Создание первой в мире пилотируемой орбитальной научной космической станции (ДОС) «Салют-1», стартовавшей в космос 19 апреля 1971 г., было связано с решением ряда сложных научно-технических и медико-биологических проблем. Орбитальная станция – новый тип космического аппарата, большая научная лаборатория для проведения в автоматическом режиме и с участием человека комплексных научных исследований в условиях продолжительного полета. Большой полезный вес станции и значительные объемы внутренних помещений открывали возможность для размещения на ее борту разнообразной научной аппаратуры. 

Первооткрывателями «Салюта-1» стал экипаж транспортного пилотируемого космического корабля (ТПК) «Союз-11» – командир Г.Т. Добровольский, бортинженер В.Н. Волков и инженер-испытатель В.И. Пацаев. Корабль и его стыковочный агрегат были существенно доработаны после предшествующего пилотируемого полета «Союза-10» к орбитальной станции и несостоявшейся полноценной стыковки с ней. За «Союзом-11» закреплялись функции доставки экипажа на «Салют-1» и его возвращения на Землю, транспортировки результатов научно-технических и медико-биологических исследований и экспериментов.    

7 июня 1971 г. экипаж ТПК «Союз-11» выполнил автоматическое сближение и стыковку с ДОС «Салют-1». Впервые была решена инженерно-техническая задача по доставке космонавтов на борт орбитальной станции. Инженер-испытатель В.И. Пацаев стал первым из экипажа, кто совершил переход из корабля в орбитальный блок «Салюта-1». 

Трудовые будни космонавтов на орбите начались после устранения задымления и ремонта вентиляционной системы на борту космического дома. Экипаж провел сутки в спускаемом аппарате корабля в ожидании регенерации воздуха на станции «Салют-1», после чего приступил к запланированной работе, начав с расконсервации и проверки работоспособности ее бортовых систем и научной аппаратуры. Впервые на орбите стала функционировать первая в мире пилотируемая орбитальная научная космическая станция.  

Насыщенная полетная программа экипажа ТПК «Союз-11» включала:

– эксперименты по отработке новых систем ориентации и управления, методики навигационных измерений с использованием бортовых цифровых вычислительных машин;

– комплексные исследования влияния электронного резонанса и электрических параметров окружающей станцию среды на передающие антенны;

– регистрация спектров звезд 5-й и 6-й звездной величины и туманностей с использованием астрономической обсерватории «Орион»;

– исследования интенсивности и энергетического спектра первичных космических квантов и электронов с использованием телескопа «Анна-III», физики космических лучей и микрометеоритной обстановки в окружающей станцию среде;

– фотографирование и спектрометрирование участков земной поверхности, облачного и снежного покровов Земли, дневного и сумеречного горизонтов Земли с целью получения геологических, географических и метеорологических данных;

– медико-биологические исследования.

Научно-технические и астрофизические эксперименты и исследования проводились космонавтами с помощью большого количества научных приборов и инструментов, астрофизической обсерватории «Орион» и других телескопов, размещенных в отсеках орбитального блока ДОС «Салют-1». Для выполнения медико-биологических экспериментов – с целью обеспечения всесторонней физической тренировки космонавтов и исследования возможности длительного пребывания человека в космосе – был предусмотрен разработанный специальный комплекс средств. Фото- и киносъемка, визуальное наблюдение и некоторые спектрометрические исследования осуществлялись через иллюминаторы. Всего на борту первой в мире орбитальной научной космической станции размещалось свыше 1300 приборов и агрегатов.   

Испытания аппаратуры и систем управления ДОС «Салют-1» выполнялись с целью проведения более сложных программ и исследований на пилотируемых орбитальных станциях в будущем. Экипаж обладал высокопрофессиональными знаниями об особенностях работы аппаратуры в космических условиях. В круг основных задач инженера-испытателя В.И. Пацаева входили: отработка новых приборов и бортовых систем, испытываемых в космическом полете, подготовка научной аппаратуры к проведению экспериментов.

Во время космического полета экипаж изучал состояние и качество иллюминаторов, занимался определением условий видимости и опознавания звезд на «дневном» и «ночном» участках орбиты, уровня световых помех, отработкой и изучением характеристик приборов и методов управления станцией, определением деформации станции и другими задачами. В орбитальном комплексе космонавты проводили эксперименты по исследованию человека как элемента системы управления с целью рационального распределения функций.

Важность работы по контролю состояния поверхностей иллюминаторов и характера образования загрязнений состояла в том, что любые изменения могли привести к получению необъективных результатов исследований из-за искажения наблюдаемой картины. Экипаж определял коэффициент рассеяния отдельных поверхностей с помощью специальных излучателей, регистрировал и измерял размеры каверн, возникающих при ударном воздействии микрометеоритов на внешние поверхности стекол иллюминаторов, определял их точностные характеристики и влияние тепловых режимов. Исследования космонавтами условий видимости и опознавания звезд на «дневных» и «ночных» участках орбиты способствовали уточнению требований к характеристикам визуальных оптических приборов и усовершенствованию методов выполнения режимов для ориентации пилотируемых космических аппаратов.

Особое внимание, начиная с предполетного периода, уделялось вопросу определения уровня световых помех, которые маскировали выбранные для ориентации космического аппарата ориентиры и могли повлечь нарушения в работе систем управления, либо исказить научную информацию. Во время полета космонавты наблюдали за световыми явлениями, возникающими в окрестностях орбитальной станции, определяли уровень световых помех с помощью фотометра при различных условиях освещенности и регистрировали измерения. Полученная информация стала основным источником для составления рекомендаций о выборе времени и способа выполнения режимов ориентации будущих пилотируемых орбитальных станций и усовершенствования бортовой аппаратуры.

Экипаж занимался отработкой приборов, предназначенных для осуществления различных режимов ориентации (орбитальной и инерциальной) космического аппарата, методов ручного и автоматического управления, оптических и гироскопических приборов, системы автономной навигации для расчетов параметров орбиты, специальной дозиметрической аппаратуры для получения данных по радиационной безопасности космических полетов и создания эффективной системы дозиметрического контроля.

Навигационные измерения закреплялись за инженером-испытателем В.И. Пацаевым и проводились с помощью экспериментальной системы автономной навигации. Космонавт определял элементы орбитальной станции и данные прогноза ее движения, рассчитывал необходимые маневры и коррекции орбиты, собирал баллистическую информацию (время начала и конца радиосвязи с Землей, входа и выхода из тени, моменты пресечения экватора).

Приборный состав системы навигации позволял вычислять моменты входа орбитальной станции в тень и выхода из тени, измерять высоту полета над поверхностью Земли, вычислять угловую высоту звезд над горизонтом Земли и другие параметры. Информация с измерительных приборов поступала в бортовую цифровую вычислительную машину (БЦВМ), на которой производился весь объем необходимых вычислений.

На борту ДОС «Салют-1» инженер-испытатель В.И. Пацаев занимался изучением высокочастотного вторично-электронного разряда в условиях ионосферы с помощью аппаратуры с электродными системами. Результатом этой работы стало первое опытное обнаружение резонансного разряда на электродах, установленных на поверхности космического корабля, получение осцилограмм, характеризующих его возникновение и параметры, а также определение распределения частиц вблизи станции.

Одним из интересных экспериментов была проверка ориентации приборов по звездам. Космонавты занимались определением динамических характеристик движения орбитальной станции относительно центра масс с помощью снимков звезд. Для определения по звездам углового положения «Салюта-1» в пространстве использовалась звездная камера с фокусным расстоянием 212,30 мм и рабочим форматом снимков (диаметром) 128 мм, снабженная часами. Определение ориентации орбитальной станции по полученным снимкам выполнялось в соответствии с методикой Института космических исследований (ИКИ) АН СССР. По результатам фотограмметрической обработки снимков были определены схемы расположения светил в небесной сфере и характеристики изменения ориентации ДОС «Салют-1» в космическом полете в различных динамических режимах.

Астрофизические и физические исследования. Создание первой в мире пилотируемой орбитальной научной космической станции «Салют-1» стало началом нового этапа внеатмосферных исследований космических и гамма-лучей, ряда других исследований в научных и практических интересах. На орбите инженер-испытатель В.И. Пацаев выполнял работу по астрофизическим и физическим исследованиям. Он стал первым в мире астрономом, работавшим за пределами земной атмосферы. На станции «Салют-1» размещались астрофизическая обсерватория «Орион», телескоп «Анна-III» и другая астрофизическая аппаратура.

Звездный телескоп «Орион» представлял собой высокоуровневую инженерную разработку. Его оптическая схема состояла из большого и малого зеркал, бесщелевого спектрографа, дифракционной решетки и фотопленки. Важной составной частью «Ориона» была визирная система, предназначенная для дистанционного наведения блока на исследуемый объект с целью обеспечения его захвата с достаточной точностью. Контроль работы всех систем телескопа осуществлялся с помощью специального пульта управления, состоявшего из программного устройства для обеспечения автоматического цикла съемки: от одной до пятой спектрограмм для одной звезды с разными экспозициями.

В круг астрофизических исследований, проводимых В.И. Пацаевым, входили внеатмосферные исследования космических и гамма-лучей. Их результаты имели большое значение для развития оптической, субмиллиметровой и рентгеновской астрономии. Инженер-испытатель занимался изучением спектров небесных тел с ультрафиолетовым и рентгеновским излучением – нейтронных звезд и галактик. Исследования качественно новых астрономических объектов и их свойств, строения и структуры атмосфер, источников внутризвездной энергии и природы звездного вещества стало возможным только благодаря методам внеатмосферной астрономии, эффективному управлению космонавтом работой астрономической аппаратуры на орбитальной станции.

С помощью астрофизической обсерватории «Орион» В.И. Пацаевым были получены индивидуальные спектрограммы высокотемпературных звезд «Агена» и «Вега», найдено распределение энергии в их спектрах в области длин волн 3800–2000А. Значимость этой работы для астрофизики состояла в использовании «Агены» и «Веги» в качестве стандарта при изучении спектров той или иной звезды, Галактики или туманности, а также в области далекого ультрафиолета.

Исследования звезд проводились инженером-испытателем во время нахождения орбитальной станции на теневой части орбиты в течение 30–35 минут на виток. За это время Виктор Иванович выполнял астрономические наблюдения, находил через иллюминатор нужную звезду, наводил на нее телескоп и, таким образом, получал спектрограммы, которые регистрировались фотографическим способом на перфорированной пленке, чувствительной к лучам вакуумного ультрафиолета. Сложные исследования осуществлялись совместно с членами экипажа: Г.Т. Добровольский отвечал за ориентацию «Салюта-1» для ее удержания в нужном положении относительно небесных систем координат, В.Н. Волков следил за бортовыми системами. Кроме этого, на орбитальной станции проводились эксперименты по наблюдению и опознаванию звезд в «дневных условиях» с использованием звездных карт и бортового звездного глобуса.

На борту «Салюта-1» В.И. Пацаев выполнил весь объем работы по спектрографированию звезд. Кассеты с отснятой фотопленкой обрабатывались на Земле. Его первый опыт работы с «Орионом» на орбите был взят за основу для дальнейшей разработки и усовершенствования конструкций космических обсерваторий.

Во время полета Виктор Иванович испытывал телескоп «Анна-III» для проведения регистрации космических гамма-излучений. Сложный и информативный прибор, обслуживаемый инженером-испытателем, работал в различных режимах, контролировался и подвергался профилактическим работам, обладал лучшим угловым разрешением для отслеживания пути каждой электронно-позитронной пары, возникшей при конверсии гамма-кванта, и определения направления гамма-кванта. События и другие данные фотографировались искровой камерой на пленку. Некоторые параметры работы телескопа передавались на Землю с помощью телеметрической системы непосредственно во время его работы.

Проведение первых основательных исследований космических гамма-излучений, ставшее возможным только за пределами земной атмосферы, означало переход от пассивного сканирования всего неба к активному изучению отдельных участков и наиболее интересных космических объектов. Это свидетельствовало о качественно новом этапе развития гамма-астрономии. Результаты проверки В.И. Пацаевым работоспособности и возможностей телескопа «Анна-III» при исследовании и регистрации гамма-квантов и заряженных частиц при различной ориентации ДОС «Салют-1» доказывали перспективность данной аппаратуры и правильность выбора методики исследований.

Эксперименты по регистрации заряженных частиц в радиационном фоне (более 60 различных операций) проводились инженером-испытателем совместно с командиром и бортинженером с помощью установленного черенковско-сцинтилляционного «телескопа». Цель этой работы заключалась в изучении их состава и пространственного распределения на высотах 200–300 км, интенсивности, широтной зависимости и временных характеристик фона заряженных частиц.

Во время полета Виктор Иванович занимался исследованиями многозарядных компонентов первичных космических лучей, которые решали фундаментальную задачу, связанную с теорией происхождения космических лучей, и имели практическое значение в обеспечении радиационной безопасности космических полетов. В опытах применялась фотоэмульсионная камера ФЭК-7, установленная на борту орбитальной станции «Салют-1» перед стартом, совмещенная с пластиковыми детекторами. Экспериментальные данные о составе космического излучения позволили сделать выводы об источниках космических лучей и механизмах их генерации и распространения в межзвездном пространстве. Кроме этого, была подтверждена перспективность методики применения пластиковых детекторов для изучения многозарядной компоненты космических лучей в космических полетах, а просмотр облученной эмульсии, регистрировавшей попавшие в камеру заряженные частицы, позволил оценить относительное содержание тяжелых ядер в космических лучах.

Во время полета экипаж проводил исследования метеорного вещества в космическом пространстве, результаты которых пополнили имеющиеся сведения о метеорной опасности во время длительных полетов космических кораблей и орбитальных станций и легли в основу конструкторских расчетов будущих проектов космических аппаратов и усовершенствования их аппаратуры по регистрации метеорных частиц.

Фотографические эксперименты. На борту первой в мире пилотируемой орбитальной научной космической станции экипаж ТПК «Союз-11» занимался фотосъемкой земной поверхности с помощью стационарной и ручной съемочной аппаратуры нескольких типов. Масштабные фотоэксперименты проводились в научных и практических целях для развития таких областей, как география, геодезия, геология, сельское, лесное и рыбное хозяйства, гидрогеология, метеорология, океанография и других.

Перед космонавтами стоял широкий спектр задач:

- создание и обновление различных карт (топографических, геологических, геоботанических, почвенных и других);

- выявление геологических структур для поиска полезных ископаемых;

- исследование распределения снежного и ледового покрова, режима таяния снега и разливов рек, наблюдение за движением морских льдов и обнаружение айсберга;

- оценка запасов влаги в почве, водной и ветровой эрозии, обнаружение источников грунтовых вод;

- наблюдение за загрязнениями вод в реках, океанах, морях;

- инвентаризация лесов, сельскохозяйственных угодий, оценка состояния посевов;

- исследование береговых разрушений и образования отмелей, рельефа морского дна в прибрежных зонах, морских течений и т.д.

Экипажем ТПК «Союз-11» было положено начало работы по систематическому изучению атмосферных явлений в масштабе всей планеты для решения научных задач и обеспечения оперативной работы метеорологической службы. Космонавты проводили наблюдения за атмосферными явлениями во внетропических и тропических широтах Южного и Северного полушарий, облачным покровом, поверхностью океанов и морей, необычными метеорологическими явлениями, следили за образованием тайфунов и тропических циклонов в районе Гавайских островов, вблизи Австралии, над Западной частью акватории Тихого океана, в районе Индийского океана. Во время космического полета они выполнили высокоинформативную съемку нескольких районов нашей страны в различных масштабах, Центрального Казахстана и Памира.

Космические фотоснимки, содержащие наиболее точную информацию, имели важное значение для комплексного исследования природной среды, геолого-географического картографирования, природных ландшафтов, научного прогнозирования полезных ископаемых, урожайности сельскохозяйственных культур, фиксации быстротекущих процессов и явлений на больших территориях и решения других задач.

Фотоаппаратура использовалась для регистрации визуальных наблюдений космонавтов, результатов технических экспериментов, фотографирования звезд с целью привязки снимков Земли, построения геодезической сетки и определения динамических характеристик орбитальной станции. Все отснятые фотопленки были доставлены на Землю.

На борту ДОС «Салют-1» экипаж проводил систематическое изучение земной поверхности и атмосферы:

- спектрофотометрирование Солнца и сумеречного ореола земной атмосферы при различных условиях освещенности, углах визирования и различном местонахождении наблюдателя в космосе с целью исследования яркостной картины ореола и изучения вертикальной аэрозольной структуры атмосферы;

- спектрофотометрирование различных природных образований с целью изучения возможностей их опознавания;

- осуществление подспутниковой комплексной программы наземных и самолетных оптических исследований атмосферы и природных образований для получения данных, характеризующих спектральную передаточную функцию атмосферы, спектры и спектральные контрасты природных образований в зависимости от основных оптических параметров атмосферы и подстилающей поверхности. Кроме этого, подспутниковый эксперимент выполнялся с целью получения совокупности радиационных характеристик природных образований в различных спектральных диапазонах.

Спектрофотометрирование земной поверхности осуществлялось космонавтами с помощью ручного спектрографа. Световой поток регистрировался на фотопленку прибора. Данные экспериментов имели важное значение для изучения природной среды, природных ресурсов, других практических задач.

Медико-биологические исследования проводились экипажем по двум основным направлениям: медицинские исследования особенностей функционирования организма человека по мере увеличения длительности пребывания в условиях космического полета; биологические эксперименты по изучению характера развития и некоторых сторон жизнедеятельности различных биологических объектов в условиях невесомости.

В рамках медицинского направления основное внимание уделялось исследованию функционального состояния сердечно-сосудистой системы, особенностей кровообращения, дыхательной функции, определению плотности костных тканей космонавтов в условиях влияния невесомости на изменения в организме человека. Во время полета у всех членов экипажа проводились электро-, кинето-, сейсмокардиограмма и пневмограмма. Состояние здоровья космонавтов контролировалось путем двукратной регистрации в течение каждых суток полета физиологических показателей с помощью датчиков, укрепленных в специальных поясах, которые они надевали. Данная информация передавалась на Землю по каналам телеметрии во время сеанса связи и не препятствовала текущей работе. Кроме того, в целях медицинского контроля космонавты ежедневно передавали устную информацию с оценкой своего состояния здоровья и результаты исследований с использованием специальной аппаратуры.

На борту ДОС «Салют-1» экипаж применял нагрузочные пробы с целью уточнения ряда представлений о механизмах организации деятельности сердечно-сосудистой системы во внешних условиях и определения дальнейших направлений исследований в этой области. В их числе – тренировки на «бегущей дорожке» в специальном тренировочном костюме для имитации земной нагрузки на костно-мышечную систему человека, выполнение цикла физических упражнений и легкие получасовые «прогулки» перед сном.

Во время полета космонавты периодически измеряли силу кистей рук с помощью динамометров, проводили эксперименты по изучению основных характеристик зрительной функции, обеспечивающей пространственное восприятие и цветоощущение, брали пробы крови с помощью микроанализаторов для последующих исследований на Земле, осуществляли медицинский взаимо- и самоконтроль.

В рамках биологических экспериментов (генетических, радиобиологических, эмбриологических и биотехнических) экипаж проводил исследования, связанные с характером развития и жизнедеятельности биообъектов в условиях длительной невесомости. В качестве биообъектов выступали высшие и низшие растения, насекомые, земноводные и представители различных одноклеточных организмов.

Выращивание космонавтами растений из трех типов семян льна, хибинской капусты и лука-креписа осуществлялось в специально разработанной для орбитальной станции установке – культиваторе с источником искусственного освещения, баком с водой и фитилями, пропитанными солевой смесью, превращаемыми в питательный раствор. Они осуществляли подпитку исследуемых растений, визуальное наблюдение и фотографирование. Другие биообъекты также размещались в специально предназначенных для проведения экспериментов емкостях.

Основное внимание экипажа было направлено на изучение гравитационной биологии. Полученные сведения об особенностях протекания жизненных процессов у модельных биообъектов в процессе экспериментов могли экстраполироваться для анализа процессов, протекающих в человеческом организме на клеточном уровне. Данные исследования позволили получить результаты для решения вопросов о перспективах развития систем жизнеобеспечения космических кораблей, а также выработки стратегии развития работ в области создания искусственных экологических систем на орбитальной станции.

Разносторонняя высокоуровневая подготовка и взаимозаменяемость космонавтов, жесткое соблюдение ими режима труда и отдыха способствовало четкой координации работы и успешному выполнению большого объема научных исследований и экспериментов во время полета, ставшего рекордным по продолжительности и дальности.

Жизнь экипажа ТПК «Союз-11» на борту первой пилотируемой орбитальной научной космической станции «Салют-1».

Наилучшие условия жизнедеятельности экипажа поддерживались и обеспечивались различными системами: необходимый газовый состав атмосферы, поглощение запаха и пыли, организация питания, удаление продуктов жизнедеятельности, профилактика, диагностика и лечение возможных заболеваний, организация трудовой деятельности и отдыха.

Для облегчения ориентации космонавтов в условиях невесомости каждая плоскость отсека в орбитальном блоке имела свой цвет. Например, в досуговой зоне малого диаметра хранились магнитофон и кассеты с записями, сделанными по заказу каждого члена экипажа, библиотечка (книги М.Ю. Лермонтова, А.С. Пушкина, Л.Н. Толстого) и другие предметы.

Экипаж работал и отдыхал в обитаемых отсеках станции и корабля, осуществляя переход непосредственно через стыковочный узел, без выхода в открытый космос. На личное время космонавтам отводилось по 2–2,5 часа в сутки, которое они использовали по своему усмотрению; через каждые 6 суток полета предоставлялся день отдыха.

Во время космического полета было место, как новым испытаниям, так и праздничным событиям. 16 июня 1971 г. на борту орбитальной станции «Салют-1» произошло возгорание. Несмотря на решение с Земли о срочной эвакуации и прекращении полета, командир долговременной экспедиции Г.Т. Добровольский взял на себя ответственность не торопиться с возвращением и принял соответствующие меры по устранению причины возгорания. Космонавтам удалось справиться с возникшей ситуацией.

19 июня 1971 г. у экипажа – праздник. Инженер-испытатель Виктор Иванович Пацаев стал первым космонавтом, кто отметил свой день рождения на орбите. Он принимал поздравления от космонавтов и родных (передача сообщений) и участвовал в телерепортаже во время сеансов связи с Центром управления полетами.

Выполнение экипажем ТПК «Союз-11» программы научных исследований и экспериментов сопровождалось поддержанием устойчивой радио- и телевизионной связи с ЦУПом, ведением телевизионных репортажей, фиксацией результатов космической работы в бортовой документации. Информация, направляемая с борта «Салюта-1», принималась наземными станциями слежения, судами АН СССР, находящимися во время космического полета в Атлантическом океане. Одним из них было научно-исследовательское судно (НИС) АН СССР «Академик Сергей Королев». Центр управления полетами имел возможность поддерживать связь с экипажем пилотируемой орбитальной научной космической станции при ее нахождении вне радиосвязи через спутник связи «Молния-1».

Часть результатов научных исследований передавалась на Землю радиотелеметрической системой, другая часть была доставлена ТПК «Союз-11» (отснятые фото- и киноматериалы, фотоэмульсионные блоки, контейнеры с биологическими объектами, бортовые журналы с научными наблюдениями).