Первым отечественным спутником-фоторазведчиком стал «Зенит–2», созданный в ОКБ–1 под общим руководством С.П. Королева. По завершении орбитального полёта фотоаппараты с пленкой доставлялись на землю в спускаемом аппарате. Информация, полученная в результате работы радиоаппаратуры, передавалась по радиотракту на средства наземного комплекса управления полётом.

Работы велись в соответствии с постановлением Совмина от 25 мая 1959 г., определявшим сроки и задачи создания ориентированного спутника для разведки.

Активные исследования и проектная разработка спутника начались в 1957 г. в отделе 9 (М.К. Тихонравова) в секторе Е.Ф. Рязанова. Первоначальные варианты компоновочной схемы строились на базе приборного отсека и капсулы. В приборном отсеке размещались фотоаппаратура, специальная радиоаппаратура и основные служебные системы, обеспечивавшие функционирование КА в орбитальном полёте. Капсула имела коническую форму. В ней находились кассеты с фотопленкой и оборудование, необходимое для её работы при спуске и поиске после посадки. Капсула снабжалась тормозной ДУ и играла роль спускаемого аппарата, доставлявшего с орбиты фотопленку.

В процессе проектной разработки рассматривались варианты КА различной размерности, весом от 1,5 до 4,5 т. Уже на начальном этапе работ в состав фотоаппаратуры включили длиннофокусный фотоаппарат (с фокусным расстоянием около 1 м).

В 1969 г. Королев предложил отказаться от выбранной схемы и принять за основу построения спутника-разведчика компоновочную схему разрабатываемого пилотируемого космического корабля «Восток». По решению главного конструктора приняли единую компоновочную схему для пилотируемого корабля и для спутника-разведчика.

По программе лётных испытаний спутника-разведчика «Зенит–2» предусматривалось 10 пусков. Позже программа была скорректирована, и количество пусков «Зенита» увеличилось до 13, так как при лётных испытаниях три КА не были выведены на орбиты ИСЗ из-за аварии ракеты-носителя. Несмотря на внешнее сходство, «Зенит–2» и «Восток» сильно отличались по составу средств и принципам управления полётом.

При тогдашнем уровне технологии весьма сложной проблемой оказалась возможность получения в космическом полёте фотоинформации высокого качества с распознаванием образований и объектов, имевших размеры порядка 10–15 м. На этом этапе разработки решалась главная задача – определить характеристики фотоаппаратуры как средства получения информации и проверить принципиальную возможность создания на борту КА условий, необходимых для функционирования этой аппаратуры.

Решение задачи получения фотоизображения высокой разрешающей способности с летательного аппарата, движущегося со скоростью около 8000 м/с на высотах 200–400 км, потребовало разработки теоретических основ создания космической фотоаппаратуры, в том числе: принципов построения и расчёта оптической системы с длиннофокусными объективами и большими по размерам нагруженными многослойными иллюминаторами, систем компенсации сдвига изображения и влияния внешних факторов.

Как уже говорилось, внешне «Зенит» мало отличается от «Востока», но внутри произошли существенные различия. Система управления движением (СУД) «Востока» обеспечивала его ориентацию только перед спуском. Для фотосъёмки требовалась постоянная трёхосная ориентация аппарата с довольно высокой точностью (ошибка ориентации более одного градуса приводила к недопустимому ухудшению качество изображения). Управление «Зенитом» осуществлялось не только по разовым командам, выдаваемым с наземных пунктов в зоне видимости, но и по суточной программе, закладываемой на борт с помощью командно-программной радиолинии. Система терморегулирования была существенно доработана и обеспечивала узкий диапазон колебания температуры и скорости её изменения (допустимое отклонение менее 1°, а скорость изменения температуры менее 0,1°/ч.) необходимые для фотоаппаратуры. Была установлена система аварийного подрыва объекта АПО–2 имевшая более сложную логику управления, позволяющую определить, садится аппарат на своей или на чужой территории. Тормозная двигательная установка и незначительная часть систем были заимствованы без изменений. Вся специальная аппаратура устанавливалась внутри сферического спускаемого аппарата (СА). Оптические оси фотоаппаратов были перпендикулярны продольной оси КА.

Первоначально «Зениты» были оснащены комплексом специальной аппаратуры, состоявшим из одного фотоаппарата СА–20 с фокусным расстоянием 1 м, одного фотоаппарата СА–10 с фокусным расстоянием 0,2 м, фототелевизионной аппаратуры «Байкал» и аппаратуры «Куст–12М» для радиоразведки. Аппаратура «Байкал» и «Куст–12М» позволяли передавать информацию по радиоканалу в зоне видимости наземных пунктов приема. Однако после четырёх успешных испытательных полётов (КА «Космос–4», «Космос–7», «Космос–9» и «Космос–15») стало ясно, что фототелевизионная аппаратура не обеспечивает нужных характеристик, и на последующих изделиях устанавливался комплект специальной аппаратуры «Фтор–2Р» в составе трёх аппаратов СА–20 и одного СА–10, а также специальная аппаратура «Куст–12М». Три фотоаппарата СА–20 обеспечивали ширину полосы съёмки 180 км при высоте полёта 200 км. Запас пленки в них обеспечивал получение 1500 кадров размером 60 × 60 км (суммарная снимаемая площадь составляла 5,4 млн кв. км). Для расширения возможностей съёмки СУД аппарата обеспечивала быстрые развороты на заданные углы для выполнения съёмки районов, лежащих в стороне от трассы полёта. По завершении орбитального полёта фотоаппараты с пленкой доставлялись в СА на Землю.

Помимо основной аппаратуры, на «Зенитах» иногда устанавливалась дополнительная полезная нагрузка (отдельные приборы) для проведения различных экспериментов (по метеорологии, регистрации космических частиц и т. п.) и автономные спутники-контейнеры серии «Наука» которые использовались для проведения различных экспериментов в научных и военно-прикладных целях.

Первый старт ракеты-носителя 8А92 (модификация 8К72) со спутником-разведчиком «Зенит–2» был произведен 11 декабря 1961 г. с космодрома Байконур. Пуск оказался аварийным: из-за отказа 3-й ступени ракеты-носителя КА не вышел на орбиту.

Второй старт состоялся 26 апреля 1962 г. КА был выведен на орбиту ракетой 8А92 с параметрами: апогей – 330 км, перигей – 298 км, период – 90,6 минут, угол наклона орбиты – 65°.

Спутнику «Зенит–2» наше руководство присвоило псевдоним «Космос–4». Дело в том, что первые попытки засекретить вывод советских спутников в космос провалились. Американские средства слежения практически немедленно фиксировали КА и сообщали в СМИ параметры его орбиты, и «борец за мирный космос» дорогой Никита Сергеевич «садился в калошу». Тогда было принято решение (кто подал мысль – совершенно секретно до сих пор) спутники как научные, так и военные именовать одинаково – «Космос».

Но вернемся к первому «Зениту–2». В ходе полёта из-за стравливания воздуха из баллонов через клапан дренажа произошел отказ основной системы ориентации, и СА был возвращен по прошествии всего 3 суток. Хотя значительная часть полёта «Космоса–4» проходила в неориентированном режиме, фотографирование все же проводилось, и удалось получить некоторый материал.

Этот полёт положил начало лётно-конструкторским испытаниям (ЛКИ) спутника-разведчика «Зенит». За полтора месяца после завершения первого полёта в системах спутника были проведены необходимые доработки, и 28 июля 1962 г. состоялся следующий пуск.

Ракета 8А92 вывела на орбиту с параметрами: апогей – 369 км, перигей – 210 км, угол наклона орбиты 65° космический аппарат «Космос–7». 1 августа спускаемый аппарат «Космоса–7» благополучно совершил посадку на территории СССР.

Следующий «Зенит–2» под псевдонимом «Космос–9» был запущен 27 сентября 1962 г., а его СА совершил посадку на территории СССР 1 октября 1962 г.

Всего в рамках ЛКИ было проведено 13 запусков КА «Зенит–2», три из них закончились аварией ракеты-носителя. Серийное производство КА «Зенит–2» было организовано в городе Куйбышеве (ныне Самара). Сюда, в филиал № 3 ОКБ–1, возглавляемый Д.И. Козловым, были переданы все материалы по КА «Зенит–2», а также по РН, разработанным в ОКБ–1 на базе МБР Р–7.

Вес КА «Зенит–2» на этапе ЛКИ составляла 4610–4760 кг. Серийные КА имели вес 4700–4740 кг. Время активного существования 8 суток. В марте 1964 г. комплекс «Зенит–2» в составе КА 11Ф61 и РН «Восток–2» (8А92) был принят на вооружение. С 1967 г. для запусков КА «Зенит–2» используется ракета-носитель «Восход» (11А57). Всего в рамках ЛКИ и штатной эксплуатации пуск КА «Зенит–2» проводился 71 раз. 7 пусков из этого числа закончились аварией РН.

Не все КА из числа выведённых на орбиту выполняли программу полёта. Так в ноябре 1964 г. очередной «Зенит» из-за неисправности тормозного двигателя не смог доставить на Землю отснятый материал. КА был взорван на орбите системой самоуничтожения. Максимальное число пусков – 13 – было в 1967 г. Последний запуск состоялся 12 мая 1970 г.

В 1964 г. в Куйбышевском филиале № 3 начались проектные работы по модернизации КА «Зенит–2». Новый аппарат получил обозначение «Зенит–2М» (11Ф690), а после принятия на вооружение в 1970 г. – имя «Гектор». Фотоаппаратура «Фтор–2Р» была заменена на более совершенную систему «Фтор–2РЗ». Первый пуск состоялся 21 марта 1968 г. с космодрома Байконур РН «Восход» (11А57), которая вывела КА на орбиту с параметрами: апогей – 305 км, перигей – 207 км, наклонение – 65°, период обращения – 89 минут.

С 1968 г. по 1979 г. произведено 69 успешных пусков КА «Зенит–2М», и лишь один пуск закончился аварией ракеты-носителя. В 1970–1978 гг. производилось по 8–11 пусков ежегодно.

Следует заметить, что в периоды обострения международной обстановки частота запусков спутников-фоторазведчиков резко возрастала. Так, во время советско-китайского конфликта на острове Даманский с 25 февраля по 25 апреля 1969 г. стартовало 10 фоторазведывательных спутников. Кроме того, были запущены ещё три разведочных спутника – «Целина-О», «Сфера» и «Метеор–1». Последний формально считался метеорологическим спутником, но фактически был тем же фоторазведчиком.

Дабы не быть голословным, приведу таблицу.

Запуски советских спутников в период с 25 февраля по 25 апреля 1969 г.

* Апогей – 1220 км; перигей – 1195 км, период – 109 минут.

А когда в конце лета 1969 г. возник новый конфликт на острове Гольдинский, ещё 15 спутников было запущено на протяжении менее 3 месяцев.

Серьезным недостатком аппаратов типа «Зенит» являлось то, что получить и проанализировать изображения можно было только после завершения полёта и возвращения фотоаппаратуры с отснятой пленкой на Землю. С этой точки зрения даже двухнедельный срок полёта спутника в критических условиях оказывался неприемлемо долгим. Так, для отслеживания обстановки на Ближнем Востоке в ходе арабо-израильской войны в октябре 1973 г. Советскому Союзу пришлось запустить 3 фоторазведчика с интервалом в 3 дня и каждый из них вернуть через 6 суток.

Следующим аппаратом, разработанным в ОКБ–1, был «Зенит–4» (11Ф69) оснащенный новой аппаратурой «Фтор–4» (фотоаппарат с фокусным расстоянием 3 м.). КА имел корректирующую двигательную установку. На этом в ОКБ–1 завершились работы по созданию спутников-разведчиков.

С 1964 г. эти работы были продолжены филиалом № 3 ОКБ–1. Первый пуск состоялся 18 мая 1964 г. с космодрома Байконур. Ракета-носитель «Восход» (11А57) вывела КА на орбиту с апогеем 383 км, перигеем 207 км, углом наклонением 65° и периодом обращения 90 минут.

12 июня 1965 г. КА «Зенит–4» был принят на вооружение. За период с 1964 г. по 1970 г. произведено 68 удачных запусков КА, и ещё 4 пуска закончились аварией ракеты-носителя. Максимальное число пусков – 16 – состоялось в 1969 г.

Разработка аппарата «Зенит–4М» (11Ф691) началась в соответствии с решением Комиссии по военно-промышленным вопросам при Совете министров СССР (далее ВПК) от 19 декабря 1967 г. На КА устанавливалась аппаратура «Фтор–6». Первый пуск КА «Зенит–4М» был произведен 31 октября 1968 г. с космодрома Байконур. Ракета-носитель 11А57 вывела КА на орбиту с параметрами: апогей – 270 км, перигей – 198 км, наклонение – 65° и период обращения – 89 минут.

В 1970 г. КА детальной фоторазведки «Зенит–4М», получивший название «Ротор», был принят на вооружение. Он должен был заменить спутники «Зенит–4».

С 1968 г. по 1973 г. было проведено 56 запусков космических аппаратов. Один пуск закончился аварией ракеты-носителя. В 1971–1973 гг. число пусков составляло от 8 до 13 в год.

Как на «Зените–4», так и на «Зените–4М» были установлены корректирующие двигательные установки на жидких компонентах топлива. Об этом хорошо рассказал главный конструктор этих спутников Дмитрий Ильич Козлов в своей книге «Конструирование автоматических космических аппаратов»[3]: «Постоянно растущие требования потребителей фотоинформации увеличения детальности наблюдения наземных объектов на первом этапе удовлетворялись увеличением фокусного расстояния фотосистемы. Ограничения по объёмам и габаритным размерам зоны полезного груза внутри СА привели к созданию фотоаппаратов с изломом оптической оси… для обеспечения их компактности. После исчерпания резервов, определяемых ограничениями со стороны ракет-носителей того времени, с целью достижения требуемой детальности наблюдения конструкторы пошли по пути снижения высоты полёта вплоть до предельно допустимой. Эти решения привели к значительным изменениям конструкции, компоновки, состава бортовых систем, схемы полёта КА данного типа.

Существенное влияние аэродинамического торможения потребовало уменьшения миделева сечения КА и привело к предпочтительному выбору горизонтальных конструктивно-компоновочных схем, когда продольная ось КА направлена по вектору скорости. Для компенсации потери орбитальной скорости вследствие аэродинамического торможения и поддержания заданных параметров орбиты в состав бортовых систем вводятся корректирующие двигательные установки многоразового запуска. Для снижения потребных запасов топлива в схеме полёта предусматривались эллиптические орбиты, при этом фотографирование проводилось при минимально возможной высоте полёта на нисходящей части витка в районе перигея. С целью уменьшения возмущающих моментов от аэродинамических сил, нарушающих ориентацию и стабилизацию КА во время фотографирования, применялись специальные аэродинамические компенсаторы. Для защиты конструкции от молекулярного нагрева в передней (по направлению полёта) части КА устанавливались тепловые щитки и высокопроизводительная система терморегулирования. Для обеспечения стабильности теплового режима оптических устройств объективы потребовалось закрывать крышками-блендами, которые раскрывались только в момент фотографирования».

23 декабря 1969 г. с космодрома Плесецк ракета-носитель 11А57 вывела на орбиту спутник оптической разведки «Зенит–4МК» (11Ф692). КА был выведен на орбиту с параметрами: апогей – 302 км, перигей – 209 км, наклонение – 65°, период обращения – 89 минут. С 1969 г. по 1978 г. было запущено 86 КА «Зенит–4МК», три пуска закончились аварией ракеты-носителя. В 1974–1976 гг. ежегодно запускалось по 16–20 спутников.

27 декабря 1971 г. с космодрома Плесецк ракета-носитель 11А511М вывела на околоземную орбиту с параметрами: апогей – 272 км, перигей – 195 км, наклонение – 65°, период обращения – 89 минут первый и единственный КА «Зенит–4МТ».

Следующей модификацией «Зенитов» стал аппарат детальной разведки «Зенит–4МКМ» (11Ф692М), получивший наименование «Геракл», который эксплуатировался до 1980 г. Первый пуск КА был произведен 16 сентября 1977 г. с космодрома Плесецк ракетой-носителем 11А511У. Параметры орбиты: апогей – 354 км, перигей – 188 км, наклонение – 63°, период обращения – 90 минут. Всего было выведено на орбиту 32 аппарата.

Первый запуск КА «Зенит–6» состоялся 23 ноября 1976 г. Спутники выводились на орбиты с параметрами: апогей – 410–330 км, перигей – около 210 км, наклонение – 73°, период обращения – 90 минут. Спутник выводится ракетой-носителем 11А511У. С 1976 г. по 1980 г. было произведено 106 успешных пусков (по 15–20 пусков в 1980–1983 гг.). Два пуска закончились аварией.