Летим в космос (сборник) Лесников Василий

СТЫКОВКА

Чтобы лучше понять, что же такое стыковка двух космических аппаратов на орбите, заглянем немного в историю и более внимательно посмотрим на некоторые аналоги этой операции.

Примерами элементарной стыковки в движении могут быть и спокойная встреча двух знакомых, здоровающихся за руку, людей. Это может быть и, требующая определенной точности действий, передача эстафетной палочки между двумя спортсменами. При этом не являются исключением случаи, когда, не рассчитав своих скоростей, спортсмены сталкиваются и даже падают в момент соприкосновения друг с другом.

У велосипедистов скорости побольше, но и они могут спокойно ехать по дороге либо рядом, либо друг за другом, автоматически рассчитывая, вернее поддерживая необходимую взаимную скорость. Однако стоит одному из них отвлечься, вильнуть колесом, и вот уже оба лежат на земле. Травмы при этом опаснее. Ситуация сложнее. А ведь так все было спокойно, тихо. И скорости вроде были мизерные.

Потом появился автомобиль. Рядом по дороге уже специально не ездят – разговаривать в такой ситуации опасно и страшновато. Понимают люди, чем это чревато для них. И дело тут не только в особенностях психологии автолюбителей и в новых конструкторских решениях по созданию средств передвижения. Причина в больших абсолютных скоростях передвижения и трудностях выдерживания одинаковой взаимной скорости при совместной езде. Столкновение в данном случае уже вполне допускает смертельный исход для человека. Каждая аварийная ситуация на дороге конкретный пример неудачной стыковки двух технических средств.

Только милиционеры и каскадеры в фильмах позволяют себе догнать другой автомобиль, сравняться с ним в скорости и перебраться из своего автомобиля в другой. И можно только представить что произойдет, если в момент перехода один из водителей изменит скорость движения или наедет даже на небольшое препятствие.

Но вот пришло время авиации и здесь уже даже милиция \разве что, догоняя Фантомаса\ не решается на подобный маневр. А вот военных летчиков жизненная необходимость заставила пойти на подобную операцию, чтобы увеличить дальность полетов своих самолетов с помощью дозаправки в воздухе. При дозаправке два самолета подходят друг к другу в воздухе на определенное расстояние и удерживают необходимую дистанцию до тех пор, пока не закончится перекачка топлива из одного самолета в другой. Контакт \стыковка\ осуществляется выдвижным шлангом. При этом малейшее изменение взаимной скорости двух самолетов, однозначно приводит в лучшем случае к разрыву шлангов.

Космонавты при стыковке на орбите выполняют подобные операции – сближение и жесткая физическая стыковка двух аппаратов.

Остается добавить, что скорость самолета при дозаправке не превышает 1000 километров в час. У космического корабля скорость при стыковке скорость составляет 28000 километров в час. Разница огромная, а, следовательно, и необходимая степень точности управления космическим кораблем на орбите должна быть неизмеримо выше.

При такой абсолютной скорости космических аппаратов их взаимная скорость сближения при стыковке, то есть разница между абсолютными скоростями, должна быть не более о, 2 – 0, 5 метра в секунду.

И это не единственная трудность для космонавтов, выполняющих стыковку. За примерами вновь вернемся в авиацию.

Одним из важных элементов подготовки летчика является полет в зашторенной кабине, при отсутствии любых сигналов извне и возможностей визуальной ориентации по местности. Весь контроль полета осуществляется только по приборам. Трудное это дело. В первых полетах руки самопроизвольно тянутся открыть шторку, сориентироваться по местности – туда ли лечу? Вдруг ошибка. Потом летчик привыкает. К тому же, во второй кабине при таких полетах всегда сидит опытный летчик – инструктор, который все видит, и не допустит грубой ошибки проверяемого. В крайнем случае, возьмет управление на себя.

В космическом полете второго летчика нет. И при стыковке просто необходимо верить приборам. Даже помощь и подсказка с Земли и та определяется степенью точности работы приборов. А человек ведь все равно остается человеком. Нет, нет, да придет мысль: «А правильно ли лечу? А вдруг реальная скорость полета больше той, что показывают приборы, и корабль врежется в стыковочный узел пассивного корабля с такой силой, что потом и расстыковка не потребуется. Просто некому будет».

В космическом полете у человека в основном работают глаза и мозг. Глаза служат для того, чтобы читать показания приборов или расшифровывать картинку с экрана телевизора. Мозг анализирует множество факторов в совокупности.

Летчики специально отбираются, специально учатся, могут и умеют летать по приборам, хотя и не любят этого делать. Полет по приборам это уже само по себе усложнение обстановки, а в космонавтике сразу наступает такое положение.

Специалисты знают, что техника может работать неустойчиво, в значительной мере менять первоначально заложенные в нее параметры, а то просто отказывать в самые неподходящие моменты работы. И все же конструкторы считали, что техника, создаваемая ими, будет работать безотказно.

На первом этапе создания космических кораблей практически невозможно было представить весь комплекс многообразных, часто противоречивых, задач, которые необходимо было решить. Но об этом нам легче говорить сейчас, через десятки лет после полета Ю. Гагарина. А тогда главным было вывести человека в космическое пространство. Вывести при известной мощности ракеты, при наиболее выгодных конструктивных решениях по форме спускаемого аппарата, при наличии огромного аэродинамического нагрева при спуске, а, следовательно, и ограниченном количестве иллюминаторов, которые потенциально представляли собой самое уязвимое место, через которое огонь мог бы проникнуть в космический корабль.

Так родился «Восток» с двумя иллюминаторами и оптическим визиром «Взор».

Космонавт не видел глазами куда он летит при обычной штатной ориентации. Визир смотрел вниз, иллюминаторы в бок. А впереди неизвестность. Попадись на пути корабля неизвестный спутник или метеорит, космонавт ничего не смог бы сделать для предотвращения нежелательной встречи. Космонавт просто не обнаружил бы препятствие по трассе полета.

Основные принципы управления, заложенные на «Востоках», легли и в основу разработки «Восходов» и «Союзов». Даже необходимость выполнения стыковки не изменила ситуацию кардинально. Оптическая ось визира для стыковки оказалась направленной по полету корабля и только. Контроль полета только по телеэкрану, который стал основным прибором, по которому экипаж оценивает качество процесса стыковки с другим объектом.

Если же космонавт сомневается в показаниях приборов и хочет собственным глазом, как в автомобиле, посмотреть на сложившуюся ситуацию на дороге, он должен развернуть космический корабль на 90 градусов по курсу и оценить ситуацию через свободный иллюминатор. Долго любоваться объектом стыковки, при таком положении корабля, нельзя. Если космонавт хочет одновременно управлять процессом перемещения в космосе, он должен при этом постоянно помнить, что в данном положении ручки управления двигателями поменяли знак своего управляющего действия, то есть сдвинулись на тот же угол разворота корабля в 90 градусов. Хочешь двигаться ближе к объекту, выдавай управляющий импульс основному корректирующему двигателю вправо, а не вперед. И так далее. Это, конечно, трудно. И потому космонавты прибегают к подобному методу контроля обстановки только в очень сложных ситуациях. Например, при стыковке с неориентированным объектом. Раз, другой для такого визуального контроля еще можно было развернуться, но не больше. Топливо надо экономить.

Кроме того, стыковочный узел расположен впереди космического корабля и потому боком пристыковаться к другому кораблю или станции никак нельзя. На конечном участке стыковки нужно обязательно идти вперед стыковочным узлом.

Конструкторы, хотя и доверили летчикам управление космическим кораблем, на деле больше доверяли технике, автоматике. Именно на нее они делали ставку при разработке космического корабля, так как она позволяла осуществить двойное и даже тройное дублирование систем. К тому же, первые системы отрабатывались, как правило, сначала в автоматическом режиме, а уж потом разработчики начинали думать о ручном контуре управления. Уходить от удачно отработанной схемы трудно. Проще и основной режим стыковки доверить автоматике.

То, что космонавты при этом не получают достаточно прочных навыков по управлению космическим кораблем в реальных условиях, уже не является для конструкторов столь существенным фактором.

Отработка методики и схемы стыковки проходила сложно. Она началась еще во время группового полета космических кораблей «Восток-3» и «Восток-4», когда они сближались на расстояние до 5 километров и космонавты проводили первые попытки взаимного обнаружения космических кораблей, учились управлять ориентацией кораблей в пространстве.

Полеты автоматических космических кораблей «Полет» и пилотируемых кораблей «Восход» продолжили программу исследований. Космонавты уже не только разворачивали свой корабль вокруг трех осей ориентации, но и совершали небольшие маневры, изменяя высоту полета и плоскость орбиты. Автоматические корабли делали эти маневры еще больших пределах.

Перед новым космическим кораблем «Союз» стояли еще более сложные задачи. Ему предстояло стать настоящим транспортным кораблем, доставляющим на орбиту экипажи и самые разнообразные грузы. А какая же доставка может обойтись без стыковки на орбите с объектом назначения.

Весь опыт космических полетов говорит о том, что мы не привыкли идти вперед черепашьими шагами. В каждом космическом полете ставились принципиальные и важные задачи, значительно продвигавшие при удаче, науку вперед. И огромная роль в таком движении принадлежала С. П. Королеву.

Разработка «Союзов» началась при Королеве, но на самом важном этапе его подготовки к полету Сергей Павлович уже не мог присутствовать. Он умер за год до полета В. Комарова на первом космическом корабле «Союз». Этому полету предшествовали два беспилотных, но оказалось, что недоработки еще были и довольно большие.

По разработанной программе после выхода на орбиту космического корабля «Союз-1» с В. Комаровым должен был стартовать космический корабль «Союз-2» с экипажем: В. Шаталов, Е. Хрунов, А. Елисеев. После стыковки двух кораблей Хрунов и Елисеев должны были перейти в корабль Комарова и с ним же возвратиться на Землю. Но у космического корабля «Союз-1» не раскрылись солнечные панели, а энергетические возможности корабля в такой ситуации невелики. Корабль потерял ориентацию и вошел в режим постоянной закрутки. Ни о какой стыковке даже речи не могло быть. Старт второго корабля отменили.

Первый пилотируемый полет космического корабля «Союз-1» закончился трагически. Из-за нераскрытия основного парашюта по полной программе, возвращаемый аппарат на нерасчетной скорости врезался в землю. Космонавт В. Комаров погиб.

Сложившаяся ситуация заставила ученых и конструкторов пересмотреть дальнейшую программу пилотируемых космических полетов. Были пересмотрены и отработаны схема и методика предстоящих стыковок космических кораблей. Одновременно, было решено перед пилотируемым космическим полетом на стыковку осуществить две дополнительных автоматических стыковок.

По схеме, разработанной специалистами, активный управляемый корабль должен был совершать все маневры подхода и причаливания. Он же стартует первым.

После измерения орбитальных параметров, в момент прохода первого корабля над Байконуром, должен стартовать второй корабль, догоняя первый уже на первом витке. Момент сближения находился на внешней стороне орбиты, то есть вне видимости навигационных постов измерения, которые находились на территории СССР. Это было неудобно для всех. Зато уже в конце первого витка, когда корабли входили в зону видимости наших пунктов наблюдения, сразу становилось ясно – прошла стыковка или нет.

Первую стыковку осуществили беспилотные спутники Земли серии «Космос» под номерами 186 и 188. Они представляли собой точные копии кораблей «Союз» с системой автоматической стыковки 28 октября 1967 года. После трех часов нахождения в состыкованном положении и проверки всех систем корабли расстыковались, и возвратились на Землю.

Вторую автоматическую стыковку по такой же программе осуществили в апреле 1968 года корабли «Космос-212» и «Космос-213».

Четыре дополнительных полета космических кораблей с двумя стыковками было вполне достаточно для принятия решения на очередной космический полет. Программу полета на этот раз упростили. Космонавту Г. Береговому поставили лишь задачу состыковаться с беспилотным космическим кораблем.

Выбор космонавта был не случайным. После гибели В. Комарова требовалось преодолеть психологический барьер недоверия к технике, а для этого нужен был опытный летчик-испытатель. Более опытного испытателя, чем Г. Береговой в отряде не было. Участник Великой Отечественной войны, Герой Советского Союза, заслуженный летчик-испытатель. Он стартовал на космическом корабле «Союз-3» точно в момент прохождения над космодромом корабля «Союз-2», и догнал последний уже на первом витке. Расстояние между кораблями составляло всего несколько десятков метров.

Однако первые полеты космонавтов показали, что нельзя механически переносить законы работы автоматической аппаратуры на возможности и навыки человека. Оказалось, что опыт работы космонавтов по выполнению сложных психофизиологических и физических действий еще мал. Специалисты не обратили внимания на слова летавших космонавтов о том, что наиболее трудно работать именно в первые часы нахождения в невесомости. Именно в этот период у космонавтов теряется координация движений, существует даже какая-то заторможенность между желанием выполнить действие и самим действием. А счет во время сближения космических аппаратов идет на секунды и управляющие движения требуют ювелирной точности.

В результате Береговой не выполнил стыковку на первом витке из-за собственной ошибки, допущенной им в определении взаимного положения кораблей по крену так как:

–Отсутствовала адаптация к условиям невесомости в первые часы полета на участке причаливания и стыковки.

–Стыковка проводилась вне зоны видимости УКВ связи, что не позволило космонавту оперативно получить необходимые указания.

–Ручка управления оказалась скомпанованой неверно, что привело к случайному включению двигателей причаливания и ориентации, фиксации этой ручки в отклоненном положении. Это привело к перерасходу топлива и потере пассивного корабля в поле зрения активного.

–На тренажере стыковки во время подготовки не было возможности задавать рассогласование между осями кораблей более 30 градусов, а именно такие условия сложились на орбите из-за случайного включения двигателей. Космонавт не имел навыка работы в подобных условиях.

Таковы были выводы комиссии, а на деле это означало вот что.

В процессе сближения Береговой довел свой корабль до «Союза-2» на расстояние 40 метров, погасил скорость, и доложил при появлении связи, что стыковку выполнить не может, так как «Союз-2» развернут относительно «Союза-3» более допустимого и рассогласование увеличивается.

Анализ телеметрии на тот момент показал, что разворот объяснялся взаимным разворотом кораблей по крену. Соответствующими маневрами стыковку можно было бы осуществить, но космонавт по своей подготовке, без команд с Земли, такому маневру не был готов.

В режиме зависания, ожидая зону связи с Землей, и хорошо наблюдая «Союз-2», Береговой решил его сфотографировать. Во время извлечения фотоаппарата из места крепления и подготовке к съемкам, Береговой случайно отклонил ручку управления движением в одно из фиксированных положений. Он непроизвольно использовал ее как опору для удобства фотографирования. Включились двигатели. Но Береговой заметил это только через полторы минуты. Давление \количество топлива\ в системе наддува двигателей упало до 110 атмосфер. Стыковка оказалась невозможной, и Береговой дал отбой программам стыковки.

Когда корабль вошел в зону радиосвязи, его решение подтвердили специалисты.

Учитывая уже вторую подряд неудачу в стыковке при пилотируемых полетах и положительный опыт автоматических стыковок, было решено вернуться к испытанному методу. Были предложены и существенные изменения. Космонавт, стартовавший первым, до стыковки получал возможность более суток спокойно адаптироваться к условиям невесомости и его корабль на конечном участке сближения и стыковки должен был выполнять роль активного.

Космонавт, стартовавший вторым, через сутки после первого, тоже получал несколько часов на адаптацию к невесомости. Затем его корабль должен был совершить все предварительные маневры для корректировки орбиты и выхода в точку встречи. Тем самым экономилось топливо для активного космического корабля на конечном участке стыковки. Да и космонавты получали моральное удовлетворение при такой программе работы – оба в полной мере работали на стыковку.

После завершения стыковки предстояло осуществить давно уже запланированный переход космонавтов из второго корабля в первый.

Эта программа и была успешно выполнена в январе 1969 года.

Первым на космическом корабле «Союз-4» стартовал В. Шаталов. Ровно через сутки на орбите появился космический корабль «Союз-5» с экипажем: Б. Волынов, Е. Хрунов, А. Елисеев.

Утром 16 января 1969 года оба экипажа после здорового крепкого сна приступили к выполнению операции по стыковке.

Первым заметил корабль товарища Б. Волынов. Затем В. Шаталов нашел на бескрайнем небе точку, которая увеличивалась в размерах и быстро приближалась.

По программе Шаталов должен был пропустить мимо себя корабль «Союз-5», и только после его удаления на 4-5 километров включить систему поиска и начать сближение уже своим кораблем. Это было связано с тем, что первая встреча планировалась вне видимости пунктов слежения, а специалистам хотелось наблюдать и контролировать весь процесс стыковки по телевидению.

При первом сближении корабли подошли друг к другу на расстояние 40-50 метров. Как потом признался Шаталов, ему очень хотелось именно сейчас провести стыковку. Ведь корабли находились в отличном положении друг относительно друга. А спустя некоторое время ситуация могла кардинально измениться. Но он не поддался соблазну, и выполнил программу.

После расхождения и включении системы поиска на первом корабле, корабли вновь стали сближаться. Корабль «Союз-5» теперь уже выполнял роль пассивного, а маневры вплоть до касания отдавались кораблю «Союз-4». С 200 метров Шаталов перешел на ручное управление.

С расстояния 00 метров управляющие движения Шаталова стали чрезвычайно осторожными. Ведь малейшая неточность могла грозить непоправимыми последствиями.

По показаниям приборов все шло вроде бы нормально. Лишь появились небольшие боковые скорости, которые не выходили за пределы допустимого.

Шаталов погасил взаимную скорость сближения на расстоянии 50 метров до нуля, то есть осуществил зависание и предложил Волынову самому погасить боковые скорости, что тот быстро и четко выполнил. Ориентация кораблей сохранялась.

Вновь Шаталов направил свой корабль вперед, стараясь сохранять скорость сближения в пределах 0, 2-0, 3 метра в секунду. Корабли уже вошли в зону радиовидимости наземных пунктов слежения, и Шаталов уверенно завершил стыковку.

Опыт, полученный космонавтами в процессе этого полета, явился той основой, которая помогла и помогает космонавтам выполнять все последующие стыковки. Однако нужно сказать, что сама схема стыковки менялась. Это было связано с тем, что все последующие стыковки планировалось осуществлять с орбитальной пилотируемой станцией «Салют» или «Мир», а они выводились на орбиту всегда раньше транспортных кораблей, которые были активной стороной.

Время стыковок переносилось на вторые сутки, затем вернулись к сроку – ровно через сутки после старта.

В дальнейшем, когда появилась необходимость стыковки с неуправляемой станцией, вновь вернулись к двухсуточной схеме. Но причины были чисто баллистическими. Одних суток было мало для выполнения всех навигационных измерений и выполнения требуемых маневров космического корабля.

Кроме того, двухсуточная схема позволяла более экономно расходовать топливо для маневров на орбите.

В том же 1969 году один за одним стартовали сразу три космических корабля. Должны были состояться стыковки, расстыковки и взаимные перелеты. Все пошло вопреки планам – ни одна стыковка не была выполнена.

Прошло еще полтора года. На орбиту была выведена орбитальная станция «Салют», а в апреле 1971 года к ней снова отправили В. Шаталова, А. Елисеева и Н. Рукавишникова.

Автоматика подвела корабль на 180 метров к станции, и Шаталов перешел на ручное управление. Вероятно считая, что при столкновении с большой массой станции корабль может отбросить как мячик, Шаталов несколько увеличил скорость сближения, чтобы захват был более надежным. Но это «немного» оказалось настолько большим, что при касании металлическая штанга в руку толщиной согнулась. Естественно, при стягивании корабля и станции штанга не втянулась в отверстие. Более того, она расклинилась. Как говорится: «И ни туда и ни сюда».

Соединение корабля и станции в рабочем варианте оказалось невозможным. Последовала команда на спуск. Но не тут то было. Станция крепко удерживала штангу в своем приемном устройстве.

Пять с половиной часов экипаж и ЦУП применяли различные динамические операции для освобождения. Ведь если бы этого не произошло, то через несколько суток система жизнеобеспечения корабля исчерпала бы свои возможности и тогда произошла бы трагедия. Но на этот раз обошлось. Штанга вышла из приемного устройства, и экипаж благополучно возвратился на Землю.

В дальнейшем неудачных стыковок было достаточно много и причины их были разные. В некоторых случаях космонавтам даже не присваивали звания Героев Советского Союза. Но нужно сказать, что не было ни одной стыковки, которая проходила бы без напряжения, даже если все шло штатно и благополучно. Во многом это зависит от личности самого космонавта. Романенко, например, очень доверял технике и всегда стыковался в автоматическом режиме. Кизим же, наоборот, доверял только себе. Когда общепринятой стала полностью автоматизированная стыковка, а ручное управление шло как аварийное, он всегда находил причину, и брал управление стыковкой на себя. Победителей, как известно, не судят. Стыковался он всегда успешно.

Тенденция передачи процесса стыковки полностью в ведение автоматики получила свое развитие при разработке нового корабля «Союз-Т». Он имел в своем составе бортовую вычислительную машину нового поколения, которая позволяла значительно изменить процесс управления и стыковки. Можно даже сказать, что теперь в штатном \основном\ режиме стыковки космонавт уже вполне официально больше контролирует процесс стыковки, чем управляет этой системой сам. Хотя он и может в любую секунду, в случае возникновения аварийной ситуации, взять управление на себя.

В последнем случае вычислительной машине дается право «сообщать космонавту собственное мнение о процессе стыковки». Она информирует космонавта о состоянии систем и предлагает возможные решения по управлению процессом. Космонавт решает принимать ли данные рекомендации как руководство к действию или поступать по своему усмотрению в привычном ему алгоритме действий.

Такая ситуация практически сложилась уже в первом испытательном полете корабля «Союз-Т» с экипажем Ю. Малышев и В. Аксенов.

По программе испытательного полета экипаж должен был перейти на ручное управление стыковкой с расстояния 100 метров от станции. До этого момента управление должно было быть полностью автоматическим, а космонавтам вменялось в обязанность постоянно информировать Землю о процессе стыковки.

Однако за несколько сотен метров от станции Малышев обнаружил некоторое расхождение в данных параметров стыковки по дальности. Радиолокационный дальномер, сигналы которого были основными для бортовой ЭВМ, показывал одну величину, а расчеты командира на основе визуальных наблюдений с помощью оптического визира – иную.

Мнение командира совпало с мнением бортинженера и тогда они приняли решение взять управление процессом стыковки на себя. Решение оказалось верным. Через некоторое время и сама ЭВМ выдала информацию о том, что дальномер выдает параметры с ошибкой. Вот почему вопрос рационального соотношения техники и человека в системах управления космическими аппаратами был и пока остается очень сложным.

Если бы Малышев запоздал с принятием решения, то корабль мог далеко уйти от станции, и для нового подхода просто не хватило бы топлива.

Пожалуй, именно здесь стоит рассказать и о космонавте, 5 раз побывавшем в космосе, Владимире Джанибекове. В ЦПК его еще называют «Ас стыковки», «Космонавт для особых поручений». И тому есть основания. Все его полеты требовали собранности, мужества и величайшего мастерства.

Во время советско-французского полета в 1982 году в процессе сближения со станцией уже на расстоянии 2500-3000 метров у командира корабля появились сомнения в правильности работы автоматической системы стыковки. По инструкции Джанибеков должен был сообщить обстановку в ЦУП, дождаться разрешения, и перейти на ручное управление. На земле такая ситуация проигрывалась на тренировках и рядом всегда был инструктор. В данном случае корабль находился вне зоны связи.

По оценке Джанибекова, к тому времени когда должна была появиться связь, проанализирована ситуация и выданы были бы рекомендации, расхождение корабля и станции достигнут таких величин, что стыковка станет бесполезной. И он принял решение – немедленно идти на стыковку в ручном режиме.

Когда подошло время связи, он сразу доложил: «Стыковка с орбитальной станцией «Салют» завершена».

С такого расстояния ручная стыковка была выполнена впервые. Нужно понимать, что на орбите корабль не подходит к станции по прямой линии, как один автомобиль к другому на дороге. Импульс на разгон, который получает корабль, не означает только поступательное движение вперед. Одновременно поднимается и орбита корабля. Тормозящий импульс снижает орбиту. Космонавт должен так управлять кораблем, чтобы и приблизиться к станции и выйти на высоту ее орбиты. Так что кривая дальнего подлета получается очень сложной. Вот почему инструктор так характеризовал Джанибекова:

–Он представляет во время стыковки все обозримое и необозримое пространство, объемную картину происходящих процессов, а не только знает куда двинуть ручку – вниз, вверх, вправо или влево. Он МЫСЛИТ!

Как доказательство его виртуозности в управлении кораблем можно привести такой пример. Максимальная угловая скорость вращения по крену пассивного аппарата, при которой еще можно стыковаться, равна 0, 5 градусов в минуту. Но из отряда космонавтов добиваются умения стыковаться при таких скоростях только некоторые. Джанибеков может стыковаться при угловых скоростях вращения по крену до 1 градуса в минуту.

Вот почему, когда на станции «Салют-7» произошла крупная авария, спасение поручили именно ему. Бортинженера он выбрал себе сам. Это был В. Савиных.

1985 год. Станция «Салют-7» прекратила передачу на Землю информации о состоянии бортовых систем, не подчинялась командам управления с Земли. Сориентировать станцию в нужное положение для стыковки с очередным кораблем не представлялось возможным. Предполагалось, что станция находится в состоянии беспорядочного вращения с неопределенными скоростями.

И с такой станцией необходимо было попытаться состыковаться, восстановить ее работоспособность, чтобы другие экипажи могли продолжить на ней работу в штатном режиме.

Баллистики, рассчитав все возможные ситуации, обещали вывести корабль в район, довольно близкий к станции. Затем, как дальнее, так и ближнее наведение, должны были осуществлять сами космонавты.

Задачу свою баллистики выполнили блестяще. После двухсуточного сближения, что-тоже было новым в программе стыковок, космонавты увидели на экране станцию, а затем смогли увидеть ее и визуально. Дальше все зависело от космонавтов и реального положения станции.

Джанибеков вел корабль к станции осторожно, но уверенно. Савиных с помощью ручного лазерного дальномера через иллюминатор определял скорость и расстояние до станции. Джанибеков, прогнозируя взаимное движение и положение относительно друг друга корабля и станции, выдавал управляющие команды на работу двигателей. И снова шли замеры скорости и дальности. Снова ювелирные по точности и управляющему воздействию движения космонавта ручкой, и корабль медленно, но уверенно приближался к станции.

Несколько раз Джанибеков прекращал взаимное сближение, оценивая обстановку, и снова начинал сближение.

При подходе к станции выяснилось, что корабль подошел к станции со стороны агрегатного отсека, на который в будущем должны были стыковаться беспилотные корабли «Прогресс». Стыковаться с этой стороны было нежелательно. Да и обстановка складывалась неважная. Солнце било своими лучами прямо в глаза космонавтов, мешая четко и ясно ориентироваться в обстановке, искажая силуэты возможных ориентиров.

Джанибеков принял решение на облет станции. Он четко выполнил необходимый маневр и сходу, с первой попытки, состыковался со станцией со стороны переходного отсека. К счастью, угловые скорости вращения станции едва превышали 0, 5 градусов в минуту.

Опыт Джанибекова и Савиных стал значительным вкладом в разработку методов стыковки космических аппаратов на орбите. Особенно в вопросах стыковки с неориентированными объектами. А ведь именно такими объектами могут быть корабли, экипажам которых необходима срочная помощь. Сами они не смогут помочь возможным спасателям, а операцию спасения осуществлять все же надо.

Двухсуточный цикл сближения показал, что является более экономичным, сберегая для возможных маневров драгоценное топливо. Сближение по этой методике происходит медленнее, но двигатель включается реже и на более короткое время. В дальнейшем такой метод стыковки стал уже обычным, и при стыковке с новой станцией «Мир» все экипажи подходили к ней по новой схеме.

Продолжая разговор о стыковке, следует сказать и о перестыковке. Эта задача возникла после того, как в космосе стала работать станция «Мир» с шестью стыковочными узлами. Корабли могли стыковаться к любым узлам, а вот беспилотные с запасом дополнительного топлива для станции, только со стороны агрегатного отсека. Только там имелась возможность перекачки топлива. Если по программе ожидался беспилотный корабль, а пилотируемый в это время находился на стыковочном узле агрегатного отсека, то пилотируемому кораблю необходимо было перелететь на другой узел.

Перестыковка не очень сложная операция с технической стороны, но довольно трудная, по мнению психологов, по части эмоционального напряжения.

Космонавты в период полета на станции неизбежно теряли навыки по стыковке. Особенно при длительных полетах. Не исключалось, что у некоторых космонавтов в моменты перелета могла возникнуть мысль о желанном возвращении на Землю по причине возможного отказа техники. Но таких случаев не было.

Заканчивая разговор о стыковке, следует сказать, что динамические операции сближения и причаливания завершаются взаимным касанием двух космических аппаратов стыковочными узлами с последующим стягиванием. Не будем рассматривать все многообразие требований к стыковочным механизмам. Рассмотрим лишь сам механизм, обеспечивающий надежный контакт и взаимный полет двух космических аппаратов.

После длительного анализа конструкторы выбрали схему стыковочного узла, состоящую из приемного пассивного конуса и активного жесткого штыря \штанги\. При этой системе на активном космическом корабле, который совершает маневры для сближения со вторым кораблем, устанавливается штанга с утолщенной головкой и раскрывающимися лепестками на головке.

На пассивном корабле устанавливается приемный конус с приемным гнездом \отверстием\ в усеченной его части.

Приемный конус устанавливается на корабле жестко, а штанга может выдвигаться и втягиваться в свой корабль.

При взаимном сближении кораблей, штанга активного корабля выдвигается и входит в приемный конус пассивного корабля. Она скользит своей оконечностью по стенкам конуса и в конечном итоге попадает головкой штанги в приемное гнездо.

Головка фиксируется в приемном гнезде, лепестки раскрываются«как ерш» и обратно штанга без специальной команды выйти не может.

Активный корабль начинает втягивать в себя штангу. Корабли сближаются, и происходит стыковка по периметру приемного кольца. Соединяются гидро– и электроразъемы, обеспечивая совместную работу двух космических аппаратов.

После проверки герметичности образовавшегося стыка, приемный конус и штырь уходят внутрь своих кораблей. Образуется лаз, через который космонавты переходят из корабля в корабль или станцию.

Однако такая конструкция стыковочных узлов не позволяет оказывать помощь экипажам космических кораблей, имеющих одинаковые типы стыковочных узлов – пассивные или активные. Поэтому во время стыковки советского и американского космических кораблей в 1975 году были впервые использованы андрогинные периферийные стыковочные узлы.

Такой стыковочный узел, в зависимости от задачи, которая на него возлагается, может быть как активным, так и пассивным. Он имеет подвижное стыковочное кольцо с тремя выступающими лепестками, расположенными под углом 120 градусов друг к другу. В пассивном состоянии кольцо втянуто, в активном выдвинуто вперед на шести, шарнирно закрепленных, штангах. Они же являются и своеобразным демпфером взаимных колебаний кораблей после стыковки.

Активный корабль движется для стыковки так, чтобы лепестки его стыковочного устройства вошли в промежуток между лепестками пассивного стыковочного узла. Это как пальцы одной руки входят между пальцами другой, крепко сцепляясь. Лепестки имеют трапециевидную форму и при сближении гасят определенную неточность в ориентации кораблей по крену.

Имеющиеся неточности на момент касания в углах крена или курса гасятся кольцом при касании. Демпферы в точке касания сжимаются, подворачивая кольцо навстречу пассивному кольцу, и происходит быстрое совмещение одного кольца относительно другого. Допустимые углы рассогласования осей активного и пассивного кораблей при этом значительно больше, чем во время стыковки по узлам типа штырь-конус. После такого совмещения и касания пассивного и активного колец срабатывают замки и защелки, расположенные на кольцах, происходит взаимное выравнивание кораблей и гашение возникших колебаний. Активное кольцо притягивается к своему кораблю, совмещаются гидро– и электроразъемы.

Собственно процесс стыковки отрабатывается экипажем на специализированном тренажере стыковки, на контрольных приборах которого воспроизводится точный процесс сближения, причаливания и механической стыковки двух аппаратов. Этот тренажер состоит из макета космического корабля, на пультах которого космонавты видят параметры стыковки по дальности и скорости сближения, а также космический аппарат, с которым предстоит стыковка.

Вся динамика процесса стыковки отрабатывается специальной программой в вычислительном комплексе. Управляет тренировкой инструктор. Он же дает оценку действиям экипажа.

Чтобы научиться действовать безошибочно в любых условиях и вариантах стыковки, экипаж повторяет этот процесс в продолжение подготовки к полету сотни раз. Те, кто решился стартовать в космос, понимают, что работать им придется, используя только свои теоретические знания и навыки, приобретенные во время занятий и тренировок на Земле.

Правда, по принятой сейчас методике, в каждый экипаж назначается один из космонавтов, ранее уже побывавший в космосе. Он выполняет и роль своеобразного инструктора. Важен именно опыт космического полета.

Опыт многих экипажей не пропадает зря. Орбитальная станция «Мир» завершила свой полет, но появилась новая международная космическая станция. К ней пойдут экипажи различных стран.

НА ОРБИТЕ

Ко времени полета Ю. Гагарина еще не была до конца отработана терминология в науке о космических исследованиях. Вот почему Гагарин совершил полет на «корабле-спутнике». А не на космическом корабле. И он сам, по первому сообщению ТАСС, был «пилот-космонавт». Только в последующем ему присвоили звание «Летчик-космонавт СССР».

На шести кораблях серии «Восток» космонавты совершили полеты от исторических 108 минут Ю. Гагарина до 119 часов В. Быковского.

Ю. Гагарин и Г. Титов не покидали кресел и не выполняли динамических операций по управлению кораблем. Главной их задачей было доказать, что человек может совершать космические полеты и выполнять в космосе не только умственную, но и физическую работу.

А. Николаев и П. Попович в своем групповом полете, отделившись от кресла, совершали свободный полет по кабине спускаемого аппарата, проводили медицинские исследования и некоторые эксперименты по наблюдения за поведением предметов и живых существ в длительной невесомости.

На корабле «Восток-6» в космосе впервые побывала женщина – Валентина Терешкова.

Космический корабль «Восток» по принципиальному построению не отличался от «Востоков», но имел уже не один, а два парашюта для возвращения на Землю и вторую \резервную\ тормозную двигательную установку. Кресло космонавта стало не катапультируемым. Возвращаться теперь можно было только в спускаемом аппарате. Космонавтов в корабле помещалось трое, но без скафандров.

К люку корабля «Восход-6», через который совершали катапультирование первые космонавты, была пристыкована шлюзовая камера. Из нее и вышел в открытый космос А. Леонов. Командиром экипажа в этом полете был П. Беляев, который находился в корабле и четко руководил действиями своего товарища. Он был готов в любую секунду прийти на помощь коллеге, если бы в этом возникла необходимость.

Очередной космический корабль «Союз» был уже принципиально новой разработкой, в которой конструкторы учли все недостатки и преимущества предшествующих космических кораблей. Он состоял из трех отсеков: спускаемого аппарата, орбитального обитаемого отсека \бытовой отсек\ и приборно-агрегатного отсека.

В дальнейшем, сохраняя в неизменности корпус корабля, разработчики почти полностью заменили оборудование и бортовые системы. Существенно менялись при этом характеристики корабля. Он получал соответственно и новые названия: «Союз-Т», «Союз-ТМ», «Союз-ТМА».

Масса заправленного и укомплектованного корабля, в зависимости от решаемых задач, составляла от 6.38 до 685 тонн. Экипаж составлял 2-3 человека. Длина корабля 6, 98 – 7, 13 метра. Максимальный диаметр 2, 72 метра. Размах панелей солнечных батарей 8, 37 и до 10, 6 метра. Свободный объем для экипажа 6, 5 кубических метров.

На первых кораблях экипаж из трех человек мог уходить в космос только без скафандров. Сейчас уже трое в скафандрах спокойно размещаются в возвращаемом аппарате.

Возвращаемый \спускаемый\ аппарат имел в отличие от «Востоков» каплевидную форму. Свободный объем для экипажа составлял 2, 5 кубометра.

Корпус аппарата выполнялся из алюминиевого сплава и имел значительную защиту. Основной теплозащитный экран на участке парашютирования, после выполнения своей задачи, отстреливался. В верхней части корпуса имелся люк диаметром0, 8 метра для сообщения с орбитальным отсеком. Через этот же люк экипаж покидает спускаемый аппарат после приземления. Имеются три иллюминатора – два боковых свободных и один в центре для визира ориентатора. В корпусе размещены два контейнера – основного и запасного парашютов.

В орбитальном обитаемом отсеке \БО\ экипаж во время автономных полетов спал, обедал, проводил практически все научные исследования. В верхней части БО конструктивно размещен стыковочный узел.

Приборно-агрегатный отсек \ПАО\ предназначен ля размещения аппаратуры и оборудования большинства систем корабля.

Бытовой и приборно-агрегатный отсеки не имеют тепловой защиты и после разделения со спускаемым аппаратом сгорают в плотных слоях атмосферы.

В состав космического корабля входят:

–система ориентации и управления движением при полете на орбите и в процессе спуска,

–система двигателей причаливания на завершающем этапе стыковки и ориентации,

–сближающе-корректирующая двигательная установка,

–система электропитания,

–система стыковки,

–радио и телевизионные системы,

–система жизнеобеспечения,

–система управления бортовым комплексом с различных пультов космонавта и другие.

Корабль «Союз» мог находиться в автономном полете с экипажем до трех недель, но основное его назначение – доставка экипажей и грузов на орбитальную станцию.

При автономных полетах корабль в обязательном порядке имел солнечные батареи для подзарядки аккумуляторных батарей. При выполнении транспортных операций наличие солнечных батарей определялось конструкцией орбитальной станции.

На базе корабля «Союз» специально для доставки грузов был разработан автоматически управляемый с Земли, корабль «Прогресс». В нем нет ничего, что должно обеспечивать жизнедеятельность человека на орбите, а все свободное пространство заполняется продуктами, водой, топливом, новыми научными приборами и аппаратурой. «Прогресс не имеет теплозащиты. Экипаж, разгрузив корабль, заполняет освободившееся пространство ставшим ненужным оборудованием и отходами жизнедеятельности экипажа. Отделившись от станции, корабль направляется в плотные слои атмосферы и сгорает.

Начиная с 1971 года, развитие пилотируемой космонавтики в СССР и сейчас в России полностью связано с работой космонавтов на орбитальных станциях. Освоение работы на этих станциях в реальных космических условиях шло трудно.

Первый экипаж со станцией состыковался, но войти не сумел.

Второй экипаж в составе: Г. Добровольский, В. Волков, В. Пацаев отработал на станции 22 суток, но погиб при возвращении.

На следующей станции «Салют-2» экипажи вообще не работали, так как сразу же после выведения была обнаружена ее разгерметизация. Это заставило Главного конструктора Челомея и ученых с особой тщательностью осуществлять подготовку и запуск своей очередной станции «Салют-3».

3 июля 1974 года к станции отправился экипаж в составе П. Попович и Ю. Артюхин. Работать на станции им пришлось практически с новыми компановками приборов и оборудования. Рациональнее чем прежде были использованы внутренние помещения, улучшена система энергопитания, значительно больше внимания уделялось физической подготовке космонавтов на орбите. Кроме того, на станции впервые опробовалась система точной ориентации панелей солнечных батарей. Они поворачивались относительно корпуса станции и устанавливались под оптимальным углом к Солнцу, что обеспечивало получение максимальной электроэнергии. Особо следует отметить тот факт, что перед возвращением космонавтов, на Землю ими был отправлен специальный возвращаемый аппарат с результатами научных исследований экипажа.

Следующая станция «Салют-4» была разработана уже научно-производственным объединением «Энергия» и на ней отработали два экипажа по 30 и 63 суток, доказав возможность длительной работы человека на орбите.

На этой станции были ведены значительные технические новшества, облегчавшие работу и жизнь космонавтов на орбите. Среди них можно назвать систему «Дельта», которая управляла полетом стации в автоматическом режиме. Вместо двух пар панелей солнечных батарей на станции было три панели на ее центральном корпусе, каждая из которых ориентировалась на Солнце. В конструкции станции были предусмотрены и специальные шлюзы для удаления в открытый космос контейнеров с отходами жизнедеятельности космонавтов. Впервые к станции, после ухода экипажа, пристыковали и беспилотный корабль «Союз-20», на котором отрабатывались многие системы беспилотного корабля «Прогресс».

Однако, как и первый «Салют» станция имела один стыковочный узел и ограниченный запас топлива, а орбита ее постоянно снижалась. Это не позволило работать на ней другим экипажам.

На станции Челомея «Салют-5» вновь могли отработать только два экипажа. Они выполнили на станции абсолютно новую программу научных исследований и испытали новую электромеханическую систему стабилизации с помощью гиродинов, которая затем нашла свое воплощение только через 10 лет, при работе связки космической станции «Мир» с модулем «Квант». Больше Челомей орбитальных станций не запускал.

Все эти полеты по существу явились предварительной проверкой решений, которые потом в полной мере были воплощены в станциях «Салют-6», «Салют-7», «Мир» и даже ныне летающей международной станции «МКС». На этих станциях «Салют» было уже два стыковочных узла, что позволяло при работе на станции основного экипажа принимать на второй стыковочный узел экипажи с экспедициями посещения и беспилотные корабли «Прогресс» с грузами.

На станции «Салют-6» побывало уже 16 экипажей. Были выполнены 31 стыковка. Достигнута продолжительность полета экипажа 185 суток: Л. Попов и В. Рюмин.

На станции «Салют-7» Кизим, Соловьев и Атьков уже отработали за один полет 237 суток.

На станции «Мир» Ю. Романенко отработал 326 суток, а экипаж В. Титов и М. Манаров летали в течение целого года.

Огромен объем научных исследований, выполненных экипажами, но и много трудностей им пришлось преодолеть, обеспечивая столь успешное выполнение научной программы космических полетов.

Космонавты получили возможность изменять высоту орбиты уже не только за счет двигателей «Прогресса», но и собственными двигателями станции. Впервые была осуществлена дозаправка топливом.

Впервые космонавты помылись в космическом душе. И, хот разрешенный запас воды на одну помывку был строго ограничен, да и сама процедура предусматривалась раз в месяц, все же она значительно облегчила работу космонавтов на станции.

Значительному снижению психологической нагрузки на экипажи способствовало и появление двухсторонней телевизионной связи борт – Земля. Космонавты теперь могли видеть членов своих семей во время сеансов связи, разговаривать с ними, встречаться с любимыми артистами.

Пора, наверное, рассказать и об основных принципах конструкции орбитальных станций и модулей.

Все они имели одну и ту же конструкцию корпуса, который состоял из последовательно соединенных переходного отсека, рабочего отсека и агрегатного отсека.

Первый стыковочный узел располагался на переходном отсеке, второй – на агрегатном. В местах соединения отсеки имели герметичные люки, а через люки стыковочных узлов осуществлялся проход в транспортный корабль.

Переходный отсек станции «Салют-6» имел дополнительный люк для выхода в открытый космос. Именно этим люком воспользовались В. Ляхов и В. Рюмин во время своего аварийного выхода для отделения антенны радиотелескопа от агрегатного отсека станции. Имея многометровые габариты, антенна закрывала доступ кораблям к стыковочному узлу со стороны агрегатного отсека, что практически на 50% сокращало программу будущих исследований на станции. Операция была успешно завершена, а станция продолжила нормальную работу на длительное время.

Все изменения на станциях касались практически лишь внутренней компановки станции на принципах микроминиатюризации и более рациональному расположению оборудования и аппаратуры.

Общий вес станции 18, 9 тонны. Доставленное на борт станции научное оборудование достигало в весе 2, 5 тонн. Наибольший объем станции 82, 5 кубометра, из которых свободный объем для экипажа составлял 47 кубометров. Наименьший диаметр у переходного отсека 2 метра. Общая длина 15 метров. Площадь панелей трех солнечных батарей составляла 60квдратных метра, с размахом 16, 5 метров. В дальнейшем все солнечные батареи станции «Салют-7» наращивались во время выходов космонавтов в открытый космос, что значительно повысило энерговооруженность станции и позволило проводить более энергоемкие эксперименты.

Станция «Мир» сохранила от своей предшественницы лишь габаритные размеры рабочего и агрегатного отсеков.

Переходный отсек стал шарообразным и имел в своем составе вместо одного 5 стыковочных узлов – один по центральной оси станции и остальные перпендикулярно к ней и разнесены друг от друга на 90 градусов. К каждому стыковочному узлу может быть пристыкован специальный модуль, по размерам соизмеримый со станцией.

Каждый модуль имеет свое назначение – для медицинских исследований, для технологических экспериментов и так далее.

Нужно сказать, что сложности динамики не позволяют осуществить стыковку с другим аппаратом сразу со стороны боковых узлов. Поэтому модули стыкуются сначала с основным узлом, а затем мощным манипулятором переставляются на их основное место.

Главная особенность работы космонавтов на орбите связана с невесомостью. Она характеризует такое состояние человека, при котором у него возникает эффект потери веса. Она является одним из наиболее важных факторов, влияющих на возможность плодотворной деятельности человека в космическом пространстве.

Наиболее сильная реакция человеческого организма на невесомость проявляется в начальный острый период адаптации к длительной невесомости. Его продолжительность в зависимости от индивидуальных особенностей организма космонавта колеблется в пределах от одного дня до семи и более суток.

Вес человека определяется силой земного притяжения и центробежной силой от вращения человека вместе с поверхностью Земли вокруг ее собственной оси.

Так как сила притяжения Земли обратно пропорциональна квадрату расстояния от центра Земли до ее поверхности, то в районе полюсов она выражена сильнее. Известно ведь, что Земля сплюснута у полюсов и человек, находящийся на полюсе, располагается ближе к центру Земли, чем тот, кто находится у экватора.

В то же время центробежная сила, направление которой противоположно силе земного притяжения, оказывается у экватора значительно больше по величине, чем вес того же тела на полюсе. Разница приблизительно в 5%. Поэтому и космодромы стараются по возможности располагать поближе к экватору, так как требуется меньшее тяговое усилие ракет при том же полезном грузе.

Полный эффект невесомости можно получить, если поместить человека на расстояние 37000 километров над поверхностью Земли. Или в поезде, движущемуся со скоростью 8000 километров в час по экватору, или спуститься в колодец глубиной 6370 метров.

Реально невесомость наступает в космическом корабле сразу после прекращения работы двигателей при переходе к орбитальному полету. И сразу же для всех органов человека наступает период, характеризующийся чрезвычайно необычными условиями функционирования.

Ориентировка человека в пространстве обеспечивается благодаря деятельности вестибулярного аппарата, зрительного и слухового восприятия, а также информации, поступающих от чувствительных нервных окончаний кожи, сухожилий и мышц.

Вестибулярный аппарат расположен во внутреннем ухе и представляет собой отолитов прибор. Дно небольшой полости покрыто нервными чувствительными клетками, снабженными волосками, на которых как бы лежат в студенистой жидкости небольшие кристаллики солей кальция, называемых отолитами. Изменение положения головы приводит к изменению положения отолитов, и к изменению давления на нервные клетки, вызывая их возбуждение. Далее информация поступает в центральную нервную систему человека.