100 рассказов о стыковке - Владимир Сыромятников

Работ в ОКБ-1 по электромеханике прибывало, число конструкторов увеличивалось, моя группа превращалась в более крупное подразделение — конструкторский сектор. Калашников уже ревновал меня к первым успехам и был недоволен, как ему казалось, слишком большой самостоятельностью.

К весне 1964 года мы завершили выпуск технической документации, и АОМЗ начал изготавливать детали и узлы стыковочного механизма. Одновременно по нашему техническому заданию азовчане приступили к проектированию испытательного оборудования. Сначала дело двигалось довольно медленно, и руководство организовало выездную сессию с целью разобраться на месте и принять меры по форсированию работ. Приезд руководителей, включая министерских чиновников, ускорил дела в Азове, но замедлил организацию конструкторского сектора: Калашникову не понравилось мое не очень почтительное отношение к представителю министерства, поэтому он задержал приказ о моем назначении; его подписали только в конце года.

Осенью первый стыковочный механизм был готов, и испытательная бригада выехала в Азов, чтобы начать испытания. Помню, с каким нетерпением я ждал встречи со своим первенцем, ведь в него было вложено столько выдумки, находчивости и труда. Как будет он выполнять все предусмотренные функции, будет ли вообще работать оригинальный, не имевший аналогов электромеханический амортизатор?

Стоял теплый южный октябрь. Я со своими верными соратниками — О. М. Розенбергом, А. Ф. Мишиным и Е. Г. Бобровым — провел две очень нелегкие, но плодотворные и приятные недели. Мы были молодыми, и нас интересовало все. Испытания подтвердили правильность как общей концепции, так и отдельных узлов. И все же это была первая «проба пера», первый наш стыковочный механизм, поэтому замечаний набралось довольно много. Мы уехали в Москву с объемистым протоколом, который содержал длинный перечень изменений, подлежавших введению. Тот первый стыковочный механизм, доработанный по нашим замечаниям, в начале 1965 года тоже прислали в Москву для его первой примерки на «Союзе» и на экспериментальных макетах корабля.

Начинался новый этап.

В течение почти двух лет, в 1964—1965 годы, пока продолжались разногласия в высшем и высоком руководстве, специалисты продолжали напряженно работать над новыми системами корабля «Союз», стараясь не потерять время. В частности, за это время в ОКБ-1 завершили проектирование, изготовление и монтаж полномасштабного динамического стенда для отработки стыковки кораблей «Союз».

Система сближения управляет относительным движением космических кораблей так, чтобы они, сходясь, поддерживали соосное положение стыковочных агрегатов с нужной скоростью. В силу целого ряда причин случайного характера возникают отклонения: боковые смещения и угловые перекосы. Эти параметры, а также все шесть компонентов относительной скорости в момент первого механического касания называются начальными условиями стыковки. Они являются одними из важнейших при проектировании стыковочного устройства.

Конфигурация и размеры приемного конуса и стыковочного механизма выбираются так, чтобы во всем ожидаемом диапазоне начальных условий происходила сцепка: совершив несколько колебаний один относительно другого, корабли успокаиваются. Почти так же, как аэродинамические формы самолетов, форма приемного конуса и устремленный внутрь него штырь стыковочного механизма определяют динамический переходный процесс на границе двух фаз полета: раздельного, механически несвязанного движения и стыковки от первого контакта до полностью состыкованного состояния. При проектировании анализируется кинематика движения штыря в приемном конусе, затем выполняется динамический расчет амортизаторов и математическое моделирование процесса стыковки в целом. Все это завершает экспериментальная динамическая проверка стыковочного механизма. Основная трудность заключается в том, как на Земле воспроизвести движение массивных, крупногабаритных кораблей в космосе, в невесомости. Немало ученых и инженеров поломали голову над решением этой проблемы, создавая динамические стенды, основанные на разных принципах.

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.

Номинально идеологом стыковки был отдел П. П. Ермолаева, сотрудники которого внесли большой вклад в решение задачи разделения ступеней «семерки» и других ракет. Кроме того, его специалисты занимались проблемами, связанными с отделением других частей ракет и космических аппаратов, всего, что отбрасывалось в полете, начиная с головного обтекателя, защищающего космические аппараты от аэродинамического потока в атмосфере, и кончая разделением отсеков корабля перед входом в атмосферу для приземления. У Ермолаева этими работами руководили А. Никифоров и Э. Беликов; в те годы они отвечали также за технические требования к системе стыковки и за комплексный стенд, за ЭУ — экспериментальную установку, за отработку стыковки в целом. Сотрудникам Ермолаева приходилось решать множество разнообразных и сложных инженерных проблем, используя различные аналитические и экспериментальные методы, для того чтобы важные операции выполнялись правильно и надежно. Это не мешало Вильницкому в нашей конкурентной борьбе с ними в области стыковки называть их «отделом отбросов»: они «разбрасывали» ракету по частям, мы собирали корабли вместе. Можно сказать, было время разбрасывать камни, приближалось время собирать их.