Борьба за центровку и массу ЛК шла по всем направлениям. Это были и сама кабина экипажа, и ракетный блок, и посадочное устройство. Кабина экипажа — это не только дом, но и место работы. Для Лунного корабля кабина должна быть особой. Ведь из нее осуществлялось управление ЛК на участке посадки, выбор места посадки и обеспечение самой посадки. Хочешь — не хочешь, а высота ее должна быть выше человеческого роста, ведь управление при прилунении можно было осуществлять только стоя, так как была необходимость обеспечить обзор нижней сферы, т. е. смотреть вниз. Расположенные как в первой схеме (см. рис. 4), приборные отсеки были неудобны и с точки зрения обеспечения условий работы аппаратуры, и с точки зрения удлинения связей между приборами. Просился еще один отсек, так и приняли. Эволюция кабины видна на рисунке 7.
На этом же рисунке видна и эволюция приборного отсека, объемы которого задавались с учетом опыта работы над другими объектами. Можно долго рассказывать о преимуществах и недостатках той или иной схемы, но специалистам безусловно ясно, что в первую очередь предпочтение отдавалось схеме, обеспечивающей меньшую массу, хотя учитывались и условия эксплуатации, и технология изготовления, и применяемость материалов, и сложность расчетной прочностной схемы, и многое другое. Выбор формы кабины (на схеме это вариант «д») был неразрывно связан с выбором общей компоновки корабля.
Наибольшее влияние на центровочные характеристики комплекса оказывает самый тяжелый элемент в общей схеме. Этим элементом в Лунном корабле являлся ракетный блок. Первоначально предложенный ракетчиками блок стали «утаптывать» по высоте — загонять двигатель блока внутрь баков (рис. 8). И в конечном итоге двигатель прорезал бак окислителя и превратил его в тор.
Теперь очередь дошла до ЛПУ. Мы понимали, что амортизационные ноги должны замкнуться в силовом отношении на собственный каркас. Размеры этого каркаса определило расстояние от среза сопла двигателя до силового шпангоута на баке окислителя. Это расстояние составляло всего 600 мм. Было много решений по каркасу, но осталось два варианта (рис. 9).
На этом фоне разгорелись бои между проектантами (вариант «а») и разработчиками рабочей документации, по которой уже работало производство. Каждый доказывал свой вариант. К этой казалось бы чисто технической стороне вопроса привлекались специалисты других ведомств. Объективности ради нужно сказать, что иллюстративные и расчетные материалы делались качественно с обеих сторон. Споры по каждому фитингу, панели, заклепке велись до хрипоты, до нервных срывов. В конечном итоге предпочтение было отдано варианту с нервюрами.
Схемы кабины с приборным отсеком, ракетного блока были выбраны, каркас ЛПУ определен, опоры приняты, осталось решить общие вопросы: как управлять Лунным кораблем, как стартовать, как обеспечить тепловой режим, энергетику, связь, выход на поверхность, размещение оборудования и т. д.
Нахождение основного ракетного двигателя в той же части, где располагался центр масс всего корабля, не позволяло использовать его как средство управления ЛК. Было просмотрено много вариантов, и остановились в конце концов на модульном варианте: и топливные баки, и средства подачи топлива к двигателям, и сами двигатели у правления установить на единой конструкционной раме. Безусловно, для повышения эффективности нужно было их отдалить от центра масс ЛК. Так и оказался блок управления на «голове» у космонавта — его установили на кабину корабля.
Совершенно не представляли себе, как обеспечить старт взлетной ступени. Сейчас многие видят по телевидению старты ракет и имеют представление о наземных сооружениях, обеспечивающих этот процесс. А здесь задача! На Луне, откуда надо взлетать, стартовых устройств нет, значит, все стартовые средства должны быть привезены с собой. Первое, что сразу пришло в голову, использовать для этой цели каркас Лунного посадочного устройства. Свою основную роль он уже выполнил, так пусть теперь послужит стартовым столом. Кстати, у американцев роль стартового стола выполняла посадочная ступень. Борьба за низкую центровку привела к увеличению поперечного размера ракетного блока, при этом его пришлось еще «утопить» в ЛПУ. Выход из туннеля всегда сложен, да еще там на Луне, когда не ясно, какую неожиданность преподнесет незнакомая поверхность. А вдруг под соплом окажется яма, и отраженная струя газов двигателя перевернет взлетный аппарат? Все гениальное просто. А.А.Саркисьян предложил избежать этого при помощи специального экрана сферической формы, центр которого находился в центре масс взлетного аппарата. Тогда любое воздействие газов даст результирующую силу, проходящую через центр масс. Это значит, что аппарат может смещаться вбок, но не опрокидываться. Но это было полдела. Им же был предложен и отражатель газовой струи. Он представлял собой две створки, которые подводились под сопла двигателей после посадки и обеспечивали упорядоченное движение газов. Кроме того, отражатель прижимал посадочную часть ЛК к поверхности Луны при старте взлетной ступени. Выигрыш, как видим, был двойной.
При проектировании корабля, понимая всю ответственность происходящего, каждый стремился, как мы говорили, «перезаложиться», т. е. сделать свой запас, обеспечивающий безопасность работы узла, детали, системы, агрегата.
Вспоминается случай с разработкой отражателя. Получив от газодинамиков нагрузку на отражатель, необходимую для проведения расчетов на прочность, мы обратили внимание, что если распределенное по площади отражателя давление (а так рассчитывалась нагрузка) умножить на площадь отражателя, то получаемая сила в полтора раза превзойдет тягу двигателей, которые своими выхлопными газами и создавали эту нагрузку. Вот так раз! Из ничего мы получили дополнительную силу! Пришли к газодинамикам. Они и слушать не хотели о наших рассуждениях, говорили о подсосах с противоположной стороны отражателя (это в вакууме-то!) и других неизвестных составляющих. Но наконец, устыдившись, они дали нагрузку, близкую к реальной.
Облик корабля рождался в муках. В любом вопросе нужна была творческая находка, изобретение, оригинальность решения.
К этому времени уже была отработана стыковка космических аппаратов на орбите Земли. Нам предстояло стыковаться на орбите Луны с орбитальным кораблем. Нужно было новое стыковочное устройство, потому что существующее, так называемое «штырь-конус», не вписывалось в схему из-за больших линейных размеров, да и масса его оставляла желать лучшего. При стыковке на орбите Луны ошибок могло быть больше, чем на орбите Земли. Все это привело к выводу, что для Лунной экспедиции нужна была своя стыковочная система. Дефицит масс накладывал на все свой отпечаток. И если у американцев «Аполлон» и Лунный модуль могли независимо друг от друга проводить активную стыковку, т. е. выполнять динамические операции по сближению и причаливанию, наша схема предполагала, что Лунный корабль будет «пассивным». Другими словами, ЛК будет только поддерживать положение своих осей в пространстве, а сближение и стыковку будет осуществлять Лунный орбитальный корабль. Поэтому стыковочный агрегат на ЛК сделали «пассивным» (рис. 10).
Рис. 10. Стыковочный узел
Он представлял собой сотовую конструкцию с поперечными линейными размерами, превосходящими соответствующий агрегат стыковочного устройства «штырь-конус» в несколько раз. Это существенно облегчало стыковку кораблей, ведь каждая ячейка представляла собой миниатюрный «конус». Определили место установки стыковочного агрегата. Естественно, оно оказалось на блоке двигателей управления.
Проектирование любого космического аппарата не обходится без разработки вопросов обеспечения его температурных условий. Это относилось и к Лунному кораблю. Дело усугублялось тем, что, кроме тепловыделений аппаратуры, радиационного нагрева от Солнца, необходимо было учитывать и внешние температурные условия Луны. Известно, что на Луне в тени температура поверхности достигает -200 °C, а на освещенной части доходит до +130 °C. Это учитывалось при выборе места посадки — близ границы нахождения тени. Чуть позже мы подробно остановимся на системе терморегулирования, но на облике корабля не могло не отразиться наличие радиатора системы терморегулирования, который расположили по кольцу вдоль стыковочного узла. Его основная функция — сброс излишков тепла в космос за счет подбора соответствующих коэффициентов излучения окраски.