Сейчас подлинные сферические спускаемые аппараты ранней истории отечественной космонавтики можно увидеть в музеях космонавтики разных городов. Например, в музее РКК «Энергия» в подмосковном Королеве или калужском музее истории космонавтики имени К. Э. Циолковского. Серебристые шестиугольники экранно-вакуумной теплоизоляции сохранились даже на историческом «Востоке-1», который вывел первого человека – Юрия Гагарина – на околоземную орбиту. Обычно спускаемый отсек «Востока-1» хранится в музее РКК «Энергия», но периодически его выставляют на временных выставках в Москве.

У Apollo «фольга» хоть и пострадала, но сохранилась примерно на двух третях всей поверхности, что также говорит о неравномерности воздействия воздуха на боковую поверхность спускаемого аппарата. Причина, по которой боковые поверхности Apollo сохраняются лучше, чем поверхность «Союзов», – геометрия корабля.

ГЕОМЕТРИЯ

Спускаемые отсеки кораблей «Союз» и китайского Shénzhōu, а также межпланетные спускаемые аппараты «Зонд» и Chang'e 5-T1 спроектированы по схеме, которую советские конструкторы назвали «фара» за сходство профилей. Они представляют собой колоколообразные отсеки с наклоном стенок около 7 градусов, т. е. их форма близка к цилиндрической. Максимальный диаметр «фары» в донной части, в месте крепления лобового теплозащитного экрана, а минимальный – наверху, в области переходного люка.

Форма кораблей Apollo и Orion, а также автоматических зондов Европы ARD и японского HSRC намного ближе к усеченному конусу. Угол наклона стенок Apollo составлял 32,5 градуса. Такая форма влияет на степень воздействия газов и плазмы, которые срываются с края лобового теплозащитного экрана и уносятся потоком воздуха. Чем плотнее поток воздуха прижимается к поверхности космического аппарата, тем большее воздействие он может на нее оказать и тем больше сажевых частиц с теплового щита может попасть на боковые стенки корабля. Больший наклон стенок Apollo приводит к тому, что корпус находится как бы в тени теплового щита, который закрывает от наиболее интенсивных струй воздуха и горячей плазмы.

Разница формы ударной волны в воздухе в зависимости от формы спускаемого аппарата. Слева – моделирование спуска Apollo на скорости 4,4 Маха, справа – «Союза» на скорости 5 Махов. NASA, University of Manchester

По данным разработчиков «Союза», максимальная температура внешней стороны боковой стенки корабля при спуске не превышает 700 °С, и только в одном месте – на выступающем блоке двигателей ориентации – она достигает 1000 °С. Теплозащиту корабля Apollo испытали еще до пилотируемых запусков, в 1967 году. Тепловые датчики, размещенные в бортах спускаемого аппарата Apollo 4, показали нагрев не выше 400 °С. Разумеется, разработчики «Союза» понимали, что стенки будут сильно нагреваться, но геометрия была вынужденная – ради увеличения полезного пространства и из-за ограничений по максимальному диаметру космического корабля, которых не было у создателей Apollo.

Схематические эскизы обтекания воздушными потоками спускаемых аппаратов «Союз» и Apollo по результатам численного моделирования. Rakhab C. Mehta

Спускаемый аппарат «Зонда-7» в Демонстрационном зале кафедры «Космические аппараты и ракеты-носители» (СМ-1) Дмитровского филиала МГТУ им. Н.Э. Баумана. Экскурсию проводит заведующий лабораторией, старший преподаватель кафедры Геннадий Кулиш. Съемка со стороны аппарата, наименее подверженной атмосферному воздействию. Фото автора

Пожалуй, самый сильный нагрев спускаемого аппарата класса «Союза» за всю историю космонавтики произошел 21 сентября 1968 года во время посадки прототипа космического корабля «Зонд-5».