В современной и будущей космонавтике проблемы сближения и стыковки имеют столь важное значение, что я позволю себе очень коротко рассказать об истоках, учитывая, что новым поколениям читателей недосуг искать специальную литературу, а научно-популярной на эту тему просто не издавалось.
Проектные проработки различных методов сближения космических аппаратов начинались еще в группе Тихонравова, работавшего в НИИ-4. С его переходом к Королеву в ОКБ-1 они были продолжены исключительно в теоретическом плане. Однако серьезные работы, имеющие целью создание системы управления сближением,начались у нас только в начале 1961 года с переходом коллектива Раушенбаха в ОКБ-1. Примерно в начале 1963 года при обсуждении проблемы управления многопускового комплекса «Союз» для облета Луны мы пришли к выводу, что управление сближением должно быть составной частью и одним из режимов общей системы управления движением, а потому мы должны быть головными разработчиками всей проблемы сближения. В дополнение к смежным организациям, которые по нашим заказам разрабатывали гироскопические и электронно-оптические приборы для ориентации и навигации, нам следовало найти желающих разработать то, на что мы сами были явно не способны: радиосистемы или оптические системы, измеряющие параметры относительного движения двух сближающихся аппаратов.
С самого начала было ясно, что бортовую аппаратуру можно будет упростить, если в процесс управления сближением включить уже существующий наземный комплекс с его баллистическими центрами. В этом случае с помощью наземного КИКа на уже проверенных принципах коррекции орбит по командам с «земли» расстояние и относительная скорость между двумя аппаратами, выведенными на орбиты в разное время и, может быть, с разных стартовых площадок, сводятся до минимальной величины, определяемой ошибками измерений КИКа и ошибками бортовых систем при исполнении сеансов коррекции. Три группы баллистиков: у нас Лавров и Аппазов, в НИИ-4 Эльясберг и Ястребов, в ОПМ Охоцимский и Платонов - анализировали проблему сближения по командам с «земли» сначала раздельно, а потом собрались вместе и пришли к согласованному выводу. Таким методом можно сблизить объекты до расстояния 20-30 километров - это как повезет. На таком расстоянии объекты будут находиться короткое время, потом снова разойдутся. Чтобы этого не случилось, сразу по завершении этапа дальнего сближения в дело должна вступить бортовая автономная система, не зависящая от земных измерений и команд. При дальности взаимного обнаружения автономными средствами не менее 20-30 километров должен произойти «радиозахват» - корабли должны «увидеть» друг друга и далее выполнять сближение и причаливание автономно без участия «земли». Один из кораблей при этом является активным: он движется к пассивному, который должен развернуться открытым основанием конуса - гнездом пассивной части стыковочного агрегата - навстречу штырю активного корабля.
На участках автономного сближения и причаливания возможны были два вида управления. Чисто автоматическое, без участия человека, и ручное, при котором космонавт, пользуясь результатами измерений системы и собственными наблюдениями в оптические визиры, с помощью ручек включает двигатели ориентации и двигатели причаливания и ориентации и доводит активный корабль до «втыка». Мы ставили своей главной задачей выполнение сближения «Союзов» в автоматическом, беспилотном режиме. Очевидно, что активные заправщики ПК должны были стыковаться с разгонным блоком 9К только автоматически. Для 7К были предусмотрены автоматический и, для надежности, еще и ручной режимы. Несмотря на прекращение работ по «Союзу» для облета Луны, категорическое требование автоматического сближения и причаливания оставалось в силе. Мы уже знали, что американцы приняли вариант, в котором без участия человека система сближения не работала. Мы не копировали американцев, и это оказалось в будущем сильной стороне нашей космонавтики.
Горячие споры развернулись по вопросам о методах наведени активного корабля на пассивный. Дело в том, что в те годы во всякого рода системах наведения ракет ПВО использовались траектории погони по «собачьей кривой», когда преследователь все врем следит за целью и бежит вдогон с постоянной или нарастающей скоростью.
Мы имели возможность использовать методы наведения, учитывающие законы небесной механики, то есть естественное движение кораблей в поле тяготения Земли. В этом случае предполагается, что по результатам наземных измерений в «память» активного корабл закладываются данные об орбитальном движении обоих кораблей относительно земных координат. В аппаратуру активного корабля должны быть заложены алгоритмы, позволяющие прогнозировать относительное движение и вырабатывать решение, приводящее к сближению. Такой метод, как было сказано, приводит к большим ошибкам. Необходима коррекция по результатам взаимных измерений относительной дальности и скорости, которые дает бортовая радио - или оптическая система. Чтобы скорректировать естественное орбитальное движение, необходимо на борту точно рассчитать величину, направление и время выдачи корректирующего импульса. Такого рода корректирующие воздействия по прогнозам теоретиков требовали не более двух включений СКДУ активного корабля до входа в зону причаливания, которая оценивалась в 50-200 метров. Однако само определение параметров управляющих воздействий при таком двухимпульсном маневре сближения требовало решение сложной задачи, предполагавшей, что каждый из корректирующих импульсов рассчитывается с помощью БЦВМ из условий попадания в зону причаливания через некоторое время свободного полета. Т.е сближение требовало теснейшего сотрудничества управленцев с баллистиками - они по праву считались хозяевами свободного полета на околоземных орбитах. От них и пошло название такого, казалось бы, естественного сближения - метод «свободных траекторий».
Этот сам собой разумеющийся метод обещал очень экономное расходование бортового запаса топлива СКДУ и системы ориентации, но требовал расчетов, которые невозможно выполнить без БЦВМ. Уже в 1964 году нам было ясно, что надежной и пригодной для подобных задач БЦВМ в ближайшие два-три года у нас не будет. О трагической истории создания в СССР космической БЦВМ я надеюсь еще написать.
Мы уже знали, что на «Джемини» и будущем «Аполло» американцы используют быстродействующие БЦВМ, позволяющие решать задачи сближения полуавтоматическим методом, с обязательным участием человека. Они, уже располагавшие надежными БЦВМ, не рисковали использовать только автоматическое сближение методом «свободных траекторий». Имея в своем распоряжении «искусственный интеллект», американские «сближенцы» складывали его с естественным интеллектом хорошо подготовленного астронавта и таким тандемом решали задачу. Мы должны были решить задачу, не имея ни искусственного, ни естественного интеллекта!
Пришлось отложить заманчивый метод до лучших времен и обучить активный корабль повадкам гончего пса, который даже после жестокой дрессировки не побежит в прогнозируемую точку встречи за удирающим зайцем. Теперь уже не баллистики, а «теоретики-динамики» Раушенбаха - Легостаев, Шмыглевский, Ширяев, Ермилов, используя опыт ракетных систем самонаведения, состыковали его с баллистикой космического полета и предложили метод «сближения по линии визирования», или проще - метод «параллельного сближения».
При этом методе повышалась роль и ответственность бортовой системы измерения параметров относительного движения. Требовалось точное измерение расстояния между кораблями: относительной дальности, скорости изменения этого расстояния, то есть скорости сближения или удаления, и угловой скорости вращения линии визирования, совпадающей с прямой, соединяющей в пространстве два корабля. Эта информация в согласованной форме поступает в аналоговые электронные приборы, которые не умеют, подобно БЦВМ, прогнозировать относительное движение и предвидеть последствия коррекций на длительном интервале времени. Поэтому бортовые приборы, управляющие сближением, будут вертеть кораблем в процессе сближения и выдавать команды на небольшие по величине, но частые корректирующие импульсы то на разгон, то на торможение,чтобы вести активный корабль внутри расчетного коридора значений относительной скорости, меняющейся в зависимости от дальности. В процессе сближения активный корабль не только разгоняется или тормозится, но и обязательно корректируется в боковом направлении так, чтобы свести к нулю угловую скорость вращения линии визирования.
По мере уменьшения дальности уменьшается и относительная скорость сближения. В режиме причаливания, чтобы не сломать стыковочный агрегат, требовалось иметь сближение со скоростью порядка 5-7 сантиметров в секунду и сводить к минимуму относительную угловую скорость.
Приборная материализация идей, разработанных абстрагирующимися от реальных возможностей теоретиками, требовала участия опытного специалиста, который бы кроме энтузиазма обладал еще и здравым смыслом разработчика реальной аппаратуры.
Нам повезло. К работе по системе сближения был привлечен Борис Невзоров, пришедший вместе с грабинским коллективом. Он обладал именно теми качествами, которые позволяли найти компромисс между «зарвавшимися» теоретиками, требованиями к параметрам радиоизмерительных систем и возможностями разработчиков наших электронных приборов.
Едва мы «обнародовали» с помощью «совершенно секретных» писем со ссылками на решение ВПК необходимость разработки бортовых систем измерения параметров относительного движения, как получили почти одновременно четыре исключающих друг друга предложения.
Первым откликнулся ленинградский НИИ-158, который специализировался на авиационных радиолокаторах, в частности, для наведения на цель ночных истребителей. Главный инженер этого НИИ Вениамин Смирнов доказывал мне, что в Советском Союзе только они имеют опыт для создания нужной нам системы. Увы! 200 килограммов, которые они насчитали для активного корабля, нам были «не в подъем». Да и сроки назывались не менее трех лет. Мы требовали поставки уже через год!
Вторым по времени на наш призыв откликнулся Евгений Кондауров, работавший в НИИ-648 над проблемой систем самонаведения ракет. За эту работу он с группой товарищей получил Ленинскую премию. Кондауров увидел реальную возможность реализовать в космосе многие свои идеи.
Начальник НИИ-648 Армен Сергеевич Мнацаканян встретил предложение использовать эти разработки для космических аппаратов без особого энтузиазма. Но когда Мнацаканян услышал, что эту задачу мы готовы передать в ОКБ МЭИ Богомолову, то отбросил все колебания и дал возможность Кондаурову развернуть работу до нашему техническому заданию.
У Богомолова был свой «энтузиаст сближения» - Петр Крисс. Он решил использовать весь потенциал чистой радиотехники и начал оригинальную разработку «фазовой» системы.
Наконец, по собственной инициативе выступил главный конструктор тепловых и оптических головок самонаведения ЦКБ «Геофизика» Давид Хорол. Он предлагал систему на лазерно-оптических принципах.
Для работы любой из четырех организаций независимо от проявленной ими инициативы необходимо было решение ВПК. Долго тянуть с окончательным выбором системы мы не могли. Проектные компоновки, чертежи, схемы и приборы могли быть созданы в приемлемые сроки только под один вариант.
Невзоров, на правах главного куратора этих систем, довольно убедительно доказал, что система НИИ-158 не пройдет по массе, габаритам и потребляемой мощности, система Хорола может работать только на малых дальностях и все равно для первоначального поиска потребуется радиотехника с круговым обзором.
Оставались Мнацаканян и Богомолов. У нас были сторонники и того, и другого. Для «Союза» решили в пользу Мнацаканяна. Богомолову пообещали место на лунных кораблях, если он выиграет по массе, габаритам и точности измерений у Мнацаканяна.
Так вошла в историю космонавтики радиотехническая измерительная система «Игла», которая на протяжении 12 лет доставила нам неисчислимое количество огорчений, радостей, массу хлопот, сопровождавшихся выговорами от министра и вызовами «на ковер» в Кремль. В истории космонавтики «Игла» неразрывно связана с именем Мнацаканяна. Она помогла становлению института, но она же явилась одной из причин падения Мнацаканяна.
Первые успехи в сближении с помощью «Иглы» значительно подняли престиж института и престиж его директора. К сожалению, сближение космических кораблей не повлекло за собой сближения Кондаурова, основного автора разработки, с руководством института.
Для активного корабля была разработана «Игла-1», для пассивного - «Игла-2». На первых комплектах гарантированная дальность начала взаимных измерений составляла 25-30 километров. Активная «Игла» потребовала установки на «Союз» трех комплектов антенн: обзорных, которые работали в режиме предварительного поиска партнера по сближению; гиростабилизированной антенны, которая после обнаружения партнера устанавливала режим автосопровождения, пользуясь ответчиком пассивной «Иглы» и следила за ним при разворотах своего корабля; специальных антенн для режима причаливания.
Пять различных антенн открывались после выведения корабля на орбиту только ради «Иглы». А всего на первых «Союзах» устанавливалось столько всевозможной радиотехники, что требовалось 20 антенн.
- Вы мне сделали не пилотируемый корабль, а настоящий антенноносец, - возмутился Королев, когда мы показали плакат общего вида «Союза», на корпусе которого умышленно были нарисованы из всех наружных аксессуаров только антенны.
Особое неудовольствие, кроме количества антенн, у СП вызвала сложная конструкция, которую мы назвали «крыша».
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90