100 рассказов о стыковке. Часть 1
Шрифт:
Практичные американцы выбрали очевидную концепцию: кольцо с направляющими установили на шести независимых штангах–амортизаторах. Их механизм отличался простыми конструкторскими решениями, в этом было его достоинство. Однако простота не всегда приводит к хорошему результату, к эффективности.
Надо признать, что, применив дифференциальные связи между штангами, на которых установили корону нашего АПАСа, я выбрал сложный, даже опасный путь. Уникальная концепция, замысловатая кинематическая схема, еще не проверенная на практике, с трудом поддавалась анализу. Некоторые вообще сомневались в том, что предложенный механизм работоспособен. Руководители, включая технического директора Бушуева, до сих пор мне доверяли. Но я хорошо понимал, что, прежде чем приступить к окончательной, детальной разработке, необходима экспериментальная проверка. Только эксперимент
В дифференциальную схему поначалу не поверили и некоторые мои соратники. Уникальный конструктор Н. Уткин, о котором я уже много рассказывал, прохладно принял новый механизм. Это было неудивительно: в 80–е годы, когда за новую кинематику взялись настоящие ученые по теории машин и механизмов (ТММ), эта схема даже не вписалась в их классическую классификацию.
Пора рассказать о том, как возникла начальная идея применить дифференциальную схему. Когда мы создавали лунное посадочное устройство для программы ЛЗ, наряду с основным, более очевидным вариантом, проектанты предложили дифференциальную четырехногую механическую систему. С помощью замкнутой тросовой петли связали все четыре ноги. Это повысило эффективность механизма, когда одна нога касалась неровной поверхности (как предполагалось — Луны), другие опоры начинали выдвигаться по очереди до тех пор, пока все они не упирались в грунт; только после этого начиналось торможение, амортизация. Концепция, предложенная группой инженеров во главе с талантливым проектантом А. Саркисьяном, имела целый ряд привлекательных качеств. Одно из них заключалось в том, что лунная кабина почти не наклонялась при прилунении на неровный грунт.
Тогда дифференциальную схему для посадки на Луну зарубили слишком осторожные, консервативные начальники, которые в те годы тоже подчинялись Бушуеву. Однако на этот раз получилось по–другому.
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
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.
Не помню, чтобы в 1972 году кто?то из руководства открыто выражал сомнения в правильности выбранного решения. Только много лет спустя Черток, заместитель главного конструктора, рассказал мне о том, как Калашников, руководитель нашего комплекса, предупреждал при нем Вильницкого: «Смотри, Лев, подведет тебя Сыромятников, молодой он еще». Черток успокаивал: «Молодость — это недостаток, который быстро проходит, зато придает силы и смелость».
В июле 1972 года, в Хьюстоне академик Петров, добрый, на вид мягкий человек, в плавательном бассейне (наверно, чтобы не подслушали американцы) с каменным лицом сказал нам с Бобровым: «Вы за ваш АПАС отвечаете головой, ваша судьба в ваших руках». Мы это понимали.
Оглядываясь назад, должен отметить: нет, я не боялся, хотя понимал опасность. Проект уже вовсю катился вперед, другой концепции мы не разрабатывали, запасного варианта не существовало. Положение, действительно, сложилось очень серьезное: если бы идея оказалась порочной, вся концепция могла рухнуть. Моя профессиональная карьера на этом, возможно, закончилась бы, ведь речь шла о первом международном проекте космического масштаба. Престиж страны, всей советской космической техники был поставлен на карту. Нет, мне бы наверняка несдобровать.
Эти политические соображения не прибавляли оптимизма, необходимо было срочно проверить идею.
Сначала я попытался организовать практическую проверку новой кинематики параллельно с основной деятельностью по ходу проекта. Для этого нужно было создать действующую модель. Сделать это было трудно, так как требовались большие материальные затраты, связанные с ее изготовлением. Следовало найти повод, чтобы включить моделирование в основное русло международной деятельности. Идеальным выходом мог бы быть дополнительный модельный этап совместных работ, если бы американцы согласились в нем участвовать. К счастью, удалось подыскать хороший повод: весь метод, с помощью которого решили обеспечивать совместимость, также был новым, беспрецедентным. Его тоже следовало бы предварительно проверить практически, сначала на моделях.
Такова предыстория всей дальнейшей модельной деятельности.
В сентябре мне удалось уговорить нашего технического директора Бушуева, а уже в октябре, на встрече в Москве, я убедил своего коллегу Д. Уэйда в необходимости промежуточного экспериментального шага. Моей радости не было предела, когда после некоторых дебатов и консультаций Г. Ланни согласился с предложением, хотя и без энтузиазма. Как раз на этой встрече принимали план совместной разработки и испытаний стыковочного устройства. В нем предусмотрели дополнительный этап: обе стороны должны построить масштабные модели своих АПАСов и провести совместные испытания.