Сыромятников Владимир Сергеевич. «100 рассказов о стыковке»

 
 


Навигация:
Рулевые машины «семерки»
Спускаемые аппараты
Челомей
Развитие американской космической программы
Концепция стыковочного узла «штырь—конус»
Электромагнитные тормоза и шарико–винтовые преобразователи двустороннего действия
Имитация движения космических кораблей на стенде
Проблема трения в космосе и первый беспилотный прототип корабля «Восток»
Измеритель износа шестерен
Проблемы щеточных двигателей в космосе
Спутник связи «Молния»
Создание следящего привода для основной антенны ретранслятора «Молнии»
Лунное посадочное устройство
Королёв порой действительно выглядел буйным
14 декабря 1966 года - тяжелая авария на старте
Неудачная стыковка «Союз-2» и «Союз-3»
Стыковка «Союз-4» и «Союз-5»
Старт проекта обновлённого транспортного корабля «Союз» (под индексом 7К–Т) со станцией «Алмаз»
Жабо
Надёжность стыковочного узла
Американский термин "периферийный андрогинный стыковочный агрегат"
Феоктистов
Первые стыковочные устройства
Окончательный вариант стыковки кораблей «Союз» и «Аполлон»
Документы взаимодействующего оборудования и ЭПАС
Дифференциальная кинематика
Механизм "винт—гайка"
Подготовка советских кораблей к программе ЭПАС
Создание уплотнения стыка
Сопоставление советской и американской систем отработки техники
АПАС-75
Стружка в стыковочном агрегате
Полёт «Союза-16» и испытание пиротехнических средств резервной расстыковки
Проблема с гидравлическими амортизаторами американского механизма АПАС
Леонов и Стаффорд
Кульбит
Первая стыковка
Вторая стыковка
Проблемы при посадке "Аполлона"
Анализ второй стыковки
Авторские набросы

Рулевые машины «семерки» были автономными в том смысле, что каждая имела свой масляный насос с мощным электродвигателем, которые требовали тяжелых аккумуляторных батарей. Это толкало к поиску другого, более дешевого источника энергии. Так родилась идея центрального привода: керосин перекачивался из бака ракеты в камеру сгорания ракетного двигателя специальными насосами, которые принято называть турбонасосным агрегатом — ТНА. Почти бесплатный керосин под высоким давлением мог заменить традиционное масло рулевых машин: они имеют одинаковую нефтяную природу. От идеи до ее практической реализации, как всегда, длинная и сложная дорога, тем более что попутно решили изменить сразу несколько принципов управления ракетой: прежде всего, вместо специальных небольших рулевых двигателей, как на «семерке», ввели «качание» основных камер. Чтобы избавиться от тяжелых и дорогих серебряно–цинковых аккумуляторов, создали турбинный генератор. В целом, ракета стала намного эффективнее, но разработчикам прибавилось хлопот. В саму рулевую машину тоже ввели ряд новшеств, с тем чтобы улучшить такие важные параметры, как чувствительность, быстродействие, частотный диапазон.

Спускаемые аппараты

В отличие от наших «Востоков» и «Восходов», а позднее и «Союзов», американские корабли (и «Меркурии», и «Джемини», и «Аполлоны») летали на ракетах без головных обтекателей. Хотя корпус был герметичным, астронавт находился в кабине в скафандре. В верхней части капсулы размещались парашюты, а также бак с перекисью водорода для реактивной системы управления (РСУ). Это однокомпонентное топливо оказалось более эффективным, чем сжатый «холодный» газ, использованный на нашем «Востоке». «Перекисную» систему мы применили позднее, в первых вариантах кораблей «Союз».
Еще одним, надо сказать, очень удачным свойством предложенной концепции и конфигурации стало то, что направление перегрузок, действовавших на человека, помещенного в капсулу, сохранялось на обоих активных участках полета: на ракете и при возвращении с орбиты (при полете в атмосфере и при приземлении).
В связи с формой капсулы нельзя также не упомянуть еще об одном ее качестве — о так называемом аэродинамическом. Так условно именуется свойство летательных аппаратов создавать подъемную силу. Путем специальной, несимметричной балансировки — за счет смещения центра тяжести капсулы от оси симметрии — удается создать такую, хоть и небольшую, силу — «малое качество».
Еще одним по–настоящему замечательным качеством стала возможность управлять спуском в атмосфере, маневрировать в полете, хотя и в небольших пределах (опять же — малое качество). При этом оказалось возможным, что, пожалуй, самое главное, уменьшать перегрузки при возвращении с орбиты, из невесомости. Блестящей следует считать концепцию управления вектором подъемной силы, то есть ее направлением, для чего достаточно поворачивать капсулу вокруг продольной оси, по крену. Для этого требовались совсем небольшие управляющие моменты, а значит, и маленькие реактивные двигатели. В таком режиме полета капсула сама становится своеобразным усилителем реактивной силы. В полной мере американцы реализовали эту идею позднее, на «Джемини» и «Аполлоне». Надо заметить, что вернуться на Землю с Луны< со второй космической скоростью без подобного управления было бы просто невозможно.

Челомей

в КБ Челомея (ОКБ-52) создали небольшой прообраз будущих космических «истребителей–спутников», снабдив его реактивным двигателем и присвоив ему название «Полет». Челомей уговорил Королева, и спутник запустили на «семерке». Включение двигателя также прошло успешно, и оно, разумеется, изменило орбиту полета. Очевидцы рассказывали, что Челомей сразу же на полигоне на специально организованном митинге выступил с патетической речью, в которой заявил о начале новой эры в освоении космоса. У нас над этим открыто смеялись, а Королев сказал, что началом этой эры можно считать первый полет корабля–спутника 1К в мае 1960 года. Как упоминалось, из-за отказа датчика ИКВ вместо спуска на Землю 1К забросили на более высокую орбиту.
...
Позднее, когда уже сняли Хрущева, а в советской РКТ пытались навести порядок, Д. Устинов рассматривал разные варианты, что делать с ОКБ-52. С его подачи в конце 1965 года, незадолго до своей смерти, Королев подготовил письмо, в котором предлагал на базе головного предприятия ОКБ-52 в Реутово, под Москвой, создать испытательную базу РКТ. К этому времени там действительно образовался уникальный комплекс, который продолжал расширяться. В письме, датированном 21 декабря 1965 года, в частности, сообщалось следующее: «…нельзя не отметить, что ОКБ-52, как правило, берется за разработку тем, уже выполненных другими организациями, чем создается зачастую ненужное дублирование работ, распыление сил и средств». Письмо не было отправлено и хранилось в его личном сейфе долгие годы после смерти. Если посмотреть на события начала 60–х еще с позиций сохранения государственной тайны, то можно разглядеть «уши» больших личных амбиций, вытекавших из основ политической системы.

Развитие американской космической программы

Те, кто в конце 60–х формировал стратегию США в освоении космоса, были, конечно, уникальными специалистами, мечтавшими о расширении исследований и строившими большие планы: и постоянно действующую космическую станцию, и межорбитальный буксир, и базы на Луне, и корабль для полета на Марс. Все эти планы основывались на доставке на орбиту экипажей, а также модулей и ракетных блоков при помощи многоразового «Спейс Шаттла», который должен был резко сократить расходы на запуск в космос полезных грузов (ПГ). Однако многим разделам этих больших планов не суждено было сбыться в силу целого ряда причин, прежде всего политических, а стоимость доставки ПГ не только не уменьшилась, а значительно возросла. Годы спустя НАСАвцы ссылались на то, что существенное сокращение финансирования заставляло их выбирать и выбраковывать многое из тогда задуманного.
С другой стороны, экономика свободного предпринимательства и «демократического» распределения миллиардных государственных заказов порой приводила к перераспределению контрактов, подключению новых фирм и, как следствие, к распылению и утрате уникального опыта. Мне представляется, что все-таки надо было найти возможность использовать опыт, приобретенный в неповторимые 60–е годы. Например, на основе «Джемини» силами фирмы «Макдоннелл» все же можно было создать небольшой транспортный корабль, подобный нашему «Союзу».
Надо еще раз отметить, что его конфигурация и компоновка напрямую не годились для того, чтобы без существенных переделок превратить «Джемини» в настоящий транспортный корабль. Похоже, ему не хватало того самого «союзовского» БО. Надо сказать, что скомпоновать такой корабль было бы не просто, так как американцы летали на ракетах–носителях без головных обтекателей. Возможно, «голубой» или нет (без голубых мешков, что ли, в которых астронавты хранили… собственные отходы), а такой корабль мог бы стать хорошим дополнением к многоразовому «Спейс Шаттлу», такому же большому и уникальному, как и дорогому. Похоже, руководителям американской астронавтики это стало ясно только много–много лет спустя.
По крайней мере, фирма «Макдоннелл» с годами теряла свой опыт и потенциал. В конце концов то же самое произошло с техникой ракетно–космического комплекса «Сатурн—Аполлон», о котором будет рассказано дальше. В середине 90–х мы увидели совсем другие фирмы. Еще через несколько лет такие громкие названия, как «Макдоннелл–Дуглас» и «Рокуэлл» («Rokwell International Corporation»), исчезли с космического горизонта, а их заменил монопольный «Боинг». Что-то неладное стало происходить с американскими ракетно–космическими технологиями. Американский подход к решению больших и малых задач порой был, на мой взгляд, слишком утилитарным; решив уникальные задачи, они бросали свои достижения, можно сказать, на произвол судьбы. Это приводило к растрачиванию знаний и опыта, что проявлялось на разном уровне: от отдельных индивидуумов, склонных к смене занятий и карьеры, и команд, до крупных компаний и целых агентств, включая НАСА.
Фон Брауна, создателя уникальных ракет, начиная от «Фау-2», самой первой и ставшей классической, до «Сатурн-5», самой большой и статистически самой надежной, тоже вывели из активной обоймы. Воспользовавшись известным приемом, его повысили, переведя из Хантсвилла в Вашингтон, в штаб–квартиру НАСА, и сделав специальным помощником администратора. Привыкший всю жизнь активно работать, великий немец не выдержал «ссылки» под присмотр столичных чиновников; сначала он ушел из НАСА, а еще через несколько лет — из жизни.

Концепция стыковочного узла «штырь—конус»

В конце концов появилась концепция, получившая название «штырь—конус». На активном космическом аппарате устанавливался штырь, который при стыковке входил в приемный конус, закрепленный на другом — пассивном — аппарате. Такой принцип стыковки «смотрелся», выглядел более естественным, можно сказать, очевидным, подсказанным природой. Недаром в разговорах и даже в технической литературе его иногда называли «папа — мама» по–русски, и, как мы узнали позднее, «male- and- female» — «самец и самка» — по–английски. Аналогия и связанная с ней терминология сопровождали технику стыковки на всех последующих этапах ее создания и применения, при испытаниях стыковочных устройств сначала на Земле, а затем и на космических орбитах. Однако в то время я еще не знал ни слова по–английски, ни других заморских терминов. До самой космической стыковки тоже было еще далеко. Мы делали только первые шаги.
...
Стыковочное устройство состоит из двух агрегатов, установленных на стыкуемых космических аппаратах. На одном из них, называемом активным, расположен стыковочный механизм со штырем; он выполняет все активные операции по стыковке и последующей расстыковке. На пассивном агрегате расположен приемный конус с гнездом, в который при стыковке попадает головка штыря, осуществляя, таким образом, начальную механическую сцепку.
Стыковочный механизм содержит амортизаторы, поглощающие энергию соударения космических аппаратов. После сцепки производится выравнивание агрегатов до стягивания и совмещения стыков. При стягивании электроразъемы, расположенные на стыке, соединяются между собой, производя так называемую электрическую стыковку. После завершения совместного полета космические аппараты расстыковываются, головка механизма и гнездо расцепляются. Важнейшей, самой сложной частью устройства является стыковочный механизм. Он выполняет большую часть операций по стыковке и расстыковке космических аппаратов. К весне 1963 года было спроектировано несколько вариантов стыковочного механизма.

Наша электромеханическая концепция опиралась на два конструктивных компонента: электромагнитные тормоза, или ЭМТ, как их стали вскоре называть, и шарико–винтовые преобразователи двустороннего действия (ШВП). ШВП уникальны тем, что позволяют преобразовывать не только вращательное движение в поступательное как обычная пара винт—гайка (при втягивании и выдвижении штыря) с помощью привода, но и поступательное движение во вращательное — при амортизации соударения космических кораблей в начале стыковки. Нам удалось найти удачный прототип и довести его до ума, создав хорошую, технологичную конструкцию; мы даже получили на нее патент.
Первая версия ЭМТ представляла собой электродвигатель с постоянными магнитами и короткозамкнутым ротором. Именно ЭМТ, создающие торможение, пропорциональное скорости вращения ротора, заменили гидравлические амортизаторы. Их недостаток по сравнению с гидравликой состоит лишь в повышенной инерционности. Такие тормоза начал изготавливать наш основной смежник — завод «Машиноаппарат». Позднее по нашим техническим заданиям тормоза постепенно совершенствовались, их эффективность постоянно увеличивалась, а инерционность уменьшалась.
Шарико–винтовые преобразователи и тормоза прошли красной нитью через все наши разработки стыковочных механизмов, стали их постоянной, устойчивой элементной базой. В конце 60–х их применили для стыковочного устройства орбитальной станции «Салют». Десять лет спустя мы использовали эти элементы для нового механизма стыковки «Союза» и американского «Аполлона».

Имитация движения космических кораблей на стенде

При подготовке к первой стыковке кораблей «Союз» было решено построить полномасштабные макеты кораблей и подвесить их так, чтобы они парили в воздухе над землей. Лучшее, что удалось достичь, это подвесить оба макета на тросах, расположив точки подвеса в центре тяжести обоих макетов. Как говорят теоретики классической механики, свободное твердое тело в пространстве имеет шесть степеней свободы. Так реально движется космический аппарат на орбите. В условиях «весомости» подвешенные макеты имели лишь пять степеней свободы. Имитация космического движения на таком стенде была неполной, но на первых порах нас она удовлетворяла. Оставалась еще одна проблема: как сократить влияние маятникового эффекта, то есть скомпенсировать силы, возвращающие макеты в положение равновесия. С этой целью постарались удлинить трос, расположив подвес как можно выше.
...
На нашем ЗЭМе нашлось уникальное сооружение, построенное еще в НИИ-88 до 1956 года. «Высотка» предназначалась для сборки королёвских ракет в вертикальном положении. Поэтому высота потолка — высота подкрановых путей, как говорят инженеры, — поднялась до 40 м. Необходимость вертикальной сборки ракет отпала, а высота цеха № 39 осталась; о ней вспомнили, когда дело дошло до орбитальной, высотной сборки. Космический корабль «Союз» весит на Земле около 7 т. При отработке стыковки макет корабля на 40–метровом тросе отклоняли от равновесного положения всего на 1 м; при этом возникала горизонтальная маятниковая сила почти в 200 кг. В настоящей космической невесомости такой силы, естественно, нет. Пришлось добавить что-то еще земное, чтобы приблизиться к космосу, к невесомым условиям.
К счастью, мне в голову пришла идея применить несложный механизм — неустойчивый обратный маятник, образно названный «гусь». Он помог на Земле приблизиться к условиям космической невесомости. Неустойчивый «гусь» позволил решить еще одну проблему. Дело в том, что при стыковке в космосе используется реактивная тяга ракетных управляющих двигателей активного корабля, включаемых по первому касанию и выключаемых после сцепки. Двигатели подталкивают корабль так, чтобы стыковочный механизм быстрее вошел в приемный конус. Аналогичное же действие требовалось воспроизвести на Земле. Силу «гуся» ослабляли, а нескомпенсированная маятниковая сила имитировала реактивную тягу. Все сложилось почти так же, как на орбите.

Проблема трения в космосе и первый беспилотный прототип корабля «Восток»

Мое знакомство с проблемой трения началось в 1958 году. В отделе научно–технической информации (ОНТИ) появилась переводная статья американских ученых, где указывалось, что в глубоком вакууме открытые поверхности тел будут «обезгаживаться», а смазка и другие покрытия испаряться. На основе этих правдоподобных рассуждений делался вывод о том, что коэффициент трения между поверхностями может значительно возрастать, в результате чего возможно даже их холодное сваривание. Статья, содержавшая много другой полезной для космических инженеров информации, меня очень заинтересовала; используя этот материал, я подготовил и сделал специальный доклад.
В первые годы при конструировании приводов и механизмов для работы в открытом космосе специальные меры практически не принимались. Никаких отказов этих механизмов в полете тоже не обнаруживалось. Два обстоятельства, как мне кажется, сыграли здесь решающую роль: хорошая школа ракетной техники, которую прошли наши конструкторы, и небольшая продолжительность работы в открытом космосе — короткий ресурс, как мы это называли. О событии, привлекшем внимание к данной проблеме, уже упоминалось.
Отказ датчика ИКВ (инфракрасной вертикали) в мае 1960 года «загнал» первый беспилотный прототип корабля «Восток» на высокую орбиту, вместо того чтобы спустить его на Землю. Нас, наряду с учеными Академии наук, привлекли в качестве консультантов. Вскоре стало ясно, в чем причина отказа на орбите: эксперименты в барокамере показали, что узел вращения сканирующего зеркала этого датчика, выполненный на основе самодельного «насыпного» шарикоподшипника, работал на пределе. Более жесткие условия открытого космоса «добили» злополучный узел. Конструкторы ОКБ «Геофизика» оперативно усовершенствовали свой узел вращения, заодно загерметизировав весь прибор. Следующий полет прошел без замечаний. Однако волна, поднявшаяся в результате аварии, прокатилась по многим научным и промышленным предприятиям и еще долго будоражила коллективы.

В разгар разработок электромеханики для связного спутника «Молния» у меня сформировалась конструктивная идея специального эксперимента. Испытательный прибор приводился во вращение электродвигателем Д52–Д с микроклиматом, нагрузку для которого создавал бесконтактный магнитный тормоз, соединенный с ним посредством шестеренчатой передачи. Самой хитроумной частью прибора был измеритель: с помощью двух синхронных генераторов вырабатывался электрический сигнал, который растет по мере износа шестерен.
Прибор так и назывался — измеритель износа шестерен — ИИШ-1. Он стал первым и последним в этой серии, однако прибавил очень много для нашего познания условий полета в дальнем космосе. Проектанты спутника связи, мои приятели Вячеслав Николаевич Дудников и Владимир Георгиевич Осипов, помогли мне установить на борт наш ИИШ, так сказать, почти тайно внедрить разведчика Вселенной в технику космической связи. Научному разведчику присвоили кличку Ишак. Попасть на борт «Молнии» действительно было непросто. Требовалось не только подыскать ему подходящее место и подвести к нему электропитание, любому разведчику нужна связь, индивидуальный телеметрический канал, причем не простой, не «да–нетный», а аналоговый, то есть измерительный, самый дорогой на борту. Чтобы «трогать» и останавливать нашего Ишака, необходима также специальная радиокоманда, которых, как всегда, не хватало; прибор подвесили к какой-то другой системе, заручившись согласием его хозяев. Следующее препятствие пришлось преодолевать на заводе, где каким-то путем пронюхали, что Ишак — дармоед: он не выполнял никакой полезной работы, а лишь расходовал около 8 Вт и без того дорогой космической электроэнергии. Поэтому цеховики не спешили с изготовлением. Пришлось приложить максимум энергии и всю дипломатическую изобретательность, чтобы прибор увидел свет. И все-таки на первые спутники ИИШ-1 не попал, а слетал в космос только в 1966 году.
Всего на орбите побывало два прибора. Их полет — почти детективная космическая история, известная немногим. Первая разведывательная миссия стала лишь частичным успехом. Прибор проработал около 70 ч и остановился. Это никак не сходилось с результатами наземных испытаний. Гарантированный ресурс электродвигателя с микроклиматом оценивался в 500 ч; телеметрия обнаруживала заметный, но все же умеренный износ шестерен. Случилось что-то, чего не было на Земле. Неужели космический вакуум отличался от того, который создавался в наших барокамерах? Я предложил изящное решение возникшей проблемы, разгадав причину, приведшую к отказу в космосе.
Измерительные генераторы содержали магниты, которые, по моей гипотезе, притягивали стальную пыль — продукт износа шестерен. К несчастью, их путь лежал через шарикоподшипники, где эти частицы застревали, смешиваясь со смазкой. Консистентная смазка загустевала, постепенно увеличивая трение, пока подшипники не заклинивались совсем. В барокамерах в условиях земной тяжести этот эффект почти не проявлялся. Невесомость усугубляла засорение подшипников. Такова была гипотеза. Провести дополнительные эксперименты на Земле мешали два обстоятельства:
во–первых, создать невесомость невозможно,
во–вторых, до пуска следующего спутника было совсем мало времени.
К тому же оставался всего один прибор и один экспериментальный спутник связи, изготовленный на нашем заводе, то есть один шанс слетать в космос. Приходилось рисковать! Логика решения была сравнительно простой: если гипотеза верна, надо установить ловитель продуктов износа — более сильные магниты. Вновь выручил старый, добрый «Машиноаппарат», быстро подыскав нужные магниты. Их расположили поближе к шестерням, и в самый последний момент успели на отходивший космический «поезд» — четырехступенчатую ракету со спутником связи «Молния» на ее вершине, которая ушла на высокую эллиптическую орбиту.
Результаты испытаний в космосе превзошли все ожидания: наш подкрепившийся Ишак отышачил 700 с лишним часов, побив мировой рекорд своего предшественника в 10 раз! Этот рекорд остается до сих пор непревзойденным. Королева уже не было в живых. Я рассказал о результатах эксперимента Чертоку. Он порадовался за нас и за космическую электромеханику в целом. Мне выплатили изобретательский гонорар, целых 700 рублей.

Проблемы щеточных двигателей в космосе

Для космических аппаратов, рассчитанных на длительный полет, — межпланетных станций, спутников связи, — требовалось создавать механизмы с большим ресурсом работы. Эксперименты показывали, что слабым звеном были приводные электродвигатели, которые традиционно представляли собой щеточные двигатели постоянного тока. Выбор диктовался тем, что основным источником электроэнергии служили аккумуляторы. Такие двигатели перекочевали на борт космических аппаратов. Ракета активно работает лишь несколько минут, первые космические корабли летали несколько суток. Полет на Марс предполагал несколько месяцев непрерывной работы, а спутники связи — несколько лет.
Бесщеточные двигатели появились только несколько лет спустя. Лучшие щеточные коллекторы исчерпывали себя после нескольких сот часов. Наш верный смежник — завод «Машиноаппарат», основной поставщик электродвигателей, работавший под руководством Г. Ф. Каткова, — выжимал из этой конструкции все, что мог. Проблему обострил космический вакуум. Щетки электрического коллектора, почти как живые организмы, нуждались в кислороде, без которого они быстро изнашивались. Вместе с конструкторами «Машиноаппарата» — моим старым приятелем С. М. Герецовым и ныне покойным Б. С. Гусятниковым — мы разработали оригинальный электродвигатель, внутри которого создавался благоприятный микроклимат.

Спутник связи «Молния»

... именно Королёв в свойственной ему решительной и деловой манере выбрал кратчайший и наиболее эффективный путь создания космической связи с учетом особенностей и географического положения нашей страны. Получив от радистов и проектантов предложение разработать и запустить в космос два экспериментальных спутника с ограниченной задачей проверить возможность радиосвязи через космос, он не утвердил этот план, а потребовал создания настоящего спутника связи, способного передавать информацию, полезную народному хозяйству: телефонную, телеграфную и телевизионную. Несмотря на большие пробелы в знаниях по технике космической связи, полное отсутствие прототипов, новые конструктивные предложения увидели свет уже в 1962 году. На основе этих предложений и был создан первый отечественный спутник связи.
Сейчас, когда смотришь на эскиз «Молнии» более чем 30–летней давности глазами опытного человека, честное слово, кажется удивительным, как удалось за несколько месяцев сделать такую законченную, совершенную разработку. Поражает все: от вытянутой над Северным полушарием сугубо эллиптической 12–часовой орбиты, как будто специально приспособленной для нашей огромной территории с ее предполярными районами, до рациональной и эффективной конфигурации спутника, принципов действия его основных систем. Заслуга в этом принадлежит, прежде всего, небольшой группе проектантов–энтузиастов, которыми руководил самобытный инженер и талантливый конструктор В. Н. Дудников (к сожалению, рано ушедший из жизни): В. Г. Осипову, Б. В. Королёву, А. И. Буянову и другим товарищам, а также управленцам и радистам, баллистикам и прибористам.
Конфигурация «Молнии», система ее управления, орбита и схема полета прекрасно соответствовали выполняемой задаче. Спутник ориентировался продольной осью на Солнце так, чтобы панели солнечных батарей постоянно освещались, а трехосной ориентацией управлял силовой гироскоп. Радиосвязь поддерживалась через управляемые остронаправленные антенны, расположенные на выдвинутых раскрывающихся штангах. В архитектуре космических аппаратов отражается специфика полета спутника на орбите, особенности его систем, прежде всего тех, элементы которых обращены наружу. К ним относятся солнечные батареи, радиаторы системы терморегулирования, радиоантенны и оптические приборы.
Современные спутники связи, спроектированные для полета на геостационарных орбитах, — это уже другая архитектура, ее можно охарактеризовать одним словом — «кубизм». Внешняя форма — не плоды фантазии космических художников, прямые грани стационарных спутников связи, пожалуй, более оправданны, чем подобные формы на Земле. На орбитах физические законы часто работают сильнее, а формы диктуются инженерными соображениями. Однако новая архитектура пришла в космос спустя годы.
...
Третья «Молния», запущенная в апреле 1965 года, раскрылась нормально и успешно транслировала телепередачи с Красной площади о первомайских торжествах. Рассказывая о первом происшествии уже на орбите, я забежал вперед. Надо вернуться к проектному этапу. «Молния» содержала целый ряд электромеханических систем. Не могу не остановиться подробнее на оригинальной и эффективной системе силовой гиростабилизации. Концепцию гироскопического маховика предложил и спроектировал сотрудник Раушенбаха, тогда — кандидат физико–математических наук Е. Н. Токарь. Я часто сталкивался с этим очень талантливым человеком. Система гиростабилизации была, пожалуй, его самой крупной и яркой практической разработкой. Вскоре он защитил докторскую диссертацию, посвященную гироскопическим устройствам для космической техники, а позднее стал больше заниматься теорией и преподавательской деятельностью и почти отошел от практических дел.
...
Блестящая концепция, предложенная Токарем, нашла не менее выдающихся исполнителей, хотя, пожалуй, последнее слово не отражает того вклада, который внесли Вевюрко и его товарищи в конструкцию силового гиростабилизатора. Это была по–настоящему уникальная разработка: маховик мог отклоняться в упруго–вязком подвесе, поддерживая ориентацию всего спутника продольной осью на Солнце, подставляя его лучам «ромашку», лепестки солнечный панелей; кроме того, скорость вращения маховика могла изменяться, за счет чего спутник поворачивался вокруг продольной оси так, чтобы антенны смотрели на Землю. Все работало как часы, по командам от солнечных и земных датчиков. Насколько мне известно, за долгие 30 лет эксплуатации «Молнии» не зафиксировано ни одного существенного отказа силового гиростабилизатора.

Создание следящего привода для основной антенны ретранслятора «Молнии»

Новой принципиальной задачей для нашего отдела стало создание следящего привода для основной антенны ретранслятора «Молнии». Мне пришлось руководить этой разработкой. Трансляция видеосигнала и звукового сопровождения, то есть прием сигнала на борт, усиление и обратное излучение на Землю, производилась через параболические остронаправленные антенны. Корпус спутника постоянно ориентировался на Солнце так, чтобы панели СБ освещались и генерировали электроэнергию, а специальная система дополнительно вращала антенны таким образом, чтобы их ось направлялась на Землю. Только в этом случае обеспечивалась ретрансляция достаточно мощного радиосигнала.
Уже в принципиальной схеме нашего привода многое получилось необычным. Требовалось обеспечить не только слежение с малой скоростью, но и быстрый поиск Земли; в результате появились два контура управления и дополнительные элементы. Совсем уж экзотическим стало требование сбалансированности вращающихся частей: говоря техническим языком, чтобы исключить рывки при трогании и остановке привода, требовалось «обнулить» суммарный момент количества движения вращающихся деталей. Это было важно для того, чтобы антенна, расположенная на длинной штанге, в свою очередь, не дергалась и не вносила искажений в передачу ТВ–сигнала и другой информации. В конструкцию привода ввели небольшой маховик, который компенсировал избыток кинетического момента. Два других специфических требования предъявлялись к следящему приводу антенны: высокая точность наведения и длительный ресурс работы. То, что привод находился в открытом космосе, в глубоком вакууме, усложняло задачу; до этого времени мы еще не создавали подобных конструкций.
Возникло сразу несколько серьезных проблем, которые удалось довольно быстро решить. Как и большая часть остальной аппаратуры спутника, привода работали от источника постоянного тока. В те годы еще не существовало бесщеточных электродвигателей. Не имея альтернативы, мы решили базироваться на старой доброй «серии Д» завода «Машиноаппарат». Чтобы оставаться на этой технической базе, необходимо было увеличить ресурс двигателей с нескольких десятков часов до нескольких тысяч. Даже в случае успеха не приходилось рассчитывать на то, что щетки так долго проработают в глубоком вакууме. Вспомнив, как несколько лет назад мне удалось решить проблему электропотребления насосов для перекачки теплоносителя космического корабля «Восток», я предложил снизить скорость вращения будущего электродвигателя в несколько раз. Это позволяло убить двух зайцев: во–первых, уменьшался суммарный пробег щеток, то есть сокращался своеобразный километраж; во–вторых, резко уменьшались динамические нагрузки на щетки, которые определялись в основном биением коллектора за счет неточности ряда деталей и возрастали пропорционально скорости вращения, да еще — в квадрате.
Первые экспериментальные результаты, как и пять лет назад, превзошли все оптимистические прогнозы, их тоже можно было возводить в квадрат. Второй шаг заключался в том, что мы решили загерметизировать весь привод, создать нормальный воздушный климат для всех трущихся элементов, включая щетки электродвигателя; для всех подвижных деталей, кроме одной — уплотнителя выходного вала, первого космического сальника. Трудно было рассчитывать на то, что в коварном космосе сальник почти непрерывно проработает несколько лет и сохранит герметичность; а если он потечет, то щетки все-таки износятся. Решили воспользоваться древнейшим способом повышения надежности — дублированием: поставили дополнительный уплотняющий барьер.
Чтобы застраховаться, прибегли к еще одной электромеханической, точнее — магнитной хитрости. Совместно с машиноаппаратчиками сконструировали специальную магнитную муфту. Две ее части — ведущая и ведомая, разделенные тонким немагнитным экраном, — могли вращаться синхронно, передавая крутящий момент. Преимуществом такой муфты перед сальником стало отсутствие в ней трущихся «со злобой» (по выражению Вильницкого), то есть под нагрузкой, деталей. Все щетки, все другие быстровращающиеся элементы остались за вторым магнитным барьером. Позднее на заводе «Машиноаппарат» создали целую серию магнитных муфт, и даже электродвигателей со встроенными муфтами такого типа. Эта электромеханика с магнитными компонентами до сих пор функционирует на космических орбитах, спутниках связи и других космических аппаратах.

Лунное посадочное устройство

Принципиально новой разработкой стало лунное посадочное устройство (ЛПУ). Общую, проектную, часть этой работы выполняли мои коллеги из отдела И. С. Прудникова, в том числе А. А. Саркисьян и В. М. Филин, а мне привелось руководить конструированием и испытаниями. В нижней части ЛК устанавливались четыре ноги–опоры, каждая из которых содержала несколько амортизаторов, размещаемых в опорной стойке, в двух боковых подкосах и на опорных «башмаках». При посадке на поверхность Луны амортизаторы поглощали энергию за счет деформации специальных «сотовых» вкладышей, сделанных из тонкой, но очень прочной титановой фольги. Конструкция оказалась эффективной, с очень большой удельной энергией (на единицу массы) деформируемых при ударе вкладышей. Кстати, американцы использовали не столь эффективную алюминиевую фольгу. В целом ЛПУ было настоящей инопланетной конструкцией и по своему внешнему виду, и по существу. Особенно сложными стали испытания и отработка устройства. Детали и узлы изготавливались на ленинградском заводе «Арсенал», там же проводились предварительные испытания отдельных амортизаторов. Нам пришлось снова провести немало недель в этом городе моего раннего детства.
Сборка ЛПУ вместе с лунной кабиной выполнялась уже на нашем заводе в Подлипках, а комплексная отработка -на испытательной базе в Загорске, предприятии с условным названием НИИХИММаш (там действовали многочисленные стенды для испытаний реактивных двигателей и ракетных блоков). При испытательных сбросах на лунный грунт имитировались лунная тяжесть и другие космические факторы. Эти непростые и интересные эксперименты напомнили сцены из научно–фантастических романов и кинофильмов. В каком-то смысле традиционной для нас стала разработка приводов для остронаправленной антенны, которая устанавливалась на основании ЛК и разворачивалась так, чтобы обеспечить широкополосную связь с Землей с лунных расстояний. Для связи в дециметровом диапазоне необходимы специальные волноводы. Эта техника при очень жестких весовых ограничениях требовала оригинальных решений и специальной элементной базы.

Королёв порой действительно выглядел буйным

Со стороны Королёв порой действительно выглядел буйным. Все же образ действий Главного чаще всего был не просто спонтанным, не определялся его безудержной природой. С годами, похоже, у него выработался определенный стереотип поведения. Даже мне несколько раз пришлось быть свидетелем его совершенно необузданных поступков в, казалось бы, обыденных ситуациях. Однажды в коридоре он погнался за одним из своих замов, убежавшим от него в туалет (1957 год), и второй раз — когда в своей приемной он не мог отыскать одного рыжего (в прямом и переносном смысле), отвечающего за телефонную связь, дававшую сбои (1961 год).
В таких эпизодах вполне могло достаться тем, кто просто попадался под руку. В. Ф. Капцеву, сотруднику нашего отдела, оказавшемуся как-то ночным дежурным в приемной Главного, пришлось спрятаться в шкаф от разъяренного Королёва, которого наш Владимир, охраняя руководство, не соединил поздно вечером с какой-то женщиной. В поведении Главного проявлялись два основных мотива.
Во–первых, его темперамент, страсть человека, занимавшегося беспрецедентными проектами, которые составляли основную цель его жизни. Это давало ему моральное право воздействовать на людей так, как он считал нужным, придавало ему уверенность.
Во–вторых, буйство, гнев Королёва были чаще всего артистическими, они служили ему средством воспитания, воздействия на людей, внушения им не то чтобы смертельного страха за них самих, а боязни сделать плохо, подвести коллектив и своего Главного. Некоторые люди даже гордились тем, что на них накричал сам С. П.
...
Как рассказал мне В. Кнор, которому не раз приходилось наблюдать Главного в нестандартных ситуациях, на его глазах Королев буквально «размазал» человека неистовыми словами и жестами. Когда тот скрылся за дверью, Королев мгновенно умерил свой пыл и спокойно обратился к оставшимся в кабинете: «Ну, как я его, — запомнит надолго». Однако королёвские высшие угрозы, приговоры — в Подлипках — «уволю», а на полигоне — «отправлю домой пешком по шпалам» — практически никогда не приводились в исполнение. И уж, конечно, наш Главный не был ни злым, ни мстительным человеком, наоборот, он высоко ценил всех, кто служил делу, и часто помогал и выручал своих подчиненных и независимых от него людей.

14 декабря 1966 года - тяжелая авария на старте

Следующий пуск доработанного «Союза» (также в беспилотном варианте) закончился 14 декабря 1966 года тяжелой аварией, которая могла обернуться еще большей трагедией. Она напоминала крупнейшую аварию МБР Р-16 Янгеля на старте в октябре 1960 года. Тогда тоже неожиданно сработала вторая ступень ракеты, что привело к взрыву ракеты, заполненной ядовитыми самовоспламеняющимися компонентами топлива, и к гибели более ста человек.
На этот раз после команды «пуск» прошла так называемая отсечка, то есть выключение двигателей «семерки». Примерно через 20 минут, когда пусковой персонал, как и шесть лет назад, покинув бункер, находился у подножия ракеты на нулевой отметке, неожиданно сработала САС — система аварийного спасения. Как выяснили при разборе, эта система оставалась включенной и продолжала следить за состоянием и положением корабля. Через «астрономический» промежуток времени беспристрастные гироскопические датчики зафиксировали угловое отклонение СА, появившееся из-за вращения Земли, и выдали аварийный сигнал. Космический корабль, точнее — его верхняя часть, СА и БО вместе с головным обтекателем, взмыли вверх, уносимые пороховой ракетой. В апогее, на высоте около километра, произошло разделение, и спасенный СА спустился на парашюте.
Это было лишь полбеды — потеря одного корабля. В приборно–агрегатном отсеке (ПАО), оставшемся на стартовом столе, начался пожар. Сначала небольшой — загорелся теплоноситель, который стал выливаться из-за отсутствия обратных клапанов. Минут через двадцать один за другим последовали несколько взрывов. Однако топливо королёвской «семерки», которое так отстаивал наш Главный конструктор, не было ядовитым, а этих минут оказалось достаточно, чтобы основная масса людей, включая техническое руководство, полковников и генералов, успели вовремя смыться.
Очевидцы потом рассказывали, что было установлено несколько рекордов скорости в прыжках в длину и в высоту. Однако тогда было не до шуток. Майор из испытательного управления решил не бежать, а спрятаться за стену ограждения, и погиб, задохнувшись. На следующий день после пожара умерли еще два солдата, не справившиеся с кислородными противогазами.

Неудачная стыковка «Союз-2» и «Союз-3»

... в отличие от апреля 1967 года планы были более сдержанными: «Союз-2» в пассивном исполнении в части систем сближения и стыковки был запущен в беспилотном варианте, а на следующий день на пилотируемом «Союзе-3» полетел только один космонавт — Георгий Тимофеевич Береговой. Первый раз на орбиту поднялся участник войны, боевой летчик, Герой Советского Союза, получивший это звание за 186 боевых вылетов на знаменитых штурмовиках Ил-2. Его очень поддерживал другой ветеран войны — генерал Каманин, начальник отряда космонавтов.
Запуск обоих «Союзов» прошел успешно. Второй корабль вывели в нужную зону, и дальнее сближение произошло без отклонений, автоматически. На расстоянии 160 м от пассивного беспилотного «Союза» космонавт взял управление на себя. Дальше произошло то, чего никто не ожидал. На расстояниях в 100—200 м при относительных скоростях порядка 1 м/с законы орбитального полета практически не оказывают влияние на относительное движение, а космонавт может управлять кораблем почти как самолетом. Через оптический прибор под названием «визир специальный космонавта» (ВСК) он наблюдает цель: на таком расстоянии она хорошо видна. Когда расстояние уменьшается до нескольких десятков метров, становится видной специальная мишень, которая служит для окончательного выравнивания кораблей таким образом, чтобы стыковочные агрегаты расположились соосно, без боковых и угловых отклонений. Для управления в темноте, при полете в тени Земли, на пассивном корабле установлены специальные огни, почти как на самолете.
Для управления поступательным движением корабля и угловыми поворотами (то есть ориентацией) имеются две ручки управления движением и ориентацией — РУД и РУО. У каждой ручки — три степени подвижности по числу степеней свободы корабля: первая — вверх—вниз, влево—вправо, вперед–назад, вторая — по тангажу, рысканию и крену, как эти углы называют в авиации и в ракетной технике. При такой ничем не ограниченной свободе движения управлять кораблем совсем не просто.
Полная свобода, похоже, одинаково опасна как на Земле, так и в космосе. Требуется навык, который приобретается на специальных тренажерах. Данная задача тоже совсем не проста. На Земле нужно сымитировать то, что видит и делает на орбите космонавт, как реагируют на его команды корабли, как они движутся друг относительно друга по всем шести степеням свободы, как меняется окружающая обстановка. Такой тренажер создали и установили в ЦПК и у нас — в Подлипках, куда космонавты приезжали тренироваться, учиться стыковаться на орбите. Конечно, наземный комнатный тренажер имитирует космос не полностью. Первые тренажеры были далеки от совершенства. Через много лет компьютеры и человеческий опыт позволили значительно улучшить средства для тренировок и отработать методику подготовки космонавтов.
«Союз-3» не смог правильно сблизиться с «Союзом-2», до стыковки дело не дошло. Это было первое ручное причаливание, космонавт оказался не готов выполнить непростую операцию. Наземный персонал не имел тогда возможности как следует спланировать ее и подготовить космонавта к полету, рассказать ему заранее о деталях и тонкостях процесса, нарисовать правильную картину всего того, что тот увидел в космосе. В то же время у управленцев полетом не было возможности в реальном времени вмешаться и скорректировать действия космонавта и посоветовать, что делать дальше.
Как отмечалось, Центр управления полетом в Евпатории не был соответствующим образом оборудован, а зоны связи были очень короткими. Несколько обстоятельств значительно осложнили задачу в космосе.
Во–первых, сближение началось сразу после выхода пилотируемого корабля на орбиту и космонавт не успел адаптироваться к невесомости, которая безусловно подействовала на него, особенно сильно в первые минуты. Сколько ни рассказывай о ней, ни описывай ее действие, человеческий организм реагирует на нее по–своему, а его психика непредсказуема. Думаю, все это с лихвой испытал Береговой.
Во–вторых, сближение проходило ночью, в темноте, цель — «Союз-2» — предстала перед космонавтом в виде не очень ярких мигающих огней; правильно сориентировать по ним свой корабль было совсем не простым делом.
В–третьих, отрицательную роль сыграл возраст космонавта: 47–летний человек имел естественную, возрастную дальнозоркость и в условиях плохой видимости снаружи и малой освещенности внутри кабины различал цель плохо, а лишний раз прочитать бортовую инструкцию без очков было трудно. В результате он неправильно сориентировал свой «Союз» по крену, перевернув его на 180°.
На конечном участке причаливания машина, как говорится, не слушалась руля.

Стыковка «Союз-4» и «Союз-5»

В целом успешным оказался полет следующих двух пилотируемых кораблей в январе 1969 года. Командир корабля, Владимир Шаталов, состыковал свой «Союз-4», управляя им вручную, с «Союзом-5». Учтя опыт Г. Берегового, на этот раз стыковку запланировали на третьи сутки для «Союза-4» и на вторые — для «Союза-5», командиром которого был Борис Волынов. Два других члена экипажа, Алексей Елисеев и Евгений Хрунов, после стыковки вышли в открытый космос, разгерметизировав и открыв свой БО — бытовой отсек. Как говорилось, у первых «Союзов» не было герметичного переходного тоннеля. Через БО «Союза-4» они присоединились к Шаталову и в таком перетасованном, перестыкованном составе вернулись на Землю.
Возвращение, в конце концов, стало успешным, если не считать того, что Волынов пережил немало тревожных, почти критических минут. При спуске произошла цепочка непредвиденных и связанных между собой событий. После правильной ориентации хвостом «вперед и немного вверх» включается двигатель, сообщающий кораблю тормозной импульс, в результате чего тот начинает приближаться к Земле, постепенно погружаясь в атмосферу. Разделение, отстрел БО и ПАО происходит по автоматической команде, по «временной метке», отсчитываемой от окончания работы двигателя. Если по какой-либо причине эта команда не проходит, она дублируется: специальные термодатчики начинают чувствовать повышение температуры за счет нагрева в атмосфере и инициируют повторную команду. В таком случае после разделения отсеков происходит так называемый баллистический, неуправляемый спуск. При этом СА закручивается вокруг продольной оси, теряет подъемную силу и, как шарик, почти камнем летит вниз к Земле; при этом перегрузка значительно больше, чем при планируемом управляемом спуске. К тому же при таком спуске отменяется мягкая посадка.
Все «прелести» нештатного баллистического спуска пришлось испытать Борису Волынову. Не все термозамки, связывающие СА и ПАО, сработали, и разделения этих отсеков не произошло. Они разделились только за счет больших термодинамических нагрузок после входа в атмосферу. К счастью, все обошлось.

Старт проекта обновлённого транспортного корабля «Союз» (под индексом 7К–Т) со станцией «Алмаз»

Осенью 1969 года ситуация с «Алмазом» подтолкнула наших руководителей к необычному организационно–техническому предложению. Объединившись, замы нашего главного (С. Охапкин, К. Бушуев, Б. Черток и другие) предприняли нестандартные шаги. С нарастающей активностью стал обсуждаться комбинированный проект обновленного транспортного корабля «Союз» (под индексом 7К–Т) со станцией «Алмаз». Получая информацию с разных сторон, секретарь ЦК Д. Устинов постепенно проникся этим предложением. Оно позволяло выйти из тупика, в который попала советская пилотируемая космонавтика, и создать орбитальную станцию в кратчайшие сроки. К тому же Устинов не любил Челомея еще со времен Хрущева, когда тот действовал через его голову. Несмотря на противодействие В. Мишина, который с самого начала выступал против этой инициативы, проект находил все больше сторонников как у нас в КБ, так и в МОМе. «Вот чем надо заниматься», — говорил тогда министр С. Афанасьев.
У нас в КБ сформировалась команда под руководством К. Феоктистова. «Забирай сто человек и уходи в Фили», — позднее говорил Мишин Константину Петровичу, энтузиасту орбитальных полетов. Сам главный по–прежнему считал основной задачей лунную программу. Решающие события развернулись тогда, когда Мишин ушел в отпуск. Сначала большое совещание у нас провел министр, а 26 декабря руководителей космонавтики собрал сам Устинов. Получив поддержку сверху, активисты проекта буквально в считанные дни подготовили первый официальный технический документ «Основные положения по долговременной орбитальной станции — ДОС», который подписали 31 декабря 1969 года.
Следующий решительные действия предпринял Ю. П. Семёнов, тогда ведущий конструктор лунного облетного корабля Л1. Пользуясь еще более высокой поддержкой, в январе 1970 года ему удалось сначала уговорить Мишина и подписать приказ об организации работ над орбитальной станцией. Сам он назначался ведущим конструктором по ДОСу и наделялся широкими, беспрецедентными полномочиями. Затем, в марте 1970 года, ему удалось уговорить, а скорее дожать (конечно, при сильнейшей поддержке сверху) Челомея, которого заставили отдать первые корпуса орбитальной станции. Один из них через год улетел в космос (тоже на челомеевской ракете «Протон»).
Забегая вперед, надо сказать, что Семёнов очень эффективно распорядился предоставленными возможностями. Прежде всего он внес очень большой вклад в осуществление проекта, в решение многочисленных проблем, которые возникали на коротком, но насыщенном пути от начального этапа до полета в космос. В конце концов этот путь привел его к руководству всей нашей организацией. Можно понять Челомея, который в какой-то момент даже объединился… с Мишиным, и они пытались наложить вето на работы над ДОСами. Однако ставка была слишком высокой, как и уровень принятых решений. Остановить огромный маховик, уже набравший к тому времени большие обороты, было невозможно.
Проектные работы с самого начала находились в руках и в голове Феоктистова, его вклад в проект первого и последующих ДОСов также огромен. На основе этого проекта руководство MOM по указанию Устинова приняло решение в кратчайший срок разработать и запустить первую советскую орбитальную станцию.

Жабо

Мы изменили нашу систему и стыковочный механизм сразу в нескольких местах. Прежде всего защитили рычаги выравнивания от нагрузок при возможных колебаниях корабля после сцепки. Для этого переднюю часть механизма закрыли специальным ограничительным конусом, который сразу получил образное название «жабо». Ограничитель вместе с экзотическим названием остался в стыковочном механизме на долгие годы.
Это «жабо» продолжало летать в космос аж до конца века и дальше — в XXI век. Сложнее оказалось избавиться от возможного заклинивания рычагов выравнивания при обратном движении в приемном конусе. Эту потенциальную проблему удалось радикально решить позднее, введя дополнительные оси вращения сферических роликов, закрепленных на концах рычагов. Получилась замысловатая конструкция, мало кто понял, для чего мы городили этот дополнительный огород, но узлы смотрелись и могли помочь в трудную минуту. Тогда, в мае, при подготовке к следующему полету ограничились дополнительной смазкой старых роликов.

Надёжность стыковочного узла

Когда космический корабль пристыкован к орбитальной станции, стык держится на замках стыковочного шпангоута, на наших крюках. Огромная сила внутреннего давления почти в 10 т разрывает этот стык. Никакая случайность или непроизвольная команда не должны нарушить целостность соединения. С другой стороны, механизм, закрывающий стык, в любой момент должен быть готов к расстыковке. Она необходима для того, чтобы корабль мог отделиться от станции и вернуться на Землю, иного пути нет. В этом смысле требования к механизму противоречивы. Преодолевая это противоречие, разработчикам приходилось искать компромисс, чтобы обеспечить надежность состыкованного состояния и не менее надежную расстыковку корабля. Это достигалось целым рядом конструктивных, схемных и процедурных мер.
Замки сконструированы так, что, закрываясь, они приходят в «мертвое» положение. Открыть их можно только принудительно, включением привода, причем сделать это можно только сознательно, в «здравом уме и твердой памяти», сняв так называемую блокировку почти так же, как на железной дороге.
Существенно увеличивал надежность стыка и дублирующий комплект замков на пассивном агрегате, аналогичный замкам на активном агрегате. Однако это еще не все, так решается только половина задачи — стыковка. В комплектах замков дублированы также средства разделения, расстыковки.
В каждом замке установлены два пироболта, которые можно подорвать в случае необходимости: например, если требуется срочно расстыковаться. Эти дублирующие средства, в свою очередь, дублированы: все крюки можно подорвать с обеих сторон, то есть и на активном, и на пассивном агрегатах. Так, преодолевая противоречия, строилась стыковочная техника, достигалась высокая степень надежности.
...
В отличие от сборки на земле, в космосе открытые торцы агрегатов, летавших на ракете–носителе, а затем в открытом космосе без всякой защиты, должны соединиться автоматически в течение нескольких минут без предварительного осмотра и подготовки. Специальные датчики обязаны сигнализировать пилотам о выполнении всех стыковочных операций. В совместном полете стыки должны сохранять герметичность с высокой степенью надежности, и никакая случайность, перегрузки или даже нечаянное нажатие командной кнопки на пульте космонавтов не должны привести к их раскрытию. При открытых крышках переходного тоннеля от надежности стыка зависит безопасность и жизнь космических экипажей. После окончания полета нужно открыть замки и расстыковаться, чтобы вернуться на Землю.
Надежность — важнейшее требование ко всем космическим операциям. Любая операция по соединению и последующей расстыковке должна выполняться при любых условиях, даже при отказе какого-нибудь отдельного узла или элемента. Для этого конструкцию дублируют и принимают другие меры, повышающие живучесть механизма. Стремление повысить надежность стыковочных операций подтолкнула меня еще в 1968 году спроектировать оба стыковочных агрегата идентичными. В результате стыковочные шпангоуты стали одинаковыми, к тому же содержащими дублирующие комплекты замков.

Американский термин "периферийный андрогинный стыковочный агрегат"

В самой первой встрече было очень много интересного и примечательного. Ланни сделал обзорный доклад о средствах сближения корабля «Аполлон» и операциях на орбите. Харди из Центра Маршалла осветил те же разделы применительно к космической станции «Скайлэб», которая в те годы готовилась под эгидой этого НАСАвского центра. Мой будущий коллега Джонсон коротко описал стыковочные устройства, которые использовались в программах «Джемини» и «Аполлон». Остановившись на их достоинствах и недостатках, он изложил новую концепцию, которую НАСА рекомендовало для будущих разработок. Тогда впервые мы услышали незнакомый нам термин: «периферийный андрогинный стыковочный агрегат», периферийный — потому что все его механизмы располагались по периферии переходного тоннеля.

Феоктистов

Еще не закончилась встреча, а нас уже вызвали в MOM на доклад к министру. Помню, как в зале коллегии С. А. Афанасьев в присутствии многих замов и начальников главков министерства детально расспрашивал о ходе переговоров, о возможных вариантах совместного проекта. Докладывал Феоктистов в свойственной ему независимой манере. Обстановка совещания быстро обострилась, министр выразил недовольство докладом. Думаю, это совещание сыграло не последнюю роль в последующей смене руководства проектом. Когда несколько месяцев спустя стали формировать бригаду для следующего этапа переговоров, во главе ее оказался другой руководитель, и делегация вылетела в Хьюстон уже без Феоктистова.
Несмотря на большой талант проектанта космических аппаратов, чтобы быть директором проекта, Константину Петровичу, на мой взгляд, не хватало некоторых качеств, прежде всего гибкости, желания идти на компромиссы. К тому же Феоктистов держал на расстоянии (причем — большом) своих коллег, даже близких, а это неизбежно вело к слабой обратной связи и сужало кругозор в понимании людей и далее самой РКТ, порой он казался мне даже наивным.
Человек экстремальных взглядов, Феоктистов не любил начальство во всех его проявлениях и старался не подчиняться «ни партии, ни правительству». Феоктистов был непревзойденным генератором идей, что особенно удачно проявлялось и реализовывалось при Королеве, который поощрял его фантазию, щадил самолюбие и даже терпел экстремизм при конфликтах. В более поздние годы тандем Феоктистов — Семенов принес замечательные плоды, но в конце концов и он, к сожалению, распался.

Первые стыковочные устройства

Стыковочное устройство для программы «Союз» — «Салют» имело андрогинные шпангоуты, но не было периферийным: внутри тоннеля на крышках люков располагались стыковочный механизм и приемный конус. Когда крышки открывались, тоннель освобождался для перехода космонавтов. Крышки получились довольно громоздкими, однако орбитальный отсек «Союза» и переходный отсек «Салюта» оказались достаточно просторными, позволяя выполнять эту операцию. У наших американских коллег сложилась иная ситуация: объемы и формы капсулы «Аполлона» и LM — лунного модуля не позволяли установить стыковочный механизм на крышку. Все эти узлы (механизм, конус и две крышки) снимали по очереди. Места для них не хватало, к тому же процедура складывания и повторной установки была сложной, требовала значительных физических усилий от астронавтов, работавших в невесомости. Многие из них, летавшие по программе «Аполлон», жаловались на неудобства и трудности при выполнении этой операции. Они сравнивали ее со сменой автомобильного колеса.

Окончательный вариант стыковки кораблей «Союз» и «Аполлон»

Окончательный вариант стыковки кораблей «Союз» и «Аполлон» определился только перед подписанием межгосударственного соглашения в мае 1972 года. В то же время концепцию стыковочного устройства приняли еще в ноябре 1971 года, а чертежи механического интерфейса согласовали в апреле 1972 года. Во второй половине 1971 года, после встречи в Хьюстоне, мы приступили к разработке нашего андрогинного периферийного агрегата стыковки. Тогда-то и появилась аббревиатура АПАС, которая стала нашим символом, нашим фирменным знаком на долгие годы. Вначале мы не очень оглядывались на своих проектантов и американских коллег с их многочисленными вариантами кораблей, модулей и станций. Как и агрегаты штырь—конус, АПАСы стали создавать в виде автономного узла. Такая техническая политика целиком оправдала себя и на этот раз.
Основой нового агрегата стал стыковочный шпангоут, похожий на тот, который сконструировали для «Союза» — «Салюта» и успешно испытали в первом космическом полете. Андрогинность этого шпангоута прекрасно вписалась в новую концепцию. Его размеры требовалось немного уменьшить, чтобы разместить кольцо с лепестками, однако это, как говорится, было делом техники. Если сомнений и принципиальных проблем со стыковочным шпангоутом не предвиделось, то вторую часть будущего АПАСа, его стыковочный механизм требовалось спроектировать практически заново, скомпоновать и сделать андрогинным. Только в этом случае андрогинной становилась конструкция в целом, тогда АПАС действительно становился АПАСом. Рабочим элементом нового механизма стало кольцо с направляющими и конфигурация, которую американцы привезли в Москву осенью 70–го. Однако эта концепция определяла лишь применение кольца в качестве буфера.
Как сделать амортизаторы, на которых устанавливался буфер, и как выполнять его выравнивание и стягивание? Ответов на эти вопросы пока не было.
...
Готовясь к очередной встрече, мы разработали общую компоновку АПАСа и его составных частей, включая кинематику будущего стыковочного механизма. Наши предложения содержали несколько основных принципов, в которых использовалось все лучшее, созданное специалистами обеих стран.
Первое. Предлагалось создавать стыковочные агрегаты в виде конструктивно и технологически законченных узлов; этот принцип, реализованный для проекта «Союз» — «Салют», не только облегчал проектирование, но и упрощал отработку и испытания системы. В последующие годы в совместном проекте эти факторы сыграли очень большую роль.
Второе. Стыковочный агрегат делился на две функционально независимые части, интегрированные в единую конструкцию. Две части — это стыковочный механизм и механизмы стыковочного шпангоута. Шпангоуты двух космических кораблей соединялись между собой в результате стыковки, образуя конструктивное целое, обеспечивающее совместный полет.
Третье. Рабочим элементом — буфером стыковочного механизма — стало кольцо с направляющими выступами, расположенное на шести подвижных штангах и благодаря этому имевшее шесть степеней подвижности. При взаимодействии с аналогичным кольцом ответного агрегата кольцо перемещалось произвольно, обеспечивая сцепку при смещениях и перекосах по всем шести степеням свободы. Подвижные штанги играли роль амортизаторов, поглощавших энергию относительного движения.
Четвертое. Стыковка осуществлялась двумя агрегатами, один из которых играл активную роль, второй — пассивную. Кольцо с направляющими пассивного агрегата подтягивалось перед стыковкой к шпангоуту. Кольцо активного агрегата оставалось подвижным, а после сцепки подтягивалось до совмещения стыковочных шпангоутов.
Пятое. По аналогии со стыковочным устройством «Союза» — «Салюта» на шпангоутах использовалось восемь замков, каждый из которых имел два крюка: активный и пассивный. Все активные крюки, имевшие эксцентриковые механизмы, соединялись между собой и приводились в действие общим приводом с замкнутой тросовой связью. Привод служил для зацепления активных крюков с пассивными и для подтягивания, а также использовался для расстыковки.
И, наконец, шестое. Андрогинность обеспечивалась за счет использования принципа обратной (зеркальной) симметрии: все ответные элементы располагались симметрично относительно общей оси. Общие оси при стыковке совмещались.
Основываясь на выработанных принципах, к октябрю мы закончили эскизную разработку АПАСа и подготовили материалы для очередного круга переговоров. Октябрьская встреча 1971 года стала важной вехой для проекта в целом, прежде всего для АПАСа.
...
НАСА существенно продвинулось вперед в разработке проекта в целом благодаря тому, что за прошедший период конструкторы под руководством К. Джонсона, Р. Берглунда и К. Ковингтона разработали специальный стыковочный модуль, который стал адаптером между, казалось бы, несовместимыми кораблями.
Дело в том, что разместить новый АПАС на корабле «Аполлон» на первый взгляд представлялось неразрешимой задачей. Решить ее удалось, воспользовавшись идеей перестроения модулей, входивших в «лунный поезд». Как рассказывалось, он состоял из возвращаемого на Землю командного модуля, служебного модуля, лунного модуля (LM) и последней ступени ракеты–носителя «Сатурн-5» S-IVB. На начальном участке полета Земля — Луна корабль «Аполлон» отделялся и, перевернувшись, стыковался с LM. Только после этого корабль окончательно отделялся от ракетной ступени.
Тот же кульбит решили применить для совместного полета, а место лунного модуля и переходном отсеке ракеты–носителя занял новый модуль. Его назвали стыковочным, потому что с одной стороны его установили ответную часть старого стыковочного агрегата, как на LM, а с другой — АПАС, Новый модуль не только позволил решить проблему совместимости стыковочных агрегатов, но и помог в обеспечении совместимости атмосферы кораблей: чисто кислородной — в «Аполлоне» и нормальной, воздушной — в наших кораблях и станциях. Одним, можно сказать, блестящим решением удалось преодолеть основные проблемы будущей полетной конфигурации. Совместный проект сразу приобрел реальные очертания. Стыковочный модуль в принципе позволял «Аполлону» соединиться как с кораблем «Союз», так и со станцией «Салют».

Документы взаимодействующего оборудования и ЭПАС

Чтобы обеспечить совместимость в полете, сначала требовалось согласовать, а потом проверить все интерфейсы на Земле. Для согласования технических и организационных вопросов разрабатывались документы, которые так и назывались «Документы взаимодействующего оборудования», сокращенно — ДВО (по–английски: IED — Interacting Equipment Documents). Всего по программе «Союз» — «Аполлон» пять рабочих групп выпустили 88 таких ДВО, 16 из них приходилось на долю нашей стыковочной группы РГЗ. Первый из них — ДВО 50004 — мы подготовили в апреле 1972 года.
...
Мы выполнили поставленную задачу, всего за несколько дней подготовили и согласовали тот самый первый интерфейсный ДВО 50004. Этот ДВО стал для нас, стыковщиков, основополагающим документом. Он состоял из четырех чертежей, определявших размеры взаимодействующих элементов и деталей будущих стыковочных агрегатов, советского и американского. Фактически в них не было ни одной одинаковой детали. Они изготавливались по разным чертежам, и даже размеры проставлялись в разных единицах: американцы по–прежнему пользовались дюймами. Однако общие размеры согласовывались все-таки в миллиметрах. Они-то и определяли тот механический интерфейс, с которого начиналась совместимость наших конструкций.
Именно тогда, в ДВО 50004, конструкторы позаботились о том, чтобы общих размеров было как можно меньше. В самостоятельной дальнейшей работе это позволяло не связывать себе руки. С другой стороны, мы тщательно следили за тем, чтобы не упустить ничего, что могло помешать работе механизмов при стыковке. В последующие месяцы в эти чертежи вносились добавления и корректировки, но номинальные значения основных размеров практически не изменились. Они остались такими, какими их начертили Бобров и Криси. Эти два самобытных конструктора, русский и американец, внесли выдающийся вклад в разработку совместного проекта, в создание совместимых АПАСов. Весь путь — от начальных эскизов, первых чертежей до настоящего железа через все совместные испытания, до подготовки АПАСов к полету, и, наконец, до анализа его результатов — Евгений и Билл прошли вместе.
...
24 мая 1972 года, было подписано межправительственное соглашение, которое открыло дорогу проекту ЭПАС к дальнейшему согласованию интерфейсов. Документам более высокого уровня, чем ДВО, стали присваивать соответствующее обозначение и текущий номер: ЭПАС 10000 «Техническое предложение к проекту», ЭПАС 20000 «Организационный план» и т. д. К концу программы набралось около 50 подобных документов. Они отражали такие важнейшие темы, как планирование работ и оценка безопасности будущего полета. Наша группа РГЗ также активно участвовала в подготовке и согласовании этого пакета. Особенно много сил пришлось затратить на анализ безопасности, связанной с замками стыковочного шпангоута, от надежности которых зависит порой жизнь космонавтов при полете в состыкованном состоянии.
Основную работу по согласованию документов типа ДBО и ЭПАС выполняли две большие группы специалистов, относившиеся к так называемым наземному и космическому сегментам. В первый входили наземные средства мониторинга и управления — центры управления полетами и система станций слежения, объединенные между собой в наземный комплекс управления (НКУ). Космический сегмент включал оба корабля со всеми бортовыми системами, которыми управляли на орбите космонавты и астронавты, а также с Земли — операторы через НКУ с помощью командной радиолинии и радиотелеметрической системы. Для руководства совместным полетом задействовали два НКУ и два ЦУПа — у нас в Подлипках и в Хьюстоне. Наш новый ЦУП вводился в строй в процессе подготовки к полету.

Дифференциальная кинематика

Стыковка чем-то схожа с посадкой на неровную поверхность. Об этом я вспомнил тогда, когда после первой встречи с американцами начал размышлять над пространственным механизмом с кольцом, установленным на шести опорах. При стыковке кольцо с направляющими активиого АПАСа должно сдвинуться и повернуться так, чтобы совместиться с ответным пассивным кольцом, найти свое нужное положение. Аналогия с посадкой напрашивалась, однако стыковка требовала большего. При посадке на четыре ноги дифференциальная схема обеспечивала три степени подвижности. Для стыковки необходимо увеличить число степеней свободы до шести, с тем чтобы компенсировать боковые смещения и перекосы. Соответственно, это требовало большого количества связей. Появились также дополнительные функции: сцепка, демпфирование, выравнивание и стягивание. Тем не менее дифференциальная идея оказалась плодотворной и для этой более сложной системы.
Дифференциальные связи между всеми шестью штангами, на которых устанавливалось кольцо с направляющими, позволяли кольцу перемещаться и поворачиваться в любом направлении. В принципе, подобным образом соединены ведущие колеса и двигатель обычного автомобиля, для которых дифференциальная связь компенсирует разность пути на виражах. Однако для обычного автомобиля достаточно одного дифференциала. Если нужен второй ведущий мост, появляются еще два подобных узла.
В стыковочном механизме с шестью штангами, которые могут двигаться независимо, требуется пять дифференциалов. Благодаря таким связям общая длина штанг остается постоянной: удлинение одних компенсируется укорачиванием других. Например, если одна сторона кольца поднимается, другая опускается, кольцо как бы покачивается относительно центра. При перемещении вбок оно движется почти не наклоняясь. Переместить кольцо по шестой степени свободы, чтобы приблизить его к неподвижному основанию, удается только в том случае, если увеличить силу принудительного движения кольца так, чтобы провернуть фрикционный тормоз, стоящий между штангами и приводом. Как показывал анализ, дифференциальный стыковочный механизм имеет существенные преимущества перед механизмом с независимыми штангами–амортизаторами.
Для лучшего понимания их следует остановиться еще на одной особенности стыковки с помощью АПАС. Корабли обычно подходят друг к другу не соосно, а со смещением или с перекосом. Чтобы сцепиться, этот перекос требуется компенсировать, то есть наклонить кольцо. С одной стороны, при небольших скоростях сближения кинетическая энергия сравнительно мала, поэтому пружины амортизаторов должны быть мягкими. С другой стороны, после сцепки требуется вернуть кольцо в исходное положение, выровнять корабли, поэтому пружины желательно иметь жесткими. На практике необходим компромисс, и это лишь одно из противоречий, которое приходится преодолевать конструктору. Дифференциальные связи между штангами и фрикционным тормозом привода фактически позволили оптимизировать непростую пространственную кинематику.
Наряду с уже сказанным, новая концепция дала дополнительные преимущества. Во–первых, при стягивании кольца отсутствуют силы, препятствующие движению; во–вторых, имеется возможность принудительно выровнять и зафиксировать кольцо в выровненном положении, а затем в этом положении перемещать его приводом; в–третьих, с помощью простых контактных датчиков можно контролировать выровненное положение. Позднее, в июле 1975 года и 20 лет спустя, в 90–е годы, достоинства дифференциальной кинематики наглядно проявились на практике стыковок в космосе, тогда они стали почти очевидны.
...
Уже при выпуске чертежей на масштабную модель стало ясно, насколько сложным получился механизм, который связывал между собой штанги. Они соединялись при помощи десяти дифференциалов: пять основных обеспечивали пять степеней подвижности кольца, а пять дополнительных — работу пружин. К тому же большое число подвижных элементов увеличило потери на трение. Эти недостатки заставляли искать пути упрощения схемы. К счастью, такой путь нашелся и оказался действительно блестящим: в результате удалось сократить число дифференциалов в пять раз, вместо десяти их осталось всего два!
Только эта измененная кинематика механизма сразу превратила АПАС в законченную конструкцию, которая стала по–настоящему смотреться, «а значит, должна летать». Именно она сработала на орбите 19 июля 1975 года и продемонстрировала свои достоинства в неожиданно тяжелых условиях второй стыковки, которую заранее назвали тестовой, то есть испытательной. Позднее кинематика стыковочного механизма практически без изменений перекочевала в АПАСы нового поколения. В начале 90–х годов агрегаты под названием АПАС-89 установили на американский «Спейс Шаттл».

Механизм "винт—гайка"

Механизм винт—гайка в принципе имеет три степени подвижности, поэтому он почти неисчерпаем. В частности, его можно использовать как дифференциал. Именно это и требовалось найти и применить, эти лишние дифференциалы, которые обеспечили необходимую подвижность кольцу с пятью степенями свободы. В масштабной модели вращались только гайки, а винты прикреплялись к кольцу через 2–степенной шарнир. Как оказалось, достаточно дать дополнительную вращательную свободу винтам и связать их попарно в каждой паре: винты — между собой, а гайки — между собой. Правда, дополнительно пришлось применить винты с правой и левой нарезкой. При этом 2–степенные шарниры винтов превратились в 3–степенные. Самое главное заключалось в том, что в результате осталось только два настоящих дифференциала (меньше, чем в автомобиле–вездеходе). Три дополнительные степени подвижности обеспечили три пары винтов, получивших дополнительную свободу вращения.

Подготовка советских кораблей к программе ЭПАС

Американское же руководство выражало гораздо больше беспокойства по поводу надежности других систем корабля «Союз», в частности его модернизации после катастрофы «Союза-11», а также загадочного полета «Салюта-2» [«Алмаз» был запущен 3 апреля 1973 года. Ему дали наименование «Салют-2». Сразу же по выходе на орбиту обнаружили разгерметизацию станции.”Салют-2”. — из книги Б. Чертока"Ракеты и люди". Кроме того, 11 мая 1973 года была запущена третья ДОС типа «Салют», пролетавшая всего 10 суток: в результате отказа системы ориентации на первом же витке было израсходовано все топливо. Учитывая предыдущий случай о запуске станции «Салют» сразу не объявили, а когда стало понятно, что лучше об этом и не объявлять, было сообщено о запуске спутника «Космос-557» — прим. ред.].
...
В итоге модифицированный «Союз», по–нашему — изделие 11Ф615А12, оказался обновленным больше чем на треть. Приняли решение заново выпустить всю инженерную документацию, чертежи, описания и инструкции. Однако главная сложность заключалась как всегда не в бумаге, а в производстве и отработке. Вся новая аппаратура проходила традиционные КДИ — конструкторско–доводочные испытания. Все новые модифицированные приборы испытывались на Земле, иногда дважды и трижды. Уже в апреле запустили на орбиту первый беспилотный корабль, которому присвоили имя «Космос-638» (заводской номер — 71). На нем улетел наш АПАС, один из первой партии агрегатов, изготовленных в 1973 году для отработки.
В августе вышел на орбиту еще один беспилотный корабль под названием «Космос-672» (№ 72), со стыковочным агрегатом на борту. В полете его проверили на функционирование вместе с приборами управления, во взаимодействии с другими бортовыми и наземными системами. Основным замечанием в полете стали нерасчетные возмущения корабля перед разделением отсеков во время возвращения на Землю. Как оказалось, дополнительную, аполлоновскую мишень поставили на пути воздушного потока, вытекавшего из сопла при сбросе давления из бытового отсека. Небольшой, казалось бы, сбой привел к переключению режима полета на неуправляемый, так называемый баллистический спуск, при этом перегрузки при торможении в атмосфере существенно возрастали, а точность приземления ухудшалась. У нас и у большинства других системщиков все сработало нормально.
Надо отметить, что первые летные АПАСы отработали на орбите почти вхолостую. Оба беспилотных, к тому же бесфамильных корабля (или, можно сказать, с «лагерными» номерами: «Космос-638» и «Космос-672») слетали на орбиту почти анонимно. Об их связи с международной программой средства массовой информации даже не обмолвились.
...
В целом 1974 год стал годом квалификации кораблей «Союз» для стыковки с «Аполлоном при помощи АПАСов. В первых рассказах главы говорилось о том, что в проекте ЭПАС заново созданной стала лишь система стыковки. Однако сказанное справедливо только отчасти. Фактически получилось так, что для международного проекта пришлось создавать новую модификацию корабля, который существенно отличался от летавшего транспортного «Союза». На то нашлось немало причин, объективных и субъективных. Увеличение продолжительности автономного полета и совместные операции с «Аполлоном» заставили изменить бортовую аппаратуру, прежде всего системы электропитания и жизнеобеспечения. На «Союз» установили американский радиоответчик и измеритель дальности, а также переговорное устройство между кораблями.
Большим изменением и принципиальным шагом вперед стало введение цифровой радиокомандной и телеметрической системы. Она разрабатывалась для того нового «Союза» с цифровой системой управления, которую отложили до лучших послеэпасовских времен.
На этом изменения, однако, не закончились. Бушуев вместе с Д. И. Козловым, главным конструктором КБ в Самаре, настояли на применении модифицированной «семерки», которой присвоили индекс 11А511У. Эта ракета–носитель тоже предназначалась для «Союза» с новой системой управления. Усовершенствованный и модернизированный носитель выводил на орбиту лишние 200 кг. На «Союзе» всегда, и в 60–е, и во все последующие годы, не хватало веса. Как обычно, одно изменение тянуло за собой другие, появилась необходимость упрочнить конструкцию.
...
В самом конце года в космос слетал третий, на этот раз пилотируемый корабль, которому, наконец, присвоили собственное имя — «Союз-16» (заводской номер — 73). Эта генеральная репетиция открывала дорогу для подготовки еще одной тройки кораблей (заводские номера — 74, 75 и 76), предназначенных для главного события — полета в июле 1975 года. Так, не считаясь с затратами, советская космонавтика готовилась к первой стыковке с американской астронавтикой. Никаких случайностей допустить было нельзя — этот лейтмотив прослеживался на протяжении всех пяти лет работы над проектом.

Создание уплотнения стыка

Создание уплотнения стыка — это еще одна примечательная страница АПАСа, так же как сам АПАС стал большой главой проекта ЭПАС в целом. Впервые при создании герметичных конструкций были применены резиновые кольца, которые располагались на торцах обоих стыковочных шпангоутов, причем на каждом из них, то есть на «Союзе» и «Аполлоне», было по два кольца. При стыковке эти кольца соприкасались, ложились друг на друга. Мы их так и называли — резина по резине. С технической точки зрения было достаточно двух колец на одном из торцов, или даже одного кольца. Два — это дублирование, это — для надежности, это — так называемое двухбарьерное уплотнение. Четыре кольца — это уже инженерная экзотика, это — андрогинность стыка.
Еще одна особенность конструкции уплотнения состояла в том, что резиновые кольца улетали в космос совершенно открытыми, незащищенными. До стыковки они подвергались сначала воздействию разряженной атмосферы при запуске ракеты, а затем открытого космоса: и вакуума, заполненного атомарным кислородом и другими агрессивными частицами, и Солнца, с его ультрафиолетом и излучением других частей видимого и невидимого спектра. Резиновые кольца должны были «стоять», как говорили наши материаловеды, при всех условиях, должны были обеспечить герметичность.

Сопоставление советской и американской систем отработки техники

Отработка техники в НАСА четко разбивался на два этапа: отработочный и квалификационный. По вновь выпущенной инженерной документации изготавливалась первая партия аппаратуры, которая подвергалась отработочным испытаниям. В процессе этого экспериментального этапа старались не вносить никаких изменений, за исключением тех, без которых невозможно обойтись. Как комментировал Джонсон (как всегда — коротко и доходчиво), многие скороспелые рационализаторские предложения часто отпадали, не выдержав проверку временем. Все изменения приурочивались к корректировке чертежей между этими двумя основными этапами. На этот же период планировалось так называемое критическое рассмотрение конструкции (critical design review). Подобные ревю проводились американцами и на других этапах: предварительном (preliminary), предполетном (flight readiness) и т. д. Все они носили отчасти формальный характер, играли, по нашему мнению, не такую существенную роль и позднее у нас не привились, С этими рассмотрениями–ревю мы познакомились детальнее лишь через 20 лет, когда широко развернулось сотрудничество не только с Америкой, но и с Европой.
Основная идея квалификационно–этапного подхода заключалась в том, чтобы после отработки (по окончательно откорректированной технической документации) изготовить партию аппаратуры, образцы которой подвергались зачетным, квалификационным испытаниям. Они в отличие от отработочных должны завершиться безотказно, и тогда остальная партия объявлялась квалифицированной для полета в космос. По существу, наши традиционные КДИ — конструкторско–доводочные испытания — преследовали ту же цель. Однако в самом этом названии подразумевался двойной смысл: испытаниям подвергалась конструкция, новые или модифицированные образцы.
В процессе испытаний конструкция постепенно доводилась до кондиции, но четко обозначенные два этапа не предусматривались. Это приводило к противоречию. С одной стороны, требовалось что-то изменить, скорректировать, улучшить, а с другой — по положению, по заведенному порядку, испытания должны пройти безотказно, иначе говоря, поломки и другие дефекты не допускались. Данное противоречие, которое постоянно проявлялось на практике, приходилось преодолевать путем итераций, как говорят математики, то есть путем последовательных приближений типа: испытания — отказ — доработка — повторные испытания, и так иногда несколько раз.
Если изменений накапливалось много, приходилось повторять испытания полностью, тогда они назывались КДИ-2, или чистовые КДИ. Уже после ЭПАСа, когда нас просили дать рекомендации по использованию приобретенного американского опыта, я предложил ввести отработочные испытания в качестве первого этапа создания наших приборов и систем. Через пару лет мы с В. Н. Павловым, инженером нашей испытательной лаборатории, подготовили и выпустили стандарт, включавший этапность в создании электромеханики. Так у нас появились ЛОИ — лабораторно–отработочные испытания, и ЛОИС — ЛОИ–системы. Постепенно они прочно вошли в практику, стали стандартом предприятия, а затем и всей РКТ.

АПАС-75

В начале весны появился АПАС. Его усиленные штанги смотрелись как сбалансированная конструкция. Первому АПАСу из этой товарной партии предстояло пройти динамические испытания сначала в «ацетиленке» на горизонтальном стенде, затем на 40–метровой тросовой подвеске в цехе № 439, а также другие проверки на заводе и в лабораториях КБ. Снова, как и год назад, мы провели свои КДИ, можно сказать, — чистовые. Второй АПАС из этой партии готовился к квалификационным испытаниям в Америке. Настоящий товар составили три летных АПАСа, один из которых состыковал «Союз» с «Аполлоном» в июле 1975 года. За него, как за космического принца, отдувались остальные его андрогинные братья на Земле.
В общей сложности, с мая 1973 года по сентябрь 1974 года, то есть меньше чем за полтора года, было изготовлено 17 АПАСов. Все эти почти полторы дюжины андрогинных двойняшек я, можно сказать, знал тогда в лицо, что, как известно, дело непростое даже по отношению к близнецам. Стыковочные агрегаты устанавливались на макетные и экспериментальные корабли, на КС — комплексный стенд (наземный действующий аналог корабля), на другие макеты и модели. Здесь в очередной раз проявился талант Вильницкого — непревзойденного мастера маневрирования резервами. Несмотря на большое число АПАСов, их все равно не хватало, макетов и моделей кораблей, экспериментальных установок и стендов было еще больше, например, тепловых макетов и моделей СОЖ, сасовских макетов и тренажеров для космонавтов. Многие АПАСы успели побывать в нескольких местах и принять участие в различных испытаниях.
Сейчас трудно восстановить в памяти дальнейшую судьбу всех членов большого андрогинного семейства, Точно известно, что четыре АПАСа улетели в космос и оттуда не вернулись. После завершения полетов их андрогинные братья, оставшиеся на Земле, стали расползаться по разным местам. Одного из двух «американцев», который два раза летал со мной через океан, наверное, самого любимого, я оставил у себя. Он почти 20 лет простоял у меня в кабинете на той самой тележке, которая так понравилась американцам. Только после того, как в 1993 году, уже по новой международной программе, оборудовали специальную стыковочную лабораторию, он переехал и стал рядом с представителем следующего поколения андрогинных агрегатов 80—90–х годов — АПАС-89.
Где использовались и куда разошлись остальные двенадцать АПАС-75? Андрогинные агрегаты стали особенно популярны в музеях, в вузах и военных академиях. Один из них установили в музее нашего предприятия. Когда 20 лет спустя возникла очередная проблема, с него сняли винты, которые в то время были в дефиците. Их сняли не только с музейного образца, но и с моего лабораторного агрегата. Длинные винты АПАС-75 понадобились для модифицированных АПАС-89, предназначенных для МКС — Международной космической станции. Это происходило в далеком тогда 1996 году.

Стружка в стыковочном агрегате

... стоит упомянуть о другом инциденте, вызвавшем замешательство нашей смешанной испытательной бригады. Он связан с тем, что американцы на одном из своих агрегатов нашли мелкую стружку. В тот момент их агрегат оказался внизу, под подвешенным сверху нашим АПАСом. Проведя экстренную инспекцию, выяснили, что стружка высыпалась из полуоткрытых пазух нашего агрегата, подвешенного сверху. Пришлось звонить на ЗЭМ: «Григорий Маркович (Марков — начальник сборочного цеха № 44), первое, проверь два остальных агрегата, второе, срочно присылай на подмогу бригаду опытных сборщиков». Вечером, во вторую смену все, до самой мелкой соринки, было вычищено пылесосом, кисточками и другими инструментами. Всего у нас изготовили три летных АПАСа, два — для кораблей «Союз» и ЗИП. Как уже говорилось, руководство приняло решение подготовить к полету и стыковке в 1975 году два летных корабля «Союз» — основной и запасной: мало ли что могло случиться?

Полёт «Союза-16» и испытание пиротехнических средств резервной расстыковки

Экипажу корабля А. Филипченко и Н. Рукавишникову предстояло проверить модифицированный «Союз» с нашей андрогинной системой стыковки. В полете, который продолжался шесть дней, проверялись все новые и модифицированные системы, включая системы стыковки и жизнеобеспечения. Сначала проверили, как функционирует стыковочный механизм АПАСа — правда, только на холостом ходу, выдвинув и втянув кольцо с направляющими, затем открыв и закрыв защелки. Замки стыковочного шпангоута нам даже удалось испытать под нагрузкой. Для этого заранее спроектировали и установили дополнительное кольцо, которое притягивалось к шпангоуту основными замками, имитируя таким образом ответный корабль, то есть «Аполлон». Все-таки это была не настоящая, холодная стыковка, зато расстыковка стала необычной, горячей.
Космонавты в самом конце полета провели испытание пиротехнических средств резервной расстыковки. Все восемь пироболтов сработали без осечки, и воображаемый американский корабль в виде дополнительного кольца благополучно отделился от «Союза». Эту уникальную операцию подтвердили, можно сказать, документально: космонавты сфотографировали отстреленную с помощью пироболтов деталь, напоминавшую интерфейсный чертеж стыковочного шпангоута. Это яркое, почти живое кольцо, освещенное Солнцем на фоне абсолютно черного космоса, было апофеозом всей нашей испытательной программы. Полет «Союза-16» стал предтечей главного события 1975 года.

Проблема с гидравлическими амортизаторами американского механизма АПАС

Андрогинные периферийные агрегаты стыковки — советский АПАС для корабля «Союз» и американский для корабля «Аполлон» — сконструировали по–разному. В стыковочном механизме «Союза» мы применили чистую электромеханику, дополнив ее дифференциальной «кинематикой». Американцы использовали гидравлические амортизаторы, которые работали независимо друг от друга. Как оказалось, такая концепция таила в себе потенциальную опасность. К сожалению, получилось так, что только при последних проверках летных агрегатов, перед отправкой их в Москву для контрольной стыковки, специалисты «Рокуэлла» столкнулись с серьезной проблемой направляющих штырей и гнезд, о которой уже упоминалось. В связи с этим уместно остановиться на некоторых дополнительных особенностях обеих версий АПАСов, относящихся к описываемой проблеме.
Как отмечалось, гидравлические амортизаторы американского механизма создавали дополнительное сопротивление при стягивании после сцепки. Поначалу этот недостаток не выглядел слишком серьезным: привод стыковочного механизма с лихвой справлялся с этим. Совместные испытания тоже не выявили никаких аномалий. Надо сказать, что они и не могли их выявить, потому что гибридный динамический стенд в Хьюстоне не позволял выполнить стягивание до конца. Как только стыковочные шпангоуты приходили в соприкосновение, на стенде возбуждались автоколебания. По этой причине заключительная фаза стыковки на совместных испытаниях не воспроизводилась. Конечный этап стыковки отрабатывался сторонами на других стендах, и независимо, по внутренним программам.
Испытания на фирме «Рокуэлл» проводились в горизонтальном положении на приспособлении, которое компенсировало вес кольца с направляющими, но могло создавать перекос по крену, нагружая при этом направляющие штыри и гнезда на конечном этапе стягивания. При проверках одного из летных агрегатов кольцо застопорилось, и стыки не совместились. Более подробный разбор ситуации и дополнительные испытания показали, что при данной конструкции штырей и гнезд такое заклинивание могло возникать, если боковая сила достигала нескольких килограммов. Самое опасное заключалось в том, что в этом случае стыковка вообще становилась невозможной.
Первый вопрос заключался в том, отчего могла возникнуть такая сила. Вначале Боб Уайт не считал проблему возможного заклинивания направляющих штырей при стыковке достаточно серьезной. Его логика была простой: вероятность такой ситуации в полете невелика. С другой стороны, если в спешке дорабатывать полностью готовые и испытанные агрегаты, то можно создать другую, реальную проблему. Тем не менее проведенный анализ показывал, что гидравлические амортизаторы могли нагреваться в полете по–разному в зависимости от того, на какой стороне они оказывались: на солнечной или в тени. В таких условиях они создавали неравномерное сопротивление, а возникший перекос, как следствие, нагружал направляющие штыри. Неприятная перспектива усугублялась тем, что тросовые связи привода стягивания тоже нагружались неравномерно; к тому же они были сконструированы так, что в таком режиме могли порваться. В этом случае стыковочный агрегат полностью выходил из строя: его нельзя было использовать ни в активном, ни в пассивном состоянии. Иначе говоря, главная задача полета оказывалась под угрозой.

Леонов и Стаффорд

К заключительной фазе подготовки подключились космонавты и астронавты. Для полковника Леонова эти события стали хорошим поводом напомнить о себе для получения очередного воинского звания. Стаффорд уже имел звание генерала ВВС США. «Что ж мне теперь, — резонно говорил космонавт, — придется подчиняться в космосе американцу?» «Ничего, — успокаивали его находчивые начальники, — советский полковник не ниже американского генерала». Леонов стал генералом только после полета.

Кульбит

Кораблю оставалось развернуться на 180 градусов (почти как при полетах к Луне), чтобы еще раз состыковаться с отделившейся ракетной ступенью, к которой вместо лунной кабины теперь был прикреплен стыковочный модуль. Только после стыковки с ним можно было окончательно отделиться от ракеты–носителя. Почему-то Стаффорд испытывал небольшие трудности, наблюдая мишень. Несмотря на это,"железный" Том безукоризненно направил свой штырь в приемный конус модуля. Позднее специалисты определили эту операцию, как самую точную из всех 24 стыковок по программе"Аполлон". Стаффорд почему-то опасался именно этой стыковки, хотя ему уже дважды приходилось выполнять такую операцию в полете, в том числе на окололунной орбите. Тогда, в 1969 году он проводил генеральную репетицию перед прилунением на"Аполлоне-10". Теперь американский АПАС был готов к стыковке, ведь он расположился в самой передней части корабля

Первая стыковка

... впервые установили радиосвязь между кораблями, а Вэнс Бранд увидел"Союз"через бортовой секстант. Активный корабль еще несколько раз включил двигатели, чтобы подправить подлетную траекторию. Счет шел сначала на сотни, потом на десятки километров и вот уже дистанция в полмили по сообщению Стаффорда, 800 метров — подтвердил Леонов. Наконец, корабли — на последнем витке, где их орбиты должны пересечься в одной точке одновременно. Чтобы они пересеклись фактически, астронавты еще раз подправили свою траекторию так, чтобы и скорости полета в расчетной точке сравнялись, а подлет происходил при благоприятном освещении, с подсолнечной стороны."Союз", в свою очередь, занял правильную ориентацию, подставив свой АПАС с мишенью навстречу приближавшегося"Аполлона".
Московское время 18 часов 50 минут, расстояние 50 метров, экипаж"Союза"дал окончательное"добро". Прошло еще 15 минут, корабли уже летели над Европой, вот они над нашей территорией в зоне Евпатории, 19 часов 12 минут — касание, сцепка. Остальное, как говорится, было делом техники. Активный АПАС американского корабля выполнил все необходимые операции. Космонавтам осталось лишь проверить срабатывание датчиков на стыке"Союза". Московский ЦУП подтвердил, что стыковка завершена. Все, кто находился в Центре управления, уже не отрывали глаз от телевизионных экранов. Сеанс бортового телевидения длился необычно долго, ведь сигнал передавался через американский спутник связи АTS 6. Все участники проекта с неподдельным восторгом наблюдали долгожданное рукопожатие в космосе.

Вторая стыковка

Вторая стыковка, конечно, не первая, и называлась она тестовой, то есть испытательной, но она заставила нас поволноваться не меньше. Неожиданно наш АПАС, который выполнял активную роль, был подвергнут суровому испытанию. Как выяснилось позже, всего нескольких секунд нерасчетной работы реактивных двигателей РСУ"Аполлона"оказалось достаточно, чтобы нагрузить амортизаторы почти до предела. На экранах телевизоров было видно, как "Союз"совершил несколько интенсивных колебаний относительно "Аполлона". Но уже через несколько десятков секунд космонавты сообщили, что началось стягивание, а это означало, что корабли выровнялись, уложившись в отведенную для этого минуту.

Проблемы при посадке "Аполлона"

Вот что доложили на послеполетном разборе,"бриффинге"командир корабля Том Стаффорд и пилот командного модуля Вэнс Бранд о том, как проходил этот драматический спуск. Сначала все шло нормально: астронавты правильно сориентировали корабль, включили двигатель, который отработал положенное время для"схода"с орбиты, после чего отсеки разделились, и капсула, войдя в атмосферу, постепенно затормозилась. На высоте около 10 километров, экипаж должен был инициировать автоматическое управление операциями, развертывание парашютов. Здесь-то и случилось непредвиденное. Вся история говорит о чем-то более сложном, чем о случайном недосмотре, одиночной ошибке пилота.
Астронавты объяснили это так: Стаффорд вслух читал инструкцию, в соответствие с которой Бранд шаг за шагом проводил переключения управляющих тумблеров. По их словам из-за шума в кабине (от движения капсулы в атмосфере и срабатывания реактивных двигателей РСУ) то ли пилот не расслышал, то ли командир пропустил важнейший пункт инструкции. На высоте 30 тысяч футов требовалось переключить два тумблера:"ELS AUTO"и"ELS LOGIC"[ELS (Earth landing system) - наземная система посадки]. Как раз эти-то две важнейшие команды выданы не были. Из-за этой ошибки автоматическая программа не запустилась, в результате, верхняя крышка капсулы не отстрелилась, а парашюты, естественно, не стали вводиться. Не ощутив рывков и не наблюдая парашюты через иллюминаторы, экипаж осознал неладное. Тогда пилот включил два других,"запасных"тумблера, выдав команды, которые при номинальной,"штатной"процедуре вырабатывались автоматически (AUTO), в"соответствии с принятой логикой"(LOGIC) - это уже по нашей терминологии. После выдачи резервных команд крышка, наконец, отстрелилась, и парашюты ввелись на высоте только двух с половиной километров. Однако главные неприятности оказались впереди.
Неожиданно кабина начала наполняться токсичными газами. Дело в том, что реактивные двигатели продолжали включаться,"стараясь" погасить естественное раскачивание капсулы на парашютах, а этого вовсе не требовалось, наоборот оказалось смертельно опасным. Продукты неполного сгорания"азотных компонентов"в набегавшем воздушном потоке стали засасываться внутрь кабины через"дыхательный" клапан, который к этому времени открылся. Подобный клапан погубил наших космонавтов в июне 1971 года, правда, тогда при совершенно других обстоятельствах и на гораздо большой высоте. Как известно, за всю историю ракетной техники сверхтоксичное азотное топливо стало причиной не одной катастрофы.
К счастью, на этот раз астронавты довольно быстро почувствовали опасность, и, наконец, на 30 секунд позже нормального режима, включили тумблер ELS ("…тогда мы включили автоматическую систему", — докладывал на разборе Бранд). Только после этого двигатели окончательно перестали работать.
Приводнившись, капсула перевернулась, что нередко случалось в неспокойном Тихом океане, и астронавты оказались висящими на ремнях вниз головой. К тому же Слейтон, показав через иллюминатор большой палец вверх (все — ОКей) спасателям, сброшенным с вертолета, не настроил их на настоящее спасение. Бранд и Слейтон потеряли сознание. Самый стойкий,"железный"Том сумел отстегнуться и достать кислородные маски сначала для себя, а затем и своих товарищей. Включив наддув воздушных баллонов, чтобы стабилизировать капсулу, и переведя ее в вертикальное положение, они открыли крышку. Свежий воздух стал поступать в кабину. Вскоре астронавтов подобрали вертолеты.

Анализ второй стыковки

Были составлены графики изменения углов поворота кольца АПАС и угловых скоростей корабля «Союз» во время тестовой стыковки 19 июля 1975 года. С помощью графиков можно показать, что максимальный угол отклонения кольца АПАСа достигал 10°. Интегрирование угловых скоростей позволяет также определить, что за 175 с между двумя нерасчетными включениями связка кораблей развернулась на 125°. Этот разворот связки побудил Д. Слейтона повторно включить двигатели «Аполлона» Мы вновь и вновь анализировали телеметрическую информацию, относящуюся к работе АПАСа. Записи сигналов датчиков показывали, что поначалу процесс стыковки шел нормально.
Первое касание, сравнительно небольшой промах, скорость сближения — все было близко к расчетным значениям. На этом этапе Слейтон сработал хорошо. Через секунду с небольшим после касания произошла сцепка. Дальше датчики зафиксировали неожиданно сильные боковые перемещения, колебания по рысканию и тангажу. Амплитуда достигала 10°, что было близким к максимально допустимому значению. Однако амортизаторы довольно быстро справились с колебаниями и выровняли корабли.
Второй раз возмущение имело место, когда АПАС уже производил стягивание. На этом этапе фиксаторы не дали возможности кольцу стыковочного механизма сильно отклониться, а их прочность оказалась достаточной, чтобы выдержать дополнительные нагрузки. В результате стыковка завершилась успешно. В дополнение к основной информации о параметрах стыковочного механизма у нас имелись телеметрические данные от термодатчиков, установленных на панелях солнечных батарей. Судя по этим данным, температура элементов конструкции «Союза», обращенных в сторону «Аполлона», во время стыковки дважды существенно повышалась, достигая почти +150°С. Такой большой и резкий нагрев мог происходить только за счет горячих струй, вытекавших из реактивных двигателей «Аполлона».
Как упоминалось, это явление изучалось при подготовке к полету, однако тогда никто не рассматривал столь продолжительное и интенсивное воздействие: суммарное время включения двигателей, обращенных к «Союзу», ограничивалось 1—2 секундами. Таким образом, обе группы телеметрических параметров показали, что в процессе второй стыковки после первого касания РСУ «Аполлона» дважды интенсивно работала.
...
Уайт по собственной инициативе расширил исследование, включив в него этап сближения с расстояния 200 м. Он объяснил причину аномального отклонения от расчетного стыковочного режима следующим образом. Корабль «Союз», готовясь к повторной стыковке, сориентировался по направлению к Солнцу не совсем так, как предусматривалось. Это потребовало от Слейтона дополнительных бокового и углового маневров. При такой ориентации освещенность «Союза» затрудняла наблюдение.
По словам Уайта, Солнце слепило глаза пилота, поэтому рука Слейтона в момент столкновения кораблей дрогнула и повернула ручку управления в сторону, включив боковые двигатели корабля. Как нередко бывает, одна ошибка породила другую. Из-за полученного возмущения связка кораблей начала медленно вращаться. Чтобы не допустить складывания рамок гироплатформы и не потерять собственной ориентации, Слейтон снова активизировал систему управления, включив реактивные двигатели. Это было сделано вопреки запрету на включение системы при работе стыковочного механизма. На «Союзе» управление двигателями при стыковке выключалось автоматически по сигналу датчиков.
В этот момент наш механизм действительно спасла дифференциальная концепция, которая была принята в 1972 году. Пять электромагнитных фиксаторов, включенных при стягивании, ограничили перемещение и не позволили нарушить выровненное положение кораблей. Прочность конструкции оказалась достаточной, чтобы выдержать возникшие от внешнего возмущения нагрузки. То, что произошло, чем-то напоминало стыковку «Союза-10» с первой орбитальной станцией «Салют» в апреле 1971 года. Тогда после сцепки включились двигатели РСУ корабля и, раскачав связку, сломали стыковочный механизм, который начал стягивание. Однако там дело было в «заданной логике», в соответствии с которой сработала автоматика.

Авторские набросы

Главным достижением Советов стали ДОСы — долговременные орбитальные станции и длительные полеты космонавтов на них. ... Правда, Леонов (вместе с Кубасовым, конечно) тоже получил вторую «Звезду» (но лишь — Героя). ... Помню, как В. Д. Лубенец, совсем еще не старый, но уже многое испытавший человек, как-то провел с нами фривольный, по тем временам, но вполне профессиональный предметный мальчишник, посвященный сопромату. Эта важная для практики наука держалась, по его словам, на трех принципах: первый — «была бы пара, а момент найдется»; второй — «всякое сопротивление временно» и, наконец, третий — «где тонко, там и рвется». Практика подтверждала эти общетеоретические, почти фундаментальные положения.