 53 часа после старта началась подготовка к посадке. Она происходит по следующему алгоритму: сначала корабль разворачивается задом, затем тормозная двигательная установка замедляет его скорость, и шаттл сходит с орбиты. Затем он разворачивается днищем к Земле под строго определенным углом порядка 40 градусов.
Скорость и угол должны быть рассчитаны идеально. Если допустить ошибку, то корабль либо отскочит от атмосферы, из-за чего миссия затянется и посадка пройдет не по плану, либо разрушится при входе в плотные слои атмосферы, что закончится трагедией. И чтобы операция прошла по плану, нам опять нужно запустить необходимые системы и программы.
Вход в плотные слои атмосферы происходит на скорости 27 тыс. км/ч. Торможение осуществляется за счет автоматических маневров и сопротивления воздуха, в который упирается покрытое тепловой защитой дно корабля. Как и в случае с «Востоком», да и любым другим спускаемым космическим аппаратом, шаттл окружает плазма температурой в несколько тысяч градусов по Цельсию. Экипажу в этот момент остается только наблюдать за происходящим и ждать, пока автоматика сама погасит скорость до необходимых 2,7 тыс. км/ч, а затем и до 400 км/ч на высоте примерно 25 км.
Самое время переключить корабль в режим атмосферного полета. Для этого нам нужно активировать зонд, считывающий параметры воздуха, а также включить экран пилота и систему расчета траектории приземления. Казалось бы, самое сложное позади, и осталось только применить свои навыки пилотирования — корабль приземляется как обычный самолет. Но и здесь у шаттла есть сюрприз даже для тех, кто легко посадит Boeing 747 в любую погоду в авиасимуляторах. Реальность такова, что даже опытные игроки в авиасимы вряд ли справятся с этой задачей с первого раза.
Проблемы у шаттла сразу две. Первая — у ракетоплана несколько десятков двигателей, но ни один из них не предназначен для атмосферного полета. Главные нужны для разгона на старте, а остальные — для орбитального маневрирования, корректировки ориентации на орбите и так далее. Поэтому регулировать скорость тягой не получится. Вторая — короткие крылья шаттла. Они создают очень мало подъемной силы, поэтому планировать на относительно малой скорости по горизонтали он почти не может. Если сравнивать его с обычным самолетом, то шаттл скорее падает как бетонный блок, чем планирует. Но спустя несколько неудачных попыток к поведению челнока привыкаешь, и задача по его посадке ставится намного легче.
Очень хорошо помогает система расчета посадочной траектории — пилоту, по сути, необходимо совмещать ромб и квадрат (на финальном этапе посадки — круг) на экране. Если часто отклоняться от курса, то есть риск потерять скорость или высоту и не долететь до полосы. И учитывая, что управляется челнок хуже «кукурузника», звучит это намного проще, чем делается. Самый сложный момент — последние три километра перед касанием полосы. Нужно резко опустить нос вниз, чтобы набрать достаточную скорость для возможности выйти на горизонтальную траекторию за 600 метров до земли, выпустить шасси за 90 метров и не удариться о ВПП на скорости 350 км/ч. Как только произошло касание земли, нужно выпустить тормозные парашюты. Незадолго до остановки они отстреливаются — это тоже ручная операция.
После остановки корабля астронавты проводят в нем еще 30-40 минут — шаттл остывает после входа в атмосферу. Но в Space Shuttle Mission 2007 мы завершили миссию, как только «Колумбия» остановилась.
За 30 лет эксплуатации шаттлов пять челноков совершили 135 полетов в космос. Несмотря на две катастрофы с гибелью экипажей, программа внесла колоссальный вклад в освоение космоса — шаттлы выводили спутники на орбиту, в том числе и телескоп «Хаббл», участвовали в строительстве Международной космической станции, а также доставляли туда людей. И все это можно повторить в Space Shuttle Mission 2007. Помимо STS-1 и простого испытательного полета, в симуляторе доступны еще 24 миссии, где игроку предстоит управлять манипулятором Canadarm, стыковаться с МКС и даже с другим шаттлом для спасения его экипажа. И несмотря на то что программу закрыли еще в 2011 году, спустя девять лет каждый может освоить эту технику. Жаль только, что испытать свои навыки в реальности уже точно не получится.