Владимир Сыромятников - 100 рассказов о стыковке

• Название: 100 рассказов о стыковке
• Автор: Владимир Сыромятников
• Издательство: Университетская книга Логос
• Жанр: Биографии и Мемуары
• Год: 2008
• ISBN: 978-5-98704-307-7

В ваших руках, уважаемый читатель, — вторая часть книги «100 рассказов о стыковке и о других приключениях в космосе и на Земле». Первая часть этой книги, охватившая период от зарождения отечественной космонавтики до 1974 года, увидела свет в 2003 году. Автор выполнил свое обещание и довел повествование почти до наших дней, осветив во второй части, которую ему не удалось увидеть изданной, два крупных периода в развитии нашей космонавтики: с 1975 по 1992 год и с 1992 года до начала XXI века. Как непосредственный участник всех наиболее важных событий в области космонавтики, он делится своими впечатлениями и размышлениями о развитии науки и техники в нашей стране, освоении космоса, о людях, делавших историю, о непростых жизненных перипетиях, выпавших на долю автора и его коллег. Владимир Сергеевич Сыромятников (1933—2006) — член–корреспондент Российской академии наук, профессор, доктор технических наук, заслуженный деятель науки Российской Федерации, лауреат Ленинской премии, академик Академии космонавтики, академик Международной академии астронавтики, действительный член Американского института астронавтики и аэронавтики. Известный в мире специалист по космической технике, в области разработки и испытаний космических аппаратов, автоматических систем, космической робототехники, больших космических конструкций, основатель и руководитель отечественной школы стыковочных узлов космических аппаратов, получившей мировое признание. По мнению автора, эту книгу стоит прочитать каждому, кому интересна история космонавтики.

---

Как заставить многотонные корабли парить перед стыковкой в воздухе и двигаться только по инерции, под воздействием сил соударения и реактивных струй управляющих двигателей так, как это происходит в невесомости?

Как добиться, чтобы корабли со стыковочными агрегатами свободно, без действия силы тяжести, сближались с заданными скоростями и смещениями до соприкосновения, сцеплялись, выравнивались и стягивались, а амортизационная система и другие механизмы при этом работали точно так же, как им предстоит работать в космосе?

Конечно, сделать это непросто. Существуют разные способы воспроизведения такого движения в земных условиях. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки, но все они сложны и доставляют много хлопот испытателям. Можно, например, подвешивать специальные макеты кораблей на карданных шарнирах, так, чтобы точки подвеса находились в центрах тяжести кораблей и перемещались в трех направлениях. Получается довольно простая система, но в ней все же нелегко полностью исключить земную тяжесть при поступательных движениях, а также имитировать работу систем управления кораблями.

Специалисты НАСА выбрали другой путь. Они сделали комбинированную установку для воспроизведения процесса стыковки, которая состоит из шестистепенного стенда с гидравлическими следящими приводами и вычислительной машины. Компьютер непрерывно вычисляет координаты кораблей, как если бы они двигались в невесомости, и выдает команды на следящие приводы. Те перемещают установленные на стенде стыковочные агрегаты один относительно другого в соответствии с вычисленными координатами. При соприкосновении стыковочных агрегатов возникают усилия, которые непрерывно измеряются с помощью специальных датчиков. Сигналы от датчиков поступают в компьютер, тот их учитывает, и таким образом вычислительно–механический контур, как говорят, замыкается. Процесс в нем идет непрерывно.

На такой испытательной установке американские специалисты отрабатывали систему стыковки для лунной программы «Аполлон», а потом и для программы «Скайлэб». Установка очень дорогая и довольно капризная в эксплуатации. В ней используется много высокоточных приборов, начиная от приводов стенда, датчиков усилий и перемещений, кончая элементами вычислительного устройства. Она снабжена системой автоматической настройки и проверки, а также разветвленной системой аварийной остановки при возникновении каких?либо неисправностей, перегрузок или выхода одного из ее многочисленных параметров за допустимые пределы. Чтобы проводить испытания при очень высоких и очень низких температурах, часть стенда с испытуемыми агрегатами заключается в специальный подвижный чехол, под который нагнетается горячий или холодный воздух.

Короче говоря, испытательный комплекс, хотя и обладает большими возможностями и несомненными достоинствами, сам требует тщательного ухода, постоянного контроля и устранения частых неисправностей. В этом мы убедились на собственном опыте осенью 1973 года и особенно летом 1974 года во время проведения совместных динамических испытаний. Как?то один из американских специалистов в сердцах пошутил: «Здесь никогда не знаешь, что испытывается: стыковочное устройство на стенде или стенд с помощью стыковочного устройства».

На самом деле бывало и то, и другое. Несомненное достоинство американской испытательной установки — возможность «стыковать» самые различные космические корабли: от легких до сверхтяжелых. Ведь изменять параметры кораблей очень просто, достаточно ввести нужные коэффициенты в уравнениях, решаемых компьютером, или использовать другие уравнения. По мере развития космических полетов, увеличения количества запускаемых космических кораблей и станций такой стенд действительно может оказаться необходимым.

Испытательную установку подобного типа, конечно, трудно было сразу создать совершенной. Стенд с системой приводов, изготовленный в середине 60–х годов в разгар работ по программе «Аполлон», рассчитывался на испытание стыковочных устройств ограниченных размеров. Кроме того, принципиальная кинематическая схема стенда была не совсем удачной: сложна, громоздка и имела целый ряд неблагоприятных технических характеристик.

Поэтому, готовясь к испытаниям о программе ЭПАС, а также учитывая перспективы развития следующей программы пилотируемых полетов США — «Спейс Шаттл», специалисты НАСА решили перестроить стенд, сохранив в основном вычислительную и управляющую части установки и другие вспомогательные системы.

К осени 1973 года работы были закончены, схема стенда стала намного логичнее и проще. Но, к сожалению, при этом, как выяснилось позднее, не избежали и некоторых просчетов.

Новые полномасштабные стыковочные агрегаты решили испытывать именно на этой динамической установке в Хьюстоне. Конец зимы, весна и все лето семьдесят третьего года ушли на изготовление и отработку стыковочного агрегата в СССР и подготовку к совместным испытаниям. Тем же были заняты американские специалисты в США. В мае первый АПАС увидел свет. Это уже была настоящая космическая система, отвечающая всем жестким требованиям, обеспечивающим ее высокую надежность при минимальном весе и габаритах.

Он действительно получился красивым, наш АПАС, если исходить из того, что истинная красота конструкции в рациональности, в том изяществе, с которым она решает поставленные перед ней задачи. «Он элегантен, ваш стыковочный агрегат», — скажет позднее М. Фаже, один из руководителей американского космического Центра имени Джонсона. Я думаю, он имел в виду не только внешний вид АПАСа, комплимент относился и к его принципу действия.

Поскольку корабль «Аполлон» создавался для полета на Луну, американские конструкторы, приспосабливая его для решения задач в околоземном космосе, располагали солидными резервами веса. Может быть, по этой причине авторы американского стыковочного агрегата не слишком заботились об экономии веса. Их стыковочный агрегат получился почти в два раза тяжелее нашего.

АПАС успешно прошел всю предварительную отработку и проверку и к концу августа был готов к отправке в Техас.

Наша небольшая испытательная команда 14 сентября, прибыла в Хьюстон. Нам предстояло впервые произвести настоящую стыковку агрегатов кораблей «Союз» и «Аполлон», при которой фактически проверялись и отрабатывались все этапы сложного и многостороннего процесса соединения кораблей, работа агрегатов в совместном полете и при расстыковке.

Сначала последовательно шаг за шагом были проверены все операции по стыковке и расстыковке, причем оба агрегата работали при этом как в активной, так и в пассивной роли. Затем испытана герметичность состыкованных агрегатов, в том числе при нагреве и охлаждении конструкций с имитацией полетных экстремальных температур. Еще раз убедились в том, что стык способен выдерживать одновременное воздействие внешних и внутренних нагрузок. На этом первая часть испытаний закончилась, и агрегаты установили на динамический стенд для проведения основной по объему и сложности части работ — стыковки с имитацией движения космических кораблей в условиях невесомости.

На этом стенде мы провели в общей сложности более 100 стыковок, или испытательных пробегов, как их называли американцы, при нормальных, высоких и пониженных температурах. Может возникнуть вопрос: зачем нужно так много стыковок? Дело в том, что корабли могут подойти друг к другу в самых разных положениях. Космонавты и астронавты управляют сближением кораблей, используя две трехстепенные ручки и наблюдая специальную мишень, как бы прицеливаясь по ней. Несмотря на продолжительные и интенсивные тренировки, как и при обычной стрельбе, всегда возникают ошибки. Только здесь их разброс увеличивается: управлять приходится пространственным положением, выдерживая как относительные координаты, так и скорости.

Одновременно работают автоматические системы ориентации кораблей, которые, с одной стороны, облегчают космонавту управление, а с другой — вносят свой «вклад» в виде определенных ошибок. Тот, кто управлял автомобилем, имеющим только три степени свободы, знает, как не просто бывает порой выехать через узкие ворота гаража, а управление кораблем в пространстве намного сложнее. Поэтому стыковочное устройство рассчитывается так, что даже при самых худших условиях, самых грубых ошибках относительного положения кораблей и разных скоростях происходила бы надежная стыковка. Это требование не только усложняет стыковочный агрегат, сам процесс стыковки, но и проведение испытаний.

Прежде всего, трудно определить, какие условия, какие сочетания скоростей и ошибок взаимного положения наиболее неблагоприятны. Что, например, страшнее — большие скорости сближения или малые? Оказывается, плохо и то, и другое. При больших скоростях может не хватить энергоемкости амортизаторов и возникнут слишком большие силы от соударения кораблей. При малой скорости сближения кинетической энергии кораблей может оказаться недостаточно для срабатывания защелок. Если сцепка не произойдет, система начнет «разваливаться», и, чтобы избежать соударения, корабли придется быстро разводить.