На этой неделе отмечается пускай и не самый громкий, но достаточно важный космический юбилей. 50 лет назад, 16 марта 1966 года космический корабль «Джемини-8» под управлением Нила Армстронга и Дэвида Скотта, совершил первую в истории космическую стыковку. Его целью стала ступень-мишень Аджена-VIII.
Как и в с случае с многими другими «первыми в космосе», миссия пошла совсем не по плану и чуть не закончилась трагедией. Хотя начиналось все хорошо. Через четыре часа после старта система сближения «Джемини-8» нащупала цель, находившуюся на расстоянии 332 километров. Астронавты смогли визуально идентифицировать Аджену, когда расстояние до нее уменьшилось до 140 километров.
После сближения со ступенью и получасового визуального осмотра, началась сама стыковка. Процедура прошла в штатном режиме. Вскоре после этого «Аджена» получила команду развернуться на 90 градусов. Тут то и пошли проблемы — связка из ступени и корабля начала вращаться. Экипаж использовал двигатели системы орбитальной ориентации, чтобы остановить вращение. Однако по завершении маневра оно снова возобновилось. Ситуацию осложняло то, что в этот момент корабль находился за пределами зоны, где могла поддерживаться радиосвязь с ЦУПом
Астронавты приступили к выполнению инструкции, предписывавшей в случае возникновения каких-либо проблем немедленно отстыковаться от ступени. Но это только ухудшило ситуацию — скорость вращения увеличилась, достигнув одного оборота в секунду. У экипажа начало мутнеть в глазах, перегрузка достигла 3.5 g, и все могло закончиться очень плохо. В этой ситуации Армстронг принял верное решение отключить двигатели системы орбитальной ориентации и стабилизировать корабль, использую двигатель, предназначавшийся для посадки. Ему удалось остановить вращение, использовав 75% имевшегося топлива.
Разумеется, после всего случившегося о продолжении полета не могло идти и речи. Спустя виток «Джемини-8» вошел в атмосферу и приводнился в Тихом океане. Во время последующего расследования инженеры пришло к выводу, что наиболее вероятной причиной произошедшего стало короткое замыкание, из-за которого один из двигателей орбитальной ориентации «Джемини-8» самопроизвольно заработал, раскрутив корабль.
Известно, что Нил Армстронг был удручен результатами полета — пускай стыковку и удалось осуществить, но большая часть целей миссий не была выполнена. Но в то же время хладнокровие, проявленное им при спасении корабля, в дальнейшем сослужило ему добрую службу. Многие считают, что инцидент с «Джемини-8» повлиял на решение назначить Армстронга командиром «Аполлоном-11».
Ровно 50 лет назад, 30 октября 1967 года СССР первым в мире провел полностью автоматическую стыковку двух космических аппаратов – беспилотных кораблей «Союз» под названиями «Космос-186» и «Космос-188».
Благодаря аппаратуре стыковки страна получила возможность создавать долговременные орбитальные станции, где можно жить и работать длительный период. Стыковка была осуществлена с использованием аппаратуры стыковки первого поколения «Игла», разработанной специалистами НИИ точных приборов (НИИ ТП, сегодня входит в холдинг «Российские космические системы») под руководством главного конструктора Евгения Кандаурова. Благодаря этой аппаратуре страна получила возможность создавать долговременные орбитальные станции, где можно жить и работать длительный период.
За полвека со дня первой в мире стыковки первые изобретатели и разработчики системы взаимных измерений положений космических кораблей из НИИ ТП разработали три поколения систем автоматической стыковки, не считая различных ее модификаций:
- 1 поколение: «Игла-А» и «Игла-П»
- 2 поколение: «Курс-А» и «Курс-П»
- 3 поколение: «Курс-НА» и «Курс-МКП»
Каждое поколение аппаратуры стыковки создавалось на новых принципах обработки сигнала, используя перспективную элементную базу. Аппаратура становилась легче по весу, меньше по потреблению питания по бортовой сети, но сохраняли неизменно с высокую степень надежности. Так, если резервированная «Игла-А» весила 200 кг, то резервированный «Курс-А» – уже 100 кг, а резервированный «Курс-НА» с современной цифровой обработкой согнала – уже 50 кг, а перспективный Лунный «Курс» («Курс-ЛА») не должен превысить 25 кг. Для каждого поколения системы взаимных измерений была разработана контрольная проверочная аппаратура, построены уникальные стенды и безэховые камеры для отработки и проведения испытаний. В среднем за год НИИ ТП обеспечивал 6 стыковок космических аппаратов, за 50 лет – почти 300 стыковок! Для этого было изготовлено множество комплектов «активной» и «пассивной» аппаратуры, проведены регулировки, испытания и проверки, как отдельных блоков, так и штатного комплекта в составе кораблей и станций.
Идеология режима сближения кораблей в космосе разрабатывалась в знаменитом ОКБ-1, которым руководил генеральный конструктор Сергей Павлович Королев (ныне РКК «Энергия»). Разрабатывая алгоритм этого процесса, «королевцы» понимали, самое сложное — комплекс проблем, связанных с режимом автоматического сближения и стыковки. Дело новое, неведомое и очень интересное. Систему стыковки надо было не просто разработать, ее было необходимо изобрести с нуля. Первый главный конструктор системы стыковки «Игла» Евгений Васильевич Кандауров так вспоминал об этом:
«В конце 1962 г. в наш институт (НИИ-648), ныне – НИИ ТП)) обратилось руководство ОКБ-1 с предложением рассмотреть возможность разработки и изготовления аппаратуры для сближения и причаливания космических кораблей. Предложение исходило лично от С.П. Королева и было встречено со всеми знаками уважения. Делегация специалистов ОКБ-1 с техническим заданием была направлена в отдел, которым руководил крупнейший специалист по самонаведению Н.А. Викторов, он тогда вел разработку головок самонаведения для ракет «воздух-воздух». Задачи сближения управляемого снаряда с целью и сближения двух космических аппаратов казались весьма близкими, что должно было ускорить разработку аппаратуры стыковки.
…Но, проанализировав требования и сроки, специалисты этого отдела пришли к выводу, что отличий гораздо больше, чем общего. Общая задача – как можно точнее попасть в цель – одинакова. Но если снаряд должен достигнуть цели максимально быстро, то космический корабль должен подойти к цели – пассивному кораблю – как можно медленнее, чтобы при механическом соприкосновении они не повредили друг друга. Также нужно было мерить углы взаимной ориентации с точностью до одного градуса; нужно было осуществить поиск выведенных на орбиту кораблей, а на заключительном участке причаливания – измерить взаимный угол крена. Такие задачи ранее не ставились для головок самонаведения. По существу, это означало, что нужно осуществить разработку принципиально новой радиотехнической системы. Н.А. Викторов от этой работы отказался, и, когда мы спросили, не будет ли он возражать, если «мы перехватим этот заказ», его реакция была однозначной: «Претензий не будет: хотите сломать шею – воля ваша». Такое неверие в возможность реализации этой задачи радиотехническими методами сопровождала весь процесс создания системы взаимных измерений. Даже маститый ученый, конструктор автономных систем управления, академик Н.А. Пилюгин говорил разработчикам: «Зря, ребята, стараетесь. Ничего путного у вас не выйдет». Такую точку зрения разделяли тогда многие – до момента удачной стыковки … 30 октября 1967 г. Прошел первый успешный вывод на орбиту двух косметических кораблей с установленной на них аппаратурой «Игла». Началось измерение параметров взаимного движения и маневрирование активного корабля в процессе сближения. Но маневрирование длилось намного дольше расчетного времени, и корабли ушли из зоны видимости средств наблюдения не состыкованными. В ЦУПе воцарилось тревожное молчание. Примерно через час вбежал Константин Петрович Феоктистов с криком: «Есть контакт!». Василий Петрович Мишин, который к тому времени возглавил ОКБ-1 после смерти С.П. Королева, отмахнулся: «Не может быть!» Тем не менее, первая в мире автоматическая стыковка космических кораблей «Космос-186» и «Космос-188» при помощи радиотехнической системы «Игла», разработанной и созданной в НИИ ТП (НИИ-648), состоялась с первой попытки».
Разработка первой в мире аппаратуры для стыковки космических кораблей, как и вся история отечественной космонавтики, – это история успешной кооперации предприятий отрасли. Более 40 лет в РКК создание аппаратуры СВИ «Игла» и «Курс», курировала Нина Ивановна Кожевникова, разработчик алгоритмов управления в режиме сближения. Вот как она вспоминает об этом:
«Стратегию режима сближения определяли специалисты знаменитого королевского ОКБ-1, ныне – РКК «Энергия». Они определили, что один из сближающихся объектов должен быть активным, совершающим необходимые маневры и включения двигателей в соответствии с алгоритмами по сигналам от системы взаимных измерений (СВИ) параметров относительно движения. Второй объект – пассивный, он должен постоянно ориентироваться в направлении штыря /сигнала, аппаратуры/ активного объекта. Ориентация должна осуществляться также по сигналам от СВИ вплоть до касания.
Правительство СССР выпустило постановление о необходимости разработки бортовой системы взаимных измерений. ОКБ-1 получило предложения от четырех организаций, которые уже занимались проработками измерителя. Одной из них был Ленинградский НИИ-158, специализирующийся на авиационных радиомоторах. Второй – НИИ-648 (НИИ ТП) во главе с А.С. Мнацаканяном. Главный разработчик этого направления – Е.В. Кандауров – давно занимался проблемой систем самонаведения ракет. Эту задачу также готов был решать главный конструктор ОКБ МЭИ – А.Ф. Богомолов. Четвертым был – главный конструктор тепловых и оптических головок самонаведения ЦКБ «Геофизика» – Д.М. Хорол. После тщательного рассмотрения предложенных материалов группа специалистов ОКБ-1 во главе с Б.Г. Невзоровым остановила свой выбор на НИИ-648. С.П. Королев согласился с выводами своих коллег и дал добро на работы.
Так в историю космонавтики вошла радиотехническая многопараметрическая система взаимных измерений параметров относительного движения двух кораблей «Игла». Она неразрывно связана с именами тогдашнего директора НИИ ТП А.С. Мнацаканяна и главного конструктора стыковочной системы Е.В. Кандаурова».
Нина Ивановна Кожевникова вспоминает:
«Несмотря на то, что от полета к Луне было решено отказаться, программа их развития по-прежнему предусматривала сближение и стыковку «Союзов» в космосе в автоматическом режиме. Специалисты ОКБ-1, анализируя поставленную задачу, пришли к выводу, что с помощью наземных средств можно сблизить объекты в космосе до расстояния 25 км. Далее должна вступить бортовая автономная система, не зависящая от Земли и действий экипажей. Один из сближающихся объектов должен быть активным, совершать необходимые маневры и включения двигателей в соответствии с алгоритмами по сигналам от системы взаимных измерений (СВИ) параметров относительно движения. Второй объект – пассивный, он должен постоянно ориентироваться в направлении штыря (сигнала, аппаратуры) активного объекта. Ориентация должна осуществляться также по сигналам от СВИ вплоть до касания.
Первая стыковочная система создавалась для стыковки космических кораблей серии «Союз», который пройдя множество модернизаций, до сих пор исправно доставляет космонавтов и астронавтов на борт Международной космической станции.
Название «Союз» было дано кораблям этой серии позднее, первоначально эти космические аппараты назывались «Космос» и предназначались не для работы в околоземном пространстве, а для пилотируемого облета Луны. Эти корабли должны были стыковаться на орбите Луны.
Международная обстановка того времени подстегивала темпы создания системы стыковки.
Руководство страны было обеспокоено успешным ходом работ в США по программе «Аполлон». В связи с этим темпы работ по пилотируемой программе были ускорены, а старт первой беспилотной пары «Союзов» назначили на октябрь 1966 г.
1966 г.
28 ноября 1966 г.
Пуск активного корабля «Союз-2» состоялся 28 ноября 1966 г., но из-за нештатной ситуации на борту, запуск пассивного корабля «Союз-1», запланированного через сутки, отменили. Программа полетов «Союзов» в очередной раз была изменена.
14 декабря 1966 г.
Для тщательной проверки всех систем, старт «Союз-1» получившего название «Космос-133») в одиночном варианте был намечен Госкомиссией на 14 декабря 1966 г. А следующую пару «Союзов» – № 3 и № 4 – было предложено готовить для стыковки.
В день старта 14 декабря 1966 г. все необходимые операции прошли без замечаний. Однако, и этому кораблю не удалось выполнить поставленную задачу из-за возникшего на стартовом комплексе пожара.
1967 г.
7 февраля 1967 г.
Третий пуск одиночного беспилотного «Союза» («Космос-140») состоялся 7 февраля 1967 г. Работа систем показала положительный результат.
апрель 1967 г.
Последующие пуски двух пилотируемых кораблей планировались на апрель 1967 г. и предполагали проведение стыковки.
23 апреля 1967 г.
23 апреля 1967 г. стартовал активный корабль 7К-ОК № 4 (для публикаций – «Союз-1») с командиром Владимиром Комаровым. На 24 апреля был назначен старт пассивного «Союз-2» с командиром Валерием Быковским. Но и этой паре кораблей не суждено было осуществить столь долгожданную стыковку: на корабле «Союз-1» было множество отказов, которые, в конечном итоге, привели к трагической гибели В.М. Комарова, а старт «Союз-2» не состоялся.
27 октября 1967 г.
Тем не менее, работа продолжалась. Готовились к запуску очередной пары беспилотных 7К-ОК («Союз») № 5 («Космос-186») и № 6 («Космос-188»).
На предстартовой Госкомиссии главный конструктор ОКБ-1 В.П. Мишин отметил, что целями совместного полета являются проверка надежности всех систем, осуществление маневров по сближению. Задача осуществления автоматической стыковки не ставилась.
27 октября 1967 г. состоялся запуск корабля «Космос-186».
Стыковка вне зоны видимости
Убедившись, что все системы кораблей работают без замечаний, Евпаторийская группа управления во главе с П.А. Агаджановым и Б.Е. Чертоком вышла на Госкомиссию в Тюратаме (сейчас известен, как космодром «Байконур») с предложением выдачи на корабли команд на сближение. Госкомиссия дала «добро», хотя в успех мало кто верил.
Оба корабля ушли из зоны видимости советских наземных измерительных пунктов (НИП). Вмешаться в процесс было невозможно. Оставалось только ждать.
Первым встретил летящие корабли Евпаторийский НИП. Он зафиксировал по телеметрии, что есть признаки захвата и стыковки. Телекамера активного корабля передала изображение неподвижного относительно него пассивного корабля. Теперь уже сомнений не было. Стыковка состоялась!
Обработка телеметрической информации показала, что процесс сближения начался на расстоянии 24 км между кораблями. Взаимная ориентация длилась 127 секунд. На активном корабле двигатель включался 28 раз, в режиме причаливания – 17 раз. Расход топлива существенно превышал расчетный. Весь процесс до механического захвата продолжался 54 минуты, «Игла» выключена на обоих кораблях, но процесс стягивания не закончился, штепсельные разъемы, обеспечивающие электрическую связь, не состыковались, им что-то мешало. Тем не менее, корабли были состыкованы жестко.
«Стыковочным» вектором в работе НИИ точных приборов (НИИ ТП, входит в холдинг космического приборостроения «Российские космические системы») с 2001 года по настоящее время руководит главный конструктор направления радиотехнических систем взаимных измерений (СВИ) НИИ ТП Сергей Борисович Медведев. Накануне полувекового юбилея со дня первой в мире автоматической стыковки он ответил на несколько вопросов:
— Сергей Борисович, момент стыковки, который вы и ваши коллеги из НИИ ТП обычно наблюдаете в знаменитом королевском ЦУПе, каков он? Что Вы испытываете в этот момент?
— Любой специалист, работающий в ЦУПе, скажет вам, что стыковка – одна из наиболее сложных и ответственных технических операций, которые проводятся в космосе. Для того, чтобы состыковать вместе два космических аппарата (корабль и станцию) необходимо их с ювелирной точностью сблизить, причем, очень аккуратно, на нужный узел, особенно на конечном участке, чтобы исключить соударение друг с другом. Для нас, сотрудников НИИ ТП, отвечающих за этот процесс, любая стыковка заканчивается докладом космонавтов: «Есть касание». Когда-то главный конструктор пилотируемых программ РКК «Энергия» В.П. Легостаев ввел традицию – после этой фразы он громко, так что б было слышно всем в главной оперативной группе управления ЦУП, объявлял: «Одним выговором меньше». Его преемник, Е.А. Микрин, эту традицию продолжил. Поздравляя своих коллег с юбилеем, я буду желать им только мягких касаний с мехзахватами в каждой будущей стыковке и никаких выговоров!
— Как полувековой путь развития систем взаимного измерения (СВИ) для стыковки космических аппаратов (КА) на орбите связан с совершенствованием современных космических кораблей и орбитальных станций?
— Все наши успехи в модернизации систем стыковки связаны с достижениями и новыми возможностями их систем управления, совершенствованием элементной базы. Первые стыковки КА серии «Космос» сменялись стыковками с орбитальными станциями (ОС) серии «Салют», затем со станцией «Мир», и, наконец, с Международной космической станцией (МКС). Каждая новая ОС становилась более сложной и габаритной, появлялись новые дополнительные стыковочные узлы, позволяющие осуществить стыковку большего количества транспортных кораблей, оснастить ее новыми модулями. Создание в космосе таких дорогостоящих крупногабаритных конструкций требовало увеличения сроков их активной работоспособности. Довольно трудно восстановить точное число проведенных с помощью наших СВИ стыковок, в среднем в год НИИ ТП обеспечивало 6-7 операций стыковки, но, думаю, важно воспроизвести здесь хронологию наших СВИ.
Фотоматериалы
От «Иглы» к «Курсу»: поколения СВИ
СВИ первого поколения – «Игла»: охватывает период с 1967 по 1986 гг., «Игла-1» – запросчик, «Игла-2» – ответчик. Разработана под руководством Е.В. Кандаурова, 30 октября 1967 г. обеспечила первую в мире автоматическую стыковку КА «Космос-186» и «Космос-188», открыв эру создания орбитальных пилотируемых станций и комплексов. Построена преимущественно на транзисторах, в передатчике использованы металлокерамические лампы. В процессе эксплуатации были разработаны пять модификаций аппаратуры для резервирования и размещения на различных модулях: «Игла-1Г», «Игла-1Р», «Игла-1С», «Игла-2Р», «Игла-2Р2». Осуществляла стыковки различных космических кораблей и модулей с орбитальными станциями серии «Салют», «Мир» – 94 стыковки.
СВИ второго поколения – «Курс»: «Курс-А» – запросчик, «Курс-П» – ответчик. Разработана под руководством А.С. Моргулева. Построена преимущественно на интегральных микросхемах, в передатчике использованы СВЧ-транзисторы.
Используется с 1986 г. Эксплуатация ее заканчивается, сейчас эта аппаратура размещена только на модуле МЛМ, старт которого запланирован в следующем году. Осуществляла стыковки различных космических кораблей с орбитальными станциями «Мир», «МКС» – 172 стыковки.
Примечательно, что практически весь срок существования станции «Мир» на ее борту трудился комплект аппаратуры «Курс-П», изготовленный в цехах опытно-экспериментального производства НИИ ТП. При назначенном ресурсе его работы в условиях космоса – 3 года, он проработал почти 15 лет. Бессменно.
Предшественником аппаратуры «Курс» была СВИ «Мера», система с уменьшенным составом измеряемых параметров, на которой прошла отработка принципов построения СВИ «Курс». Использовалась для резервирования аппаратуры «Игла». Участвовала в 10-и стыковках с орбитальной станцией «Мир».
СВИ третьего поколения – «Курс-Н»: «Курс-НА» – запросчик, «Курс-П», «Курс-МКП-01» – ответчик. Разработана в последние годы для модифицированных пилотируемых и грузовых транспортных кораблей, с использованием современных возможностей систем управления, на высокоинтегрированных цифровых микросхемах с мощным трехпроцессорным вычислителем.
Первая стыковка в качестве основной СВИ проведена в 2014 г. в составе грузового корабля «Прогресс М-21М». На сегодняшний момент с ее помощью осуществлено 14 стыковок с орбитальной станцией «МКС».
С учетом проведенных автоматических перестыковок, общее количество успешно проведенных этими СВИ режимов сближения и стыковки превышает 300.
«Игольщики!» – так называли в институте инженеров отдела по созданию систем взаимных измерений параметров относительного движения космических аппаратов, работавших на стенде, где в творческих муках рождалась «Игла» – аппаратура взаимных измерений положений двух космических аппаратов для их стыковки. Нас было много: молодых, толковых, работавших самоотверженно, сутками, но уж так случилось, что мне повезло особенно. Я был первым из молодежи, кому довелось в реальном времени наблюдать на космодроме Байконур процесс сближения двух космических аппаратов. И не только наблюдать, но и комментировать работу «Иглы»
Произошло это вот как. Электрические испытания КА «Союз» № 5 («активный» КА, осуществляющий сближение и причаливание, в другой терминологии – «Космос-186») и КА «Союз» № 6 («пассивный» КА, ориентирующийся на встречу активному – «Космос-188») были завершены 20-21 октября. Пуск пассивного космического корабля запланирован на 27 октября, а стыковка – на 29 октября. Всю основную группу из НИИ ТП, готовивших запуск, отправили домой, а меня, как прибывшего на Байконур последним и значительно позже остальных, оставили на «всякий случай». И, как оказалось, не напрасно, а для меня – и очень удачно.
27 октября, после вывода на орбиту пассивного аппарата, я анализировал исходное состояние телеметрии «пассивной» аппаратуры «Иглы-П» – приемоответчика. С задержкой в сутки, 30 октября был выведен КА «Союз» № 5 на орбиту, близкую к КА «Союз» № 6. Аппараты начали сближение. Моей задачей было комментировать этот процесс в режиме реального времени начальнику лаборатории первого испытательного управления Байконура, подполковнику Рудольфу Тимофеевичу Крутову. Пока шел процесс взаимной ориентации космических аппаратов, я еще успевал что-то говорить о появляющихся разовых сигналах («СНЦ, зона 20, зона 7…»), но, когда появился сигнал «захват по дальности», и пошли сообщения о дальности, расшифровка телеметрии, которую мы вместе пытались проводить по тарифовочным графикам, стала сильно отставать от процесса.
Мне удалось отследить переход с первой шкалы дальномера на вторую, затем на третью. Но потом космические корабли ушли из зоны видимости последнего наземного измерительного пункта на расстоянии примерно 250-300 м, зафиксированном почему-то на второй шкале дальномера.
В длительной паузе между сеансами связи с космическими аппаратами произошло событие, которое сейчас, спустя полвека, я считаю самым значимым в моей инженерно-космической жизни. Р.Т. Крутов подвел меня к Ю.А. Гагарину и попросил рассказать об устройстве «Иглы». Почти час мы втроем ходили по коридору в административном здании монтажно-испытательного комплекса и я, как мог подробно, рассказывал первому космонавту мира о нашей «Игле», первой в мире аппаратуре для автоматической стыковки в космосе.
Ю.А. Гагарин внимательно слушал, не перебивал, иногда задавал вопросы, просил что-то повторить. Это продолжалось почти час, пока по громкой связи не прозвучал доклад: «С космическим аппаратом № 5 установлена радиосвязь». На несколько секунд воцарилась недоуменная тишина, было непонятно: «А где же второй КА?» И вдруг, возглас: «есть механический контакт!» Не сразу сообразили – стыковка КА состоялась! Произошло то, ради чего мы так много и напряженно работали.
«Эталон частоты для стыковки»
Крайне сжатые сроки разработки аппаратуры «Игла» и сложность решаемых задач потребовали привлечения к работам значительных сил. К разработке с первых же дней подключаются отраслевые отделы: приёмных устройств (начальник отдела С.А. Нейман), передающих устройств (начальник отдела Р.А. Кондаков), антенных устройств (начальник отдела А.И. Шпунтов), по разработке изделий кварцевой стабилизации частоты и селективных устройств (начальник отдела Р.Г. Китабов), вторичных источников питания (начальник отдела Л.М. Розов). Работы по «Игле» были определены как первостепенные, их выполнение переведено на двухсменный график.
Постепенно прорисовывался облик будущей аппаратуры «Игла», принципы построения измерительных каналов, их взаимосвязь.
При разработке измерительных каналов аппаратуры потребовалось создать высокостабильный эталон частоты, необходимый для формирования высокочастотных сигналов. Разработать его в требуемые сроки в стенах института не представлялось возможным. Созданный в конце мая 1962 г. отдел, который возглавлял я, к разработке такого класса изделия не был готов, тем более, что мы были загружены работами и по другим заказам («Краб», «Куб», разработка которых была начата в 1962 г.). По аппаратуре «Игла» разрабатывались более десятка кварцевых генераторов и кварцевых фильтров в широком спектре рабочих частот.
Серийно выпускаемый кварцевый эталон частоты, пригодный для применения в аппаратуре «Игла», нашёлся на опытном заводе Ленинградского научно-исследовательского радиотехнического института (ЛНИРТИ, ныне – Российский институт радионавигации и времени – РИРВ). Использовать его предложил Ю.А. Козко. Он и его сотрудники в то время часто ездили в ЛНИРТИ, занимаясь оформлением заказа на разработку бортового атомного стандарта частоты для комплекса «Куб». ЛНИРТИ был ведущим разработчиком системы единого времени и разрабатывал эталоны частоты для этих систем. Наши специалисты совместно с ленинградскими коллегами рассмотрели и согласовали технические параметры, количество и сроки поставки кварцевого эталона частоты с учётом требований на аппаратуру «Игла». ЛНИИРТИ в полной мере обеспечивал потребности Киевского радиозавода (КРЗ), где с 1966 г. началось освоение аппаратуры «Игла». Забегая вперёд, скажу, что на КРЗ было изготовлено и поставлено 150 комплектов.
Когда к концу 1965 г. собрали макетный комплект «Иглы» и оказалось, что из-за электромагнитной несовместимости приёмная аппаратура не обеспечивает требуемые параметры. В результате директор института А.С. Мнацаканян своим приказом от 28 декабря 1965 г. для всех разработчиков «Иглы» ввёл трёхсменную работу в так называемом «режиме технической позиции», то есть никто из участников работ по аппаратуре «Игла» не имел права уходить без разрешения вышестоящего начальника. К работам по «Игле» подключаются специалисты из других подразделений. Прикомандированный из первого отделения Ю.А. Козко и разработчики приёмного устройства в сжатые сроки устраняют все возникшие проблемы. Корректируется схемная и конструкторская документация.
Изготовленные и настроенные два товарных комплекта успешно прошли полный объём испытаний и в июне 1966 г. были поставлены в ОКБ-1. В октябре 1967 г. началась эксплуатация аппаратуры «Игла» по программе 7К-ОК «Союз».
За 22 года работы аппаратуры «Игла» было всего четыре отказа, и каждый раз ответственными за них назначали НИИ ТП, хотя наша вина не всегда была очевидна. Одна из нештатных ситуаций была связана как раз с работой эталона частоты. Это произошло в октябре 1969 г., когда на орбиту, друг за другом, были выведены три КК «Союз» с семью космонавтами. Программа полёта предусматривала стыковку двух космических кораблей и фото- и киносъёмку процесса стыковки третьим кораблём. Но в режиме автоматического сближения «Игла» не сработала. Не произошло взаимного радиозахвата – «разошлись» частоты эталонов. Попытка сблизить кооперируемые корабли с помощью команд с наземных измерительных пунктов на расстояние нескольких сот метров, для дальнейшего перехода на ручное управление, также не удалась. Выполнив остальные запланированные необходимые эксперименты, все космонавты благополучно вернулись на Землю, не выполнив стыковку.
Межведомственная комиссия по определению причин срыва стыковки виновной стороной определило НИИ-648. Причина – «из-за выхода из строя эталона частоты одного из кооперируемых космических кораблей». Анализ показал, что были нарушены теплоизоляционные свойства термостата, в результате чего, генератор с кварцевым резонатором «не выходил» в требуемый рабочий режим.
Спустя несколько месяцев к нам в институт приехал генеральный конструктор завода Южмаш (КБ «Южное») В.М. Ковтуненко и рассказал, что подобные проблемы возникли и с радиоаппаратурой других производителей. Проведённый его специалистами анализ показал – в стеклянные корпуса электровакуумных приборов проникает гелий, один из самых текучих газов, который широко применялся тогда для контроля герметичности изделий, в том числе и аппаратуры для космоса. На завершающей стадии испытаний, после установки всей радиоэлектронной аппаратуры, в корпус КА, закачивали гелий или гелиевоздушную смесь (с содержанием гелия более 90%) до уровня давления выше атмосферного. После чего наружную поверхность КА контролировали специальным щупом гелиевого течеискателя. В термостатах эталонов частоты «Иглы», в качестве теплоизоляции, использовался стеклянный сосуд Дьюара. В корпусе КА, где была установлена сорвавшая стыковку аппаратура «Игла», гелиево-воздушная смесь оставалась продолжительное время. Коллеги из Южмаша предположили, что гелий проник через стекло, в сосуде Дьюара нарушился вакуум и, как следствие, ухудшились его теплоизоляционные свойства, как следствие, стыковка была сорвана.
Директор института А.С. Мнацаканян распорядился проверить эту версию. На двух эталонах частоты, находящихся в распоряжении отдела, были воспроизведены условия проверки герметичности космического корабля. Для этого эталоны частоты поместили в барокамеру, в неё накачали гелий с процентным содержанием до 98%. На приборы подали питающее напряжение и следили за уровнем тока потребления термостата и выходной частотой эталонов. В течение более чем десяти часов эталоны показывали стабильную работу, но затем постепенно стал увеличиваться ток потребления термостата. Сосуд Дьюара начал терять теплоизоляционные свойства. Испытания продолжались около полутора суток, пока мощность потребления термостата не достигла своего максимального значения и не стабилизировалась. После этого началось постепенное изменение частоты эталонов, подтвердившее, что максимальная мощность потребления не обеспечивает внутри термостатируемого объёма заданную температуру. В итоге, оба эталона частоты вышли из строя. Полученные результаты испытаний были запротоколированы, а их результатах доложены в курирующее НИИ-648 управление министерства.
Вину за сорванную стыковку с НИИ-648, как разработчика аппаратуры «Игла», так и не сняли, но для обеспечения работоспособности радиоэлектронной аппаратуры методика контроля герметичности корпуса космических аппаратов все же была скорректирована.
В последствии, для аппаратуры стыковки второго поколения «Курс» эталон частоты НИИ ТП разрабатывал собственными силами, точнее, силами руководимого мной отдела кварцевой стабилизации частоты и селективных устройств. Но для «Курса» мы уже использовали сосуд Дьюара не в стеклянном, а в титановом корпусе.
Все мы знаем, что СССР обыграл США в космической гонке.
Первым человеком в космическом прастранстве стал гражданин Советского Союза - Юрий Алексеевич Гагарин.
Первый искусственный спутник Земли - тоже был за нами. Кстати американцы, уже в 1958 году догнали нас запустив свой спутник (который, правда был в 10 раз меньше советского и весил всего 8,3 кг).
Только ли в этом русские были первыми в космосе?
Многие наверняка назовут первую женщину-космонавта Валентину Терешкову.
Кто-то вспомнит выход в открытый космос Алексея Леонова.
Ну а кто-то скажет про первую обитаемую космическую станцию "Салют"...
В общем, я решил собрать весь перечень советских достижений в одном списке.
. Перечень советских побед в "космической гонке" .
24.06.1954 - первое живое существо в скафандре в открытом космосе (собака Лиса на ракете Р-1Д, катапультировавшаяся на высоте 75-80 км).
04.10.1957 - первый искусственный спутник Земли
03.11.1957 - первое живое существо на орбите Земли (Лайка на корабле «Спутник-2»).
14.09.1959 - АМС « Луна-2» впервые достигла поверхности Луны
07.10.1959 - первая фотография обратной стороны Луны (АМС «Луна-3»)
19.08.1960 - первые живые существа, совершившие суточный орбитальный полёт и благополучно вернувшиеся обратно (Белка и Стрелка).
12.02.1961 - первый космический аппарат отправлен к Венере (первый в истории человечества аппарат, предназначенный для исследования других планет)
12.04.1961 - первый полет человека в космос (Юрий Алексеевич ГАГАРИН)
06.08.1961 - первые сутки на орбите и сон человека в космосе (Герман ТИТОВ на КК «Восток-2»).
16.06.1963 - первый полет женщины в космос (Валентина Владимировна ТЕРЕШКОВА)
12.10.1964 - первый групповой полет человека в космос на многоместном корабле (КК "Восход-1")
18.03.1965 - выход человека в космическое пространство (Алексей Архипович ЛЕОНОВ)
03.02.1966 - первая «мягкая посадка» на Луну (АМС Луна-9)
01.03.1966 - перелёт космического аппарата с Земли на другую планету (посадка АМС «Венера-2» на поверхность Венеры)
03.04.1966 - станция «Луна-10» стала первым искусственным спутником Луны
30.10.1967 - первая автоматическая стыковка двух космических аппаратов
16.01.1969 - первая стыковка двух пилотируемых космических кораблей (корабли «Союз-4» и «Союз-5»)
11.10.1969 - первый совместный полёт трех кораблей (КК «Союз-6», «Союз-7», «Союз-8»), первая сварка в космосе
Установка «Вулкан» позволяла в автоматическом режиме выполнять дуговую, плазменную и электронно-лучевую сварку
01.06.1970 - первые две недели (а точнее 17,8 суток) в космосе (КК «Союз-9»).
Рекорд продолжительности автономного полёта без стыковки с орбитальной станцией (не побит и по сей день)
24.09.1970 - впервые доставлен Лунный грунт на Землю автоматической станцией
17.11.1970 - первый планетоход «Луноход-1»
19.04.1971 - первая орбитальная обитаемая космическая станция «Салют-1»
22.10.1975 - первое фото твердой поверхности Венеры
27.03.1978 - энергетический пуск первого ядерного ракетного двигателя РД-0410 .
(вычеркнуто по итогам с камрадом asv_k
)
Полностью готов в 1985г.
09.04.1980 - 11.10.1980 - первые полгода (185 суток) в космосе (ПОПОВ Леонид Иванович, РЮМИН Валерий Викторович)
23.03.1983 - первый космический ультрафиолетовый телескоп «Астрон».
Помимо самого 80-см ультрафиолетового телескопа массой около 400 кг «Астрон» нес комплекс рентгеновских спектрометров массой около 300 кг.
Высокоапогейная орбита позволяла наблюдать за источниками излучения вне тени Земли и радиационных поясов.
По количеству результатов считается одним из самых успешных космических проектов.
Были получены спектры свыше сотни звёзд различных типов, около тридцати галактик, десятков туманностей и фоновых областей нашей Галактики, а также нескольких комет. Были получены важные научные результаты в изучении нестационарных явлений (выбросы и поглощение материи, взрывы) в звёздах, явлений ключевых для понимания процесса образования газо-пылевых туманностей.
Полученные «Астроном» данные позволили углубить и уточнить теорию образования звёзд и эволюции Вселенной.
21.12.1987-21.12.1988 - первый год в космосе (Владимир Георгиевич ТИТОВ, Муса Хираманович МАНАРОВ)
Раньше стыковку пытались осуществлять через сутки после старта, но потом обнаружили, что именно в это время у космонавта пик расстройства вестибулярного аппарата - даже если космическая болезнь движения проявляется в слабой форме, все равно координация некоторое время оставляет желать лучшего. Поэтому решили дать возможность экипажу некоторое время адаптироваться к невесомости и стыковку проводить через двое суток Хотя адаптация вестибулярного аппарата в это время еще продолжается, но космонавты более готовы к проведению ответственной операции.
Стыковка, то есть «встреча» космических аппаратов на орбите, когда-то была настоящим чудом. Если говорить простым языком, стыковка - это присоединение двух или нескольких космических аппаратов герметично друг к другу, включая электрические и гидравлические разъемы, и объединение их объемов путем открытия люков. Чтобы осуществить стыковку на орбите, нужно сначала приблизиться к космическому аппарату, с которым необходимо стыковаться. А для этого требуется владение космической навигацией и системой сближения, которая помогала бы двум космическим кораблям найти друг друга в космосе.
Первая автоматическая стыковка на орбите была выполнена космическими аппаратами «Космос-186» и «Космос-188» 30 октября 1967 года. Правда, полной стыковки тогда не получилось - корабли выполнили лишь жесткий механический захват, но и это было уже большим достижением.
Первая успешная стыковка пилотируемых космических кораблей состоялась 16 января 1969 года. Это были корабли «Союз-4» и «Союз-5», в состав экипажей которых входили Владимир Александрович Шаталов, Борис Валентинович Волынов, Алексей Станиславович Елисеев и Евгений Васильевич Хрунов. При этом Хрунов и Елисеев осуществили переход из корабля в корабль через открытый космос. Так фактически была создана на короткое время (четыре с половиной часа) первая в мире космическая станция.
Без стыковки не обходится ни один современный полет в космос. Разработанная в СССР система стыковки оказалась настолько хороша, что американцы установили ее и на своих космических кораблях - «шаттлах», и на модулях космической станции.
Благодаря стыковке корабль доставляет на станцию космонавтов, припасы еды, контейнеры с топливом и другие материалы. Без стыковки не обойтись при подготовке к межпланетным полетам, когда идут сборка космических кораблей на орбите, заправка их топливом и доставка экипажа.
Готовятся к стыковке заранее. В ЦУПе планируются точное время старта корабля, высота и другие параметры орбиты станции, с которой предстоит совершить стыковку. После выведения корабля на орбиту он, как машина, которая перестраивается из одной полосы в другую, выходит на орбиту ожидания. Для этого он сделал - мы помним - два маневра. На вторые сутки, за два витка до встречи, ЦУП вводит в память бортового компьютера корабля информацию о параметрах двух орбит: корабля и станции. При помощи этой информации компьютер определяет путь, по которому корабль будет приближаться к станции - он называется траекторией сближения.
На тридцать втором витке система управления космического корабля приступает к выполнению процесса автономного автоматического сближения. Алгоритмы бортового компьютера корабля «Союз ТМ» самостоятельно рассчитывают необходимые импульсы для выполнения процесса сближения по оптимальным траекториям и для их осуществления выдают необходимые команды в бортовые системы.
Космонавты в корабле надевают скафандры, потому что вероятны нештатные ситуации, в которых произойдет разгерметизация или потребуется срочный спуск. Для иллюстрации расскажем про один случай, который произошел в симметричной ситуации на расстыковке 14 января 1994 года. Рассказывает космонавт Александр Александрович Серебров:
«Расстыковку мы проводили на дневной части витка. Перед спуском мы с Василием Васильевичем Циблиевым обнаружили, что лампа освещения в спускаемом аппарате не светит. Правый иллюминатор у нас был полностью закрыт возвращаемым грузом, а с левого я снял шторку, чтобы посветлее было, коль уж лампа не горит Однако теперь яркое солнце засвечивало Василию приборную доску, поэтому контролировать показания люминесцентных (светящихся) приборов ему было очень сложно. У нас была задача после расстыковки сфотографировать и отснять на видео и фото стыковочный узел для предстоящей стыковки американского „Шаттла“. Для этого я перешел в бытовой отсек И тут новое дело: корабль почему-то не слушался Василия, и нас несло на солнечную батарею станции, в район стыковочных узлов. Мы набирали скорость, сближаясь с „Миром“. Виктор Михайлович Афанасьев, командир сменившего нас экипажа, отдал команду „Всем в корабль!“, когда увидел, что мы летим прямо на них, и правильно - сейчас как разнесет станцию, надо и им срочно на спуск! Да и я думаю: „Кранты!“ У бытового отсека стенки тонкие, хрупкие, и при столкновении он обязательно треснет. Воздух выйдет минуты за две. Понял, что через виток меня вместе с бытовым отсеком отстрелят, а спускаемый аппарат перейдет в баллистический спуск Это все я просчитал мгновенно, да, собственно, и оставались какие-то секунды. Но за метр до станции скорость погасла. Алюминиевая антенна сдемпфировала. Затем последовал удар по солнечной батарее и - страшный грохот! Неужели сорвали у станции батарею? На Земле убьют ведь! Посмотрел - батарея на месте. Стало легче. Станция от удара потеряла ориентацию, потому что гиродины (силовые гироскопы) стали тормозиться. И так удачно получилось, что она повернулась к нам нужным стыковочным узлом. И я отснял всё наилучшим образом. Огляделся - мы чуток порвали экранно-вакуумную теплоизоляцию, с помощью которой поддерживается температурный режим внутри станции, других повреждений не заметил. Перешел обратно в спускаемый аппарат, и мы доложили о случившемся на Землю. Дело было вот в чем. Есть такой тумблер „Управление спускаемым аппаратом“, который должен стоять в положении „1“. Василий видел, что „клювик“ тумблера стоит правильно. Мы должны точно следовать бортинструкции. В ней имелось указание проверить ручку управления ориентацией, а про ручку управления движением, с помощью которой выполняются линейные перемещения корабля, почему-то ничего не было сказано. Иначе мы, конечно, заметили бы неладное. Просто особенность данного конкретного тумблера: его надо было чуть дальше „единички“ в сторону нуля продвинуть (подобные вещи требуется на примерке на Байконуре выявлять, да не заметили). Тем временем Василий дожал-таки тумблер, и корабль снова стал послушным. Мы построили ориентацию на торможение (потом оказалось, хорошо построили: меньше двух килограммов перекиси затратили на спуск)».
А вот как вспоминает об этой ситуации бортинженер Юрий Владимирович Усачев:
«На транспортном корабле включается тормозной двигатель для схода с орбиты. Он (транспортный корабль) увеличивается в размерах, кажется, начинает раскручиваться какая-то пружина - расстояние между нами сокращается все стремительнее. И я понимаю, что если „этому“ суждено случиться, то уход в спускаемый аппарат нас не спасет.
Я замер у иллюминатора. Корабль проносится около нас на расстоянии 30–40 метров!
Это было похоже на фантастику из серии „Звездные войны“. Когда он проскочил, я бросился к иллюминатору в каюте командира, увидел удаляющийся транспортный корабль и почувствовал, что мы были близки к…
И Господь спас нас пятерых - экипажи станции и корабля. Было немного жутковато осознавать, что можно вот так столкнуться, и привет».
Нечто похожее может произойти и на стыковке, потому скафандры обязательны.
Начинается дальний участок сближения. Теперь надо успешно провести космический корабль по выбранной траектории. Это делает система управления сближением. Космонавты контролируют информацию о параметрах сближения, отображаемую на пульте.
Чтобы избежать возможного столкновения со станцией на конечном этапе, сближение осуществляется в так называемую «вынесенную точку». Наверное, опасно прямо с проспекта на скорости зарулить в ворота гаража? Лучше заехать на площадку перед ним («вынесенная точка»), а потом аккуратно поставить машину в гараж. Так и в космосе: корабль ведут к пустому, не занятому, участку пространства примерно в километре от станции.
На расстоянии менее 200 километров радиотехническая система сближения обнаруживает и захватывает «цель». Теперь сближение можно производить более точно, и на дальности 20 километров вынесенную точку приближают к станции - на расстояние 750 метров. Когда расстояние от корабля до станции станет меньше восьми километров, бортовой компьютер переносит и вынесенную точку - теперь она находится на расстоянии всего 300 метров.
Корабль оказался на ближнем участке сближения. Теперь осуществляется облет станции - экипаж корабля подбирается к выбранному стыковочному узлу. При этом есть опасность повредить оборудование, находящееся на станции: с одной стороны - солнечные батареи, с другой - антенны и прочие приборы. Кораблю надо так приблизиться, чтобы ничего не задеть. Поэтому желательно делать это на свету и в зонах радиовидимости ЦУПа и наземных измерительных пунктов. Чтобы светотеневая обстановка благоприятствовала космонавтам при стыковке, стараются к сеансу радиосвязи вывести корабль в окрестность станции на дальность около километра.
За 100–200 метров корабль зависает напротив стыковочного узла, то есть его скорость относительно станции равна нулю. И вот, наконец, он начинает медленно-медленно приближаться к станции - два метра в секунду, чтобы не врезаться или не пролететь мимо нее. Если возникает опасность столкновения, происходит автоматический увод корабля от станции.
Желательно осуществить стыковку с первого раза. Выполнить вторую попытку будет гораздо сложнее. Причаливание осуществляется аккуратно, экипаж как бы подкрадывается к цели. Чтобы стыковочный механизм сработал нормально, необходимо расположить корабль и станцию на одной линии, совсем как ключ от двери перед тем, как вставить его в замочную скважину. Конечно, при этом неминуемо будут возникать боковые смещения и отклонения от оси. Как следствие этого, после сцепки два космических аппарата начинают немного колебаться один относительно другого. Однако эти колебания быстро прекращаются, как говорят, успокаиваются. Чтобы упростить этот процесс, сгладить колебания, предусмотрены амортизаторы.
Стыковка корабля к станции планируется в начале третьих суток его полета (на втором витке третьих суток, то есть на тридцать четвертом витке). Обычно стыковка осуществляется в автоматическом режиме. Приборы и системы, установленные на корабле, действуют по определенной программе, заложенной еще на Земле. Однако бывают случаи, когда командиру экипажа рекомендуется принять управление на себя и осуществить стыковку вручную, а это куда сложнее, чем продеть нитку в иголку. Для ручной стыковки командир использует специальную мишень, расположенную на причале станции. В процессе сближения экипаж осуществляет визуальный контроль стыковки по стыковочной мишени, которая подсвечивается Солнцем или фарой корабля. Наконец следует доклад: «Есть касание!»
«Причал», «причаливание» - термины из словаря моряков. Ничего удивительного - ведь и название «корабль» пришло из морского дела. Да, и в космосе, и в морском порту есть «причал». Однако на космической станции он не такой, как на морском берегу. Прибывшее судно достаточно принайтовить канатами или тросами к чугунному кнехту на причале, и экипаж может по трапу легко покинуть его. В космосе все сложнее. Причаливший космический корабль надо накрепко зафиксировать, плотно присоединить корабль к станции, проверить герметичность перехода и только потом переходить в космическую станцию.
Для этого придумали удобную систему стыковки с внутренним переходом. Она состоит из двух частей. Одна установлена на крышке переходного люка бытового отсека космического корабля, а ее автоматика размещена в самом отсеке. На другом космическом объекте, например станции, которая ожидает прилетающий корабль, находится вторая часть стыковочного устройства. Все операции по стыковке выполняются механизмами корабля, а механизмы станции находятся в ожидании.
Стыковочный механизм корабля представляет собой довольно сложное устройство со штырем, точнее штангой, которая может втягиваться в стыковочный механизм и выдвигаться. Она и выдвинулась, если читатель помнит, после первого витка.
Главная деталь ответной части, находящейся на станции, - приемный конус с гнездом, в которое должен попасть штырь. Сразу точно попасть в гнездо трудновато. Поэтому для облегчения дела перед гнездом расположен металлический конус. Наливая воду из чайника в бутылку, легко промахнуться мимо узкого горлышка, но если вставить в бутылку воронку (а она обычно делается в форме конуса), то струя воды, ударив в стенку воронки, затем неминуемо попадет в горлышко. Так и в стыковочном устройстве: достаточно попасть штырем в конус, и форма воронки сама загонит штырь в гнездо.
Мы не случайно только что сказали, что струя воды ударяет в стенку воронки. Так и для двух космических кораблей любая стыковка начинается с удара. Существует целая наука, называемая теорией удара, без которой разработать систему стыковки в космосе невозможно.
Чтобы сделать удар как можно слабее, надо уменьшить скорость сближения. Соударение штыря и конуса начинается с касания. В этот момент относительная скорость корабля и станции очень мала - обычно около 10 сантиметров в секунду, но не более 35 сантиметров в секунду. Касание и есть первый момент стыковки.
Главное сделали - попали! На конце штанги находится головка, вроде кулачка. На головке сделаны четыре защелки, которые зацепляются в гнезде. Как будто кулачок раскрылся и пальцы зацепились за гнездо. После того как взаимные колебания успокоятся, штанга начинает втягиваться и обе сцепившиеся части стыковочного устройства все плотнее и плотнее прижимаются друг к другу. Это одна из сложных операций, которую надо выполнить. Если ее проделать аккуратно, то стык окажется герметичным благодаря механизму его герметизации, который располагается на стыковочном шпангоуте (еще один морской термин!): он сделан в виде металлического кольца. Такое же кольцо находится и в стыковочном механизме станции. На каждом шпангоуте по восемь замков. После стягивания замки шпангоутов защелкиваются. Объединяются электрические цепи и другие коммуникации корабля и станции.
Специальные резиновые уплотнения не дадут воздуху выходить из корабля и станции. Но герметичность стыка надо проверить с помощью датчиков. И когда космонавты убедятся, что воздух не вырвется наружу, можно открыть внутренние люки и спокойно перейти через внутренний тоннель с корабля на станцию. Процесс этот долгий, занимает около двух часов. Поэтому журналистам, коллегам и родным космонавтов, иностранным гостям, руководителям космической отрасли и другим важным персонам, которые сейчас в ЦУПе внимательно следят за информацией на больших экранах, придется запастись терпением. Но вот, наконец, один из наиболее ответственных этапов полета успешно завершен.
А когда космический корабль уходит от станции, направляясь обратно на Землю, все проделывается в обратном порядке: люки закрываются, замки открываются, штанга выдвигается, штырь и гнездо расцепляются, пружинные толкатели отталкивают корабль от станции, космические аппараты расстыковываются.
Первая стыковка
Еще задолго до начала космических полетов теоретики космонавтики пришли к выводу о возможности модульной сборки космических конструкций на орбите. Вместо того, чтобы сразу выводить на орбиту огромные конструкции, легче будет по частям запускать отдельные блоки, и затем на орбите осуществлять сборку. Так можно собирать орбитальные станции, обеспечивать переход из космического корабля в находящуюся на орбите орбитальную станцию и обратно. В будущем межпланетные корабли (например, для полета к Марсу) также целесообразно собирать именно на орбите. Поэтому одним из первых шагов в освоении космоса стало освоение стыковки.
Однако разработка стыковочных узлов впервые началась не при сборке орбитальных конструкций, а при подготовке лунной программы. Еще Ю.Кондратюк, разрабатывая проект полета к Луне, пришел к выводу, что лунный корабль должен состоять из двух разделяющихся модулей – орбитального и посадочного. Долетев до окололунной орбиты, корабль должен разделиться на орбитальный модуль, который останется на окололунной орбите, и лунный модуль, который опустится на поверхность Луны. Затем с луны стартует взлетная часть лунного модуля, которая на орбите стыкуется с орбитальным блоком (в котором находится запас топлива для возвращения к Земле). Когда американцы разрабатывали свою лунную программу, они использовали точно такую же схему. Взяли они ее у Кондратюка или придумали самостоятельно – история умалчивает.
«Джемини-8» - первая стыковка . Успехи американской лунной программы объясняют тем, что все этапы ее подготовки проводились в лучших традициях плановой экономики. Задолго до высадки «Аполлона-11» на луну были детально спланированы все этапы. Так, с помощью космических аппаратов «Пегас» велась регистрация метеорных частиц и изучалась радиационная обстановка (3 запуска в 1965 году). С помощью «Рейнджеров» отрабатывалась наиболее благоприятная траектория вывода аппаратов к Луне, велась съемка на всем участке сближения с поверхностью Луны. Образно говоря, проверялась дорога, по которой предстояло лететь астронавтам (9 запусков в 1961-1965 годах, (правда,до Луны долетели только 3 – ред. сайта.)). С помощью аппаратов «Лунар Орбитер » велись съемки Луны с окололунной орбиты с целью поиска потенциальных участков посадки лунной кабины корабля «Аполлон» (5 запусков в 1966-1967 годах). Аппараты «Сервейер » по конструкции и внешнему виду напоминали посадочную ступень лунной кабины корабля «Аполлон» и были рассчитаны на мягкую посадку на Луну с так называемой падающей траектории. С помощью этих аппаратов изучалась несущая способность лунного грунта, процессы взаимодействия струи двигателя с грунтом при посадке, отрабатывались системы мягкой посадки (7 запусков в 1966-1968 годах).
Одновременно готовились и кадры астронавтов для будущих полетов. По программе «Джемини » - подготовительному этапу программы «Аполлона» - астронавты пять раз выходили в открытый космос. В полетах отрабатывалось сближение на орбите со спутниками-мишенями и стыковка с ними (12 полетов в 1964-1966 годах).
Чтобы достичь поставленной цели - полета человека на Луну и обратно, - руководству и специалистам НАСА необходимо было выбрать способ осуществления такого полета. Группа предварительного проектирования рассмотрела два варианта - прямой перелет с поверхности Земли на поверхность Луны и полет с промежуточной стыковкой на околоземной орбите. Прямой перелет потребовал бы разработки огромной ракеты для выведения лунного корабля на траекторию прямого перелета к Луне. Промежуточная стыковка на околоземной орбите потребовала бы запуска двух ракет меньшего масштаба («Сатурн-5») - одной для выведения космического корабля на околоземную орбиту и другой для дозаправки его топливом перед полетом с орбиты к Луне.
В обоих этих вариантах предусматривалась посадка 18-метрового космического корабля сразу на Луну. Поскольку руководство и специалисты НАСА считали эту задачу слишком рискованной, они в 1961-1962 разработали третий вариант - со встречей на окололунной орбите. При таком подходе ракета «Сатурн-5» выводила на орбиту два космических аппарата меньших размеров: основной блок, который должен был доставить трех космонавтов на окололунную орбиту и обратно, и двухступенчатую лунную кабину, которая должна была доставить двух из них с орбиты на поверхность Луны и обратно для встречи и стыковки с остающимся на окололунной орбите основным блоком. Этот вариант был выбран в конце 1962.
НАСА опробовало различные способы встречи и стыковки, которые предполагалось использовать на окололунной орбите, в ходе осуществления программы «Джемини » («Близнецы») - серии полетов возрастающей сложности на двухместных космических кораблях, оборудованных для сближения с космическим аппаратом-мишенью (беспилотная верхняя ступень ракеты «Аджена ») на околоземной орбите. Первый этап начался с беспилотных полетов «Джемини-1» и -2 (8 апреля 1964 и 19 января 1965) и трехвиткового полета В.Гриссома и Дж.Я нга на борту «Джемини-3» (23 марта 1965). В полетах «Джемини-4» (Дж.М акдивитт и Э.Уайт мл., 3–7 июня 1965), -5 (Л.Купер и Ч.Конрад-мл., 21–29 августа 1965) и -7 (Ф.Борман и Дж.Ловелл-мл ., 4–18 декабря 1965) исследовалась возможность длительного пребывания человека в космосе путем постепенного увеличения продолжительности полета до двух недель – максимальной длительности полета к Луне по программе «Аполлон». Полеты «Джемини-6» (У.Ширра и Т.Стаффорд , 15–16 декабря 1965), -8 (Н.Армстронг и Д.Скотт, 16 марта 1966), -9 (Т.Стаффорд и Ю.Сернан , 3–6 июня 1966), -10 (Дж.Я нг и М.Коллинз, 18–21 июля 1966), -11 (Ч.Конрад и Р.Гордон-мл., 12–15 сентября 1966) и -12 (Дж.Ловелл и Э.Олдрин-мл ., 11–15 ноября 1966) первоначально планировались для стыковки с кораблем-мишенью «Аджена ».
Частная неудача вынудила НАСА осуществить один из наиболее драматических орбитальных экспериментов 1960-х годов. Когда ракета «Аджена », корабль-мишень для «Джемини-6», взорвалась на старте 25 октября 1965, он остался без мишени. Тогда руководство НАСА решило вместо этого осуществить сближение в космосе двух кораблей «Джемини ». По этому плану нужно было сначала запустить «Джемини-7» в его двухнедельный полет, а затем, быстро проведя ремонт стартового стола, запустить «Джемини-6». В ходе совместного полета был снят красочный фильм, показывающий сближение кораблей вплоть до касания и их совместное маневрирование.
«Джемини-8» осуществил стыковку с кораблем-мишенью «Аджена ». Это была первая успешная стыковка двух кораблей на орбите, но полет был прерван менее чем через сутки, когда не выключился один из двигателей системы ориентации, в результате чего корабль получил такое быстрое вращение, что экипаж едва не потерял контроль над ситуацией. Однако, используя тормозной двигатель, Н.Армстронг и Д.Скотт восстановили контроль и осуществили экстренное приводнение в Тихом океане.
Во время полета «Джемини-4» Э.Уайт стал первым американцем, осуществившим выход в открытый космос - через два с половиной месяца после Леонова.
Таким образом, первая стыковка – это одно из немногих достижений в космосе, которое в 1960-е годы удалось американцам раньше, чем нам. Однако это не вполне полноценное достижение, поскольку речь шла о стыковке пилотируемого аппарата с непилотируемой болванкой. Полноценное достижение – стыковка двух пилотируемых кораблей – была впервые осуществлена в СССР.
Первая стыковка двух пилотируемых аппаратов . 16 января 1969 года на орбите произошла первая в мире стыковка двух пилотируемых аппаратов – космических кораблей «Союз-4» и «Союз-5». 15 января был осуществлен запуск космического корабля "Союз-4" с Владимиром Шаталовым на борту. На следующий день взлетел "Союз-5" с Борисом Волыновым , Алексеем Елисеевым и Евгением Хруновым . "Союз-5" пристыковался к "Союзу-4", Елисеев и Хрунов через открытый космос перешли в корабль к Шаталову, и это была большая победа советской науки и техники - первая стыковка. Впервые пилотируемые космические корабли образовали экспериментальную орбитальную станцию. Впервые был осуществлен переход космонавтов из одного корабля в другой. В итоге образовалась первая в мире орбитальная станция. Впоследствии один из участников этого события – А.С.Елисеев – вспоминал подробности тех событий:
«Полет планировалось выполнить немного раньше. Готовилась другая четверка, во главе с Владимиром Михайловичем Комаровым. Но тогда произошла трагедия, полет не получился. И уже вторая попытка выполнялась нашей четверкой. Если говорить о самом нашем полете, у нас все прошло гладко. Никаких отступлений от того, что мы планировали, не было. У нас были осложнения, вернее, не у нас, а у Бориса Волынова во время посадки. Там не было нормального разделения корабля на отсеки. Из-за этого у него сорвался управляемый спуск, и он, скажем так, не очень мягко приземлился. И тогда помимо того, что отрабатывались принципы работы самой станции, одной из задач полета было - отработать возможность аварийного спасения экипажей, когда нельзя войти в корабль, терпящий бедствие, то есть нельзя подстыковаться к этому кораблю и сделать внутренний переход между кораблями. И тогда решили проверить, можно ли спасти через открытый космос. И вот к такому сложному варианту спасения мы готовились. Были созданы корабли, были созданы системе жизнеобеспечения, методика. Мы ее проверили, все получилось. И слава богу, что до сих пор не понадобилось этого делать ».
Первая стыковка двух автоматических аппаратов – то есть в полностью автоматическом режиме – тоже произошла в СССР. Это были беспилотные корабли типа «Союз», которые были запущены под названиями «Космос-186» и «Космос-188».
Однако, после успешной стыковки и перехода из одного корабля в другой через стыковочный узел, необходимо было перейти к следующему этапу – стыковка и переход из одного космического аппарата в другой через стыковочный узел, не снимая скафандров. Эта задача стала особенно актуальной в связи с необходимостью работы на орбитальных станциях. Первый такой опыт совершили советские космонавты Владимир Шаталов, Алексей Елисеев и Николай Рукавишников, стартовавшие на корабле «Союз-10» 23 апреля 1971 года, когда было проведено испытание стыковочного узла между кораблем и станцией "Салют-1". Космонавты не входили внутрь орбитальной станции. После этого удачного опыта 16 июня 1971 года стартовал корабль «Союз-11» с экипажем: Георгий Добровольский, Владислав Волков, Виктор Пацаев . Они успешно осуществили стыковку с орбитальной станцией «Салют-1», переход космонавтов в орбитальную станцию и пребывание в ней в течение 23 дней. Экипаж погиб при возвращении на Землю вследствие разгерметизации корабля.
«Союз»- «Аполлон» . В ходе эксплуатации орбитальных станций стыковки стали привычными. Следующим важным шагом стала стыковка советского космического корабля «Союз» и американского корабля «Аполлон» на околоземной орбите 15 июля 1975 года.
Этот проект получил название ЭПАС (сокращение от «Экспериментальный полет Аполлон-Союз». Программа ЭПАС была утверждена Соглашением между СССР и США о сотрудничестве в исследовании и использовании космического пространства в мирных целях (24 мая 1972). Основные цели ЭПАС: испытание элементов совместимой системы сближения на орбите; испытание андрогинных (активно-пассивных) стыковочных агрегатов (см. Стыковка); проверка техники и оборудования для взаимного перехода космонавтов из корабля в корабль; накопление опыта в проведении совместно полетов КК СССР и США, включая, в случае необходимости, оказание помощи в аварийных ситуациях. Кроме того, в задачи ЭПАС входили изучение возможности управления ориентацией состыкованных кораблей, связи (межкорабельной ), а также координация действий американского и советского центров управления полетом. В процессе подготовки полета советскими и американскими конструкторами был решен комплекс сложных проблем по обеспечению совместимости средств вз аимного поиска и сближения космических кораблей, их стыковочных агрегатов, систем жизнеобеспечения, средств связи и управления полетом и т. д.
15 июля 1975 в 15 часов 20 минут по московскому времени с космодрома Байконур был запущен корабль «Союз-19» с космонавтами А. А. Леоновым и В. Н. Кубасовым , а в 22 ч 50 мин с космодрома на мысе Канаверал - корабль «Аполлон» с космонавтами Т. Стаффордом , Д. Слейтоном и В. Брандом . 17 июля в 19 ч 12 мин (на 36-м витке полета КК «Союз») была осуществлена стыковка обоих КК. 19 июля на 64-м витке КК «Союз» была проведена расстыковка кораблей, на 66-м витке корабли были вновь состыкованы. Окончательно корабли расстыковались на 68-м витке, после чего их полет проходил по самостоятельным программам. Общее время полета КК «Союз-19» составило 5 сут 22 ч 31 мин, КК «Аполлон»- 9 сут 1 ч 28 мин, общее время полета кораблей в состыкованном состоянии - 46ч 36 мин. В совместном полете были проведены следующие научные исследования и технические эксперименты: «искусственное солнечное затмение» (изучение с КК «Союз» при затмении Солнца КК «Аполлон» солнечной короны и окружающих КК газов); «ультрафиолетовое поглощение» (измерение концентрации атомарного кислорода и азота в космосе на высоте полета); «зонообразующие грибки» (изучение влияния совокупности факторов космического полета - невесомость, перегрузки, космическое излучение - на основные биологические ритмы); «микробный обмен» (исследование обмена микроорганизмами в условиях космического полета между членами экипажа и экипажами разных КК); «универсальная печь» (выяснение влияния невесомости на некоторые металлургические и кристаллохимические процессы в металлических и полупроводниковых материалах). Важным результатом полета стала унификация стыковочных узлов, что пригодилось в последующих международных полетах, в том числе и на МКС.
