Почему же была выбрана именно такая схема, ставшая в последующие годы классической?
При спуске КК на Землю используется, как известно, торможение КК в атмосфере. Практически вся энергия, которую сообщила РН кораблю, должна при торможении рассеяться в атмосфере. Определенная часть этой энергии идет на нагрев корабля при взаимодействии КК с атмосферой. Без хорошей тепловой защиты КК просто сгорит, как сгорает большая часть метеороидов и закончивших свое существование спутников. Но тепловая защита значительно увеличивает массу корабля, поэтому ею покрывают не весь корабль, а только СА. Например, КК «Восток» имел стартовую массу 4725 кг, при этом масса СА составляла 2460 кг.
Имеются и другие преимущества такой схемы КК, о которых пойдет речь дальше.
Торможение СА в атмосфере продолжается до тех пор пока сила сопротивления не сравняется с силой его веса. При этом скорость движения СА обычно равна 150–200 м/с, однако чтобы обеспечить безопасное приземление космонавтов, скорость снижения СА у поверхности Земли не должна превышать по крайней мере 10 м/с. Наиболее простым и эффективным способом достижения такой скорости является торможение при помощи парашютов. Именно такая схема спуска выбрана для СА корабля «Восток».
Развертывание парашютов при больших скоростях является непростой задачей. Введением сразу основного купола, например, ее не решить. В этом случае были бы слишком велики нагрузки — и для СА, и для самого парашюта. Да и для того чтобы вытянуть плотно уложенный парашют из контейнера, требуется сила не в одну сотню килограммов. Задачу приходится решать при помощи целой системы, состоящей из вытяжного, тормозного и основного парашютов. Масса парашютной системы также практически пропорциональна массе спускаемой части КК. Поэтому чем меньшая часть КК приземляется, тем меньше его суммарная масса.
СА совершал посадку на основном парашюте со скоростью около 10 м/с. Однако Ю. А. Гагарин и другие первые космонавты могли приземляться независимо от СА — на своем индивидуальном парашюте со скоростью 5–6 м/с. Это осуществлялось при помощи катапультируемого кресла, которое устанавливалось на специальных направляющих и выстреливалось из СА после отделения (по команде от барореле) крышки люка СА на высоте около 7 км при скорости 220 м/с. Затем раскрывался тормозной парашют кресла, а через несколько десятков секунд на высоте 4 км (при скорости 70–80 м/с) — и основной парашют космонавта.
Выбранная схема приземления позволила решать ряд задач в случае возникновения аварийной ситуации и обойти часть не до конца ясных (в то время) проблем. Например, катапультирование кресла с космонавтом предусмотрели также на случай аварии РН на старте и на начальном участке полета.
Итак, была выбрана схема приземления КК «Восток». Как очевидно, эта схема во многом определила компоновку и конструкцию СА и КК в целом. При ее выборе и, как мы увидим дальше, при решении других проблем руководствовались чаще всего двумя соображениями: во-первых, сделать все надежнее, а во-вторых, легче.
Одним из фундаментальных вопросов при проектировании КК является также выбор формы СА. Эта форма определяет ряд важнейших параметров полета при спуске в атмосфере (нагрузки, устойчивость, нагрев и т. д.). Для КК «Восток» выбрали СА, имеющий форму сферы диаметром 2,3 м. Такая форма наиболее проста, гарантировала устойчивость движения, не требовала управления. Масса необходимой теплозащиты сферического СА составила около 800 кг, перегрузки при неуправляемом, так называемом баллистическом спуске в атмосфере не превышали 9 — 10 единиц; значения этих параметров оказались приемлемыми для данного проекта.
При выбранном подходе стремились расположить в СА только те системы и приборы КК, которые необходимы в течение всего полета, в том числе и на участке спуска и приземления, или те, которые непосредственно используют космонавты. Все остальное оборудование размещалось в приборном отсеке. Свободный объем герметической кабины СА составлял 1,6 м3.
Две основные системы поддерживают необходимые условия в кабине КК — система жизнеобеспечения и система терморегулирования. Как известно, человек потребляет кислород, выделяет углекислый газ, тепло и влагу. Эти две системы как раз и обеспечивают поглощение углекислого газа, пополнение кислородом, отбор из воздуха избыточной влаги и отвод тепла. В кабине КК «Восток» поддерживалась «земная» воздушная атмосфера с давлением 755–775 мм рт. ст. и 20–25 %-ным содержанием кислорода.
В некоторой части система терморегулирования (и частично система жизнеобеспечения) напоминала знакомый многим бытовой кондиционер. Система содержала воздушно-жидкостной теплообменник, по змеевику которого протекала охлажденная жидкость (хладоноситель). Вентилятор прогонял через теплообменник теплый и влажный воздух кабины, который охлаждался и на его холодных поверхностях конденсировалась влага. В кабине имелась также дополнительная резервная система охлаждения, действие которой основано на поглощении тепла при испарении жидкости (в данном случае воды).