18 марта 1965 года впервые в мире был осуществлён выход человека в открытое космическое пространство. Его совершил лётчик-космонавт СССР Алексей Леонов во время полёта на космическом корабле «Восход-2» (18 – 19 марта 1965 года), на котором он был вторым пилотом, а Павел Беляев – командиром.
Двухместный космический корабль «Восход-2» вышел на орбиту Земли, имея задание провести новый эксперимент – выход человека в открытое космическое пространство. Эта миссия была важной вехой советской лунной программы. За выходом в открытый космос следила вся страна.
Для выхода человека в открытое безвоздушное пространство на многоместном космическом корабле «Восход» была дополнительно установлена шлюзовая камера (кодовое название «Волга»), которая имела цилиндрическую конструкцию и состояла из 36 надувных секций, разделённых на три изолированных друг от друга группы. Камера сохраняла свою форму даже в случае выхода из строя двух из них.
Шлюзовая камера сообщалась с кабиной люком с герметизирующей крышкой, которая открывалась внутрь гермокабины как автоматически с помощью специального механизма с электроприводом, так и вручную. Управление приводом осуществлялось с пульта.
Для выхода космонавта в космическое пространство служил люк в верхней части камеры, снабжённый герметизирующей крышкой, которая также могла открываться и автоматически и вручную. В шлюзовой камере были размещены две кинокамеры для съёмки процесса входа космонавта в камеру и выхода из неё, система освещения, агрегаты системы шлюзовой камеры. Снаружи был установлен киноаппарат для съёмки находящегося в космическом пространстве космонавта, баллоны с запасом воздуха для наддува шлюзовой камеры и баллоны с аварийным запасом кислорода.
Шлюзовая камера располагалась вне жёсткого корпуса космического корабля. При выходе на орбиту в свёрнутом виде она помещалась под обтекателем корабля. В космосе камера надувалась. А после выхода космонавта в космическое пространство, перед спуском на Землю основную её часть отстреливали, и корабль входил в плотные слои атмосферы почти в обычном виде – имея лишь небольшой нарост в области входного люка. Если бы «отстрел» камеры по каким-нибудь причинам не состоялся, то экипажу пришлось бы вручную обрезать мешающую спуску на Землю шлюзовую камеру. Для этого им нужно было облачиться в скафандры и, разгерметизировав корабль, высунуться в люк.
Для выхода из корабля в космическое пространство, в НПО «Звезда» был разработан специальный скафандр «Беркут» с многослойной герметичной оболочкой, с помощью которой внутри скафандра поддерживалось избыточное давление, обеспечивающее нормальную жизнедеятельность космонавта. Снаружи скафандр имел специальное покрытие белого цвета для предохранения космонавта от теплового воздействия солнечных лучей и от возможных механических повреждений герметичной части скафандра. Скафандрами были снабжены оба члена экипажа, чтобы командир корабля мог при необходимости оказать помощь космонавту, вышедшему в космическое пространство.
При подготовке к полёту, Беляев и Леонов отрабатывали все действия и возможные аварийные ситуации при выходе в открытый космос во время наземных тренировок, а также в самолёте Ту-104. В салоне Ту-104 был установлен макет корабля «Восход-2» в натуральную величину. Тренировки выхода в открытый космос проходили в условиях кратковременной невесомости, возникавшей во время полёта по параболической траектории.
18 марта 1965 года, в 10 часов по московскому времени, космический корабль «Восход-2» с космонавтами Павлом Беляевым и Алексеем Леоновым успешно стартовал с космодрома Байконур. Сразу же после подъёма на орбиту, уже в конце первого витка, экипаж стал готовиться к выходу Леонова в открытый космос. Беляев помог Леонову надеть на спину ранец индивидуальной системы жизнеобеспечения с запасом кислорода.
Управление шлюзованием осуществлял командир корабля Беляев с пульта, установленного в кабине. При необходимости управление основными операциями шлюзования могло осуществляться Леоновым с пульта, установленного в шлюзовой камере. Беляев наполнил шлюзовую камеру воздухом, и открыл люк, соединяющий кабину корабля со шлюзовой камерой. Леонов «вплыл» в шлюзовую камеру, командир корабля, закрыв люк в камеру, начал её разгерметизацию.
В 11 часов 28 минут 13 секунд, в начале второго витка, была произведена полная разгерметизация шлюзовой камеры корабля. В 11 часов 32 минуты 54 секунды открылся люк шлюзовой камеры, а в 11 часов 34 минуты 51 секунду Леонов вышел из шлюзовой камеры в космическое пространство. Космонавта с кораблём связывал фал длиной 5,35 метра, в составе которого был стальной трос и электрические провода для передачи на борт корабля данных медицинских наблюдений и технических измерений, а также осуществления телефонной связи с командиром корабля.
В открытом космосе Леонов стал проводить предусмотренные программой наблюдения и эксперименты. Он совершил пять отходов и подходов от шлюзовой камеры, причём самый первый отход был сделан на минимальное расстояние – один метр – для ориентации в новых условиях, а остальные на полную длину фала. Всё это время в скафандре поддерживалась «комнатная» температура, а его наружная поверхность разогревалась на солнце до +60°С и охлаждалась в тени до –100°С. Павел Беляев с помощью телекамеры и телеметрии следил за работой Леонова и был готов, если это потребуется, оказать необходимую ему помощь.
После выполнения ряда экспериментов, Алексею Леонову поступила команда возвращаться, но сделать это оказалось непросто. Из-за разности давлений в космосе, скафандр сильно раздулся, потерял свою гибкость, и Леонов не мог втиснуться в люк шлюза. Он сделал несколько безрезультатных попыток. Запас кислорода в скафандре был рассчитан всего на 20 минут, которые заканчивались. Тогда космонавт сбросил давление в скафандре до аварийного. Если бы к этому времени у него не произошло вымывание азота из крови, то он бы закипел и Леонов погиб. Скафандр уменьшился, и вопреки инструкции, предписывающей заходить в шлюз ногами, он протиснулся в него головой вперёд. Закрыв внешний люк, Леонов стал разворачиваться, так как входить в корабль всё равно нужно было ногами из-за того, что крышка, открывающаяся внутрь, съедала 30% объёма кабины. Разворачиваться было сложно, так как внутренний диаметр шлюза – один метр, а ширина скафандра в плечах – 68 сантиметров. С большим трудом Леонову удалось это сделать, и он смог войти в корабль ногами, как положено.
Алексей Леонов в 11 часов 47 минут вошёл в шлюзовую камеру корабля. А в 11 часов 51 минуту 54 секунды, после того как был закрыт люк, начался наддув шлюзовой камеры. Таким образом, лётчик-космонавт находился вне корабля в условиях космического пространства 23 минуты 41 секунду. По положениям Международного спортивного кодекса чистое время пребывания человека в открытом космосе исчисляется с момента появления его из шлюзовой камеры (от обреза выходного люка корабля) до входа обратно в камеру. Поэтому время нахождения Алексея Леонова в открытом космическом пространстве вне космического корабля считается равным 12 минут 09 секунд.
С помощью бортовой телевизионной системы, процесс выхода Алексея Леонова в космическое пространство, его работа вне корабля и возвращение в корабль передавались на Землю и наблюдались сетью наземных пунктов. После возвращения в кабину Леонова, космонавты продолжили выполнять эксперименты, запланированные программой полёта.
В полёте было ещё несколько нештатных ситуаций, которые, к счастью, не привели к трагедии. Одна из таких ситуаций возникла при возвращении: не сработала система автоматической ориентации на Солнце, и поэтому не включилась вовремя тормозная двигательная установка. Космонавты должны были осуществить посадку в автоматическом режиме на семнадцатом витке, но из-за отказа автоматики, вызванного «отстреливанием» шлюзовой камеры, пришлось уйти на следующий, восемнадцатый виток и садиться с использованием ручной системы управления.
Это была первая посадка в ручном режиме, и при её осуществлении обнаружилось, что с рабочего кресла космонавта невозможно заглянуть в иллюминатор и оценить положение корабля по отношению к Земле. Начинать же торможение можно было только сидя в кресле в пристёгнутом состоянии. Из-за этой нештатной ситуации была потеряна необходимая при спуске точность. В результате приземлились космонавты 19 марта далеко от расчётной точки посадки, в глухой тайге, в 180 километрах северо-западнее Перми.
Нашли их не сразу, посадке вертолётов помешали высокие деревья. Поэтому ночь космонавтам пришлось провести около костра, используя для утепления парашюты и скафандры. На следующий день в мелколесье, в нескольких километрах от места приземления экипажа, спустился десант спасателей для расчистки площадки для небольшого вертолёта. Группа спасателей на лыжах добралась до космонавтов. Спасатели построили бревенчатую избушку-шалаш, где оборудовали спальные места для ночлега. 21 марта площадка для приёма вертолёта была подготовлена, и в тот же день на борту Ми-4 космонавты прибыли в Пермь, откуда и сделали официальный доклад о завершении полёта.
20 октября 1965 года Международная авиационная федерация (ФАИ) утвердила мировой рекорд продолжительности пребывания человека в космическом пространстве вне космического корабля 12 минут 09 секунд, и абсолютный рекорд максимальной высоты полёта над поверхностью Земли космического корабля «Восход-2» – 497,7 километра. ФАИ присудила Алексею Архиповичу Леонову высшую награду – Золотую медаль «Космос» за первый в истории человечества выход в открытое космическое пространство, лётчику-космонавту СССР Павлу Ивановичу Беляеву были вручены диплом и медаль ФАИ.
Через 2,5 месяца после выхода в открытый космос советского космонавта Леонова, такой же эксперимент удалось повторить и американцу. Во время полёта космического пилотируемого корабля «Джемини-4» (Gemini-4) (3 – 7 июня 1965 года), на его борту было два члена экипажа: командир Джеймс Олтон «Джим» МакДивитт (James Alton McDivitt) и второй пилот Эдвард Хиггинс «Эд» Уайт II (Edward Higgins «Ed» White II). Первым американским астронавтом, выполнившим выход в открытый космос стал Эдвард Уайт. Он вышел в космическое пространство 3 июня 1965 года в скафандре G4C № 8, с использованием ручного реактивного устройства маневрирования HHMU. Продолжительность пребывания в открытом космосе составила 22 минуты.
За прошедшие годы круг задач решаемых космонавтами за бортом космических кораблей и станций значительно увеличился. Постоянно проводилась и проводится модернизация скафандров. Как следствие – многократно возросла продолжительность пребывания человека в космическом вакууме за один выход. Выход в открытый космос сегодня – обязательная часть программы всех экспедиций на Международную космическую станцию. Во время выходов проводятся научные исследования, ремонтные работы, установка нового оборудования на внешнюю поверхность станции, запуск малых спутников и многое другое.
