100 рассказов о стыковке. Часть 1

Сыромятников Владимир Сергеевич

И все?таки главным, что связало меня с задачами теоретической механики, оказалась работа над анализом, синтезом и испытаниями различных механизмов, от сравнительно простых приводов и рулевых машин до целых механических систем. Когда мы приступили к проектированию стыковочного механизма, задача движения и взаимодействия двух твердых тел стала моей первой полномасштабной теоретической разработкой. Для космической стыковки требовалось создать многостепенную амортизационную систему, которая должна гасить энергию, амортизировать столкновение двух многотонных космических аппаратов, двух тяжелых свободных тел. Без математической модели, без системы дифференциальных уравнений здесь не обойтись.

Стыковка начинается

с удара одного космического аппарата о другой. Сравнительно короткая фаза стыковки от первого соударения до соединения кораблей связана с динамикой и требует специального анализа. Однако подробная модель динамики стыковки настолько сложна, что разобраться в отдельных деталях оказывается трудно. С полным правом можно сказать, что «за деревьями леса не видно». С другой стороны, нам, конструкторам стыковочного механизма, требовались для расчета более простые и наглядные методы. Если ты не способен разобраться в своем деле, тебя не только перестанут уважать другие, ты потеряешь уважение к себе. Такие соображения заставили меня искать более простые решения.

Теория удара — один из разделов теоретической механики, который начинается с удара материальной точки. Стыковка — это удар двух свободных твердых тел. Поэтому теория, математическая модель движения и взаимодействия при стыковке существенно сложнее. Мне удалось где?то откопать работу известного российского механика и основоположника современной аэродинамики Н. Е. Жуковского, посвященную удару двух абсолютно твердых тел. Его основная идея заключалась в том, чтобы произвольный удар двух тел свести к удару двух материальных точек. Масса этих точек определялась их моментами инерции и геометрическими характеристиками. Таким образом, сложная исходная модель со многими степенями свободы сводилась к существенно более простой приведенной модели.

В классической механике удар определяется как явление, в котором время взаимодействия пренебрежимо мало, а скорости изменяются мгновенно. При стыковке такое предположение очень условно. Более реально рассматривать процесс, когда время взаимодействия конечно. Тем не менее идея Жуковского подтолкнула меня к разработке методов расчленения задачи на более простые составные части, позволившие рассчитывать пространственные амортизационные системы почти как простые, одностепенные амортизаторы.

После некоторых размышлений и прикидок оказалось, что идею Жуковского можно использовать для создания подобной, но более детальной модели, причем она не только получилась изящной, но и гораздо точнее описывала реальный процесс — стыковку. В целом вместо громоздкой системы дифференциальных уравнений задача сводилась к более простым уравнениям деформации амортизаторов, в простейшем случае — к одному уравнению. Для расчета важнейших параметров стыковочного механизма оказывалось достаточным использовать алгебраические уравнения.

Прежде всего, благодаря сравнительной простоте и наглядности новая математическая модель динамики стыковки оказалась действительно эффективной для проектирования амортизаторов стыковочных механизмов. Это было как раз то, что нам, конструкторам, требовалось для расчетов, но не только.

Дополнительно новая математическая модель подсказывала концепцию стендов для испытания амортизаторов стыковочных механизмов. Стенд, рассчитанный по новой теории и построенный на азовском заводе, содержал материальную тачку, масса которой равнялась массе материальной точки в эквивалентной модели. Эта тачка разгонялась по рельсам и ударялась в амортизатор со скоростью, близкой к скорости стыковки кораблей в космосе. Более сложный стенд, позднее спроектированный и построенный в Казани, имел тачку уже с двумя степенями свободы: дополнительный качающийся груз упрощенно воспроизводил угловое движение кораблей при стыковке. Все параметры стенда определялись по той же теории приведения исходной,

полной модели к упрощенной, эквивалентной. Так, опираясь на идею классика, удалось разработать модель, имевшую общетеоретическое и прикладное значение. Как упоминалось, при модификации стыковочного механизма для лунной программы Л1, который изготавливался на казанском ОМЗ, его амортизаторы тоже рассчитывались по новой теории. Забегая вперед, скажу, что в 70–е годы мне удалось развить эту теорию и сделать модель более универсальной, распространив ее на пространственное движение.

Где динамика — там наука, дифференциальные уравнения, результаты в виде замысловатых графиков и загадочных кривых. «Чтобы тебя уважали, нужно, чтобы тебя немного не понимали», — сказал один ученый мудрец. Это всегда привлекало и будет привлекать. Таков один из стимулов науки, который притягивал и будет притягивать способных и честолюбивых молодых людей.

Хорошо, когда все эти внешние факторы сочетаются с потребностями практики. Говорят, что отрицательный результат иногда может стать научным достижением. Если это и так, то очень редко. В инженерном деле — тем более, нужен только положительный результат, позитивный вклад в создание конструкции и в отработку операций, такой, чтобы машина летала, маневрировала, стыковалась.

В этом смысле мне повезло: разработанная теория и практика конструирования составили единое целое. Безусловно, я был, прежде всего, доволен тем, что при помощи новых математических методов удалось заложить теоретические основы для решения целого ряда насущных практических проблем. Все, что требовалось для полноценной диссертации, сложилось. В итоге получилась настоящая прикладная научная работа со всеми ее необходимыми атрибутами: актуальностью задачи, поставленной практикой, многогранной новизной, оригинальной методикой теоретического и экспериментального анализа, теоретическими результатами, подтвержденными экспериментом, ценностью полученных результатов как для теории, так и для практики, в том числе для будущих разработок, для полета и стыковки в космосе.

В ОКБ-1 и у наших смежников было немало хороших примеров, ведь, как говорилось в начале рассказа, советская РКТ развивалась бурно вместе с прикладной наукой, и во многом благодаря последней, которая освещала дорогу практике «в потемках» неизведанного. Настоящим примером стал Е. Токарь, его основная тема — космическая гироскопия — была очень научной, и он рано стал кандидатом, а на защите его докторской диссертации мне удалось побывать, несмотря на барьеры секретности. В тот период наш продвинутый коллега уверенно шел от победы к победе, как в теории, так и на практике. Однако далеко не у всех хватало нужных качеств, прежде всего, упорства и, наверно, честолюбия. Были и такие, у которых действительно не было времени; это относилось, прежде всего, к самому Королеву.

Был ли Королев настоящим ученым? Я уже задавал этот риторический вопрос в связи с тем, что некоторые авторитеты отвечали на него отрицательно.

Многогранной деятельности нашего Главного конструктора были свойственны все признаки научного подхода настоящего ученого, который сосредоточивал все свои усилия на достижении поставленных целей кратчайшим путем. С другой стороны, он не мог и не давал себе возможности распылять силы, отвлекаться на второстепенное, на то, что могли выполнить другие. Что касается признаков научного подхода, они прослеживаются во всех его многочисленных проектах, от начальных до самых зрелых, на всех этапах их осуществления, от начала и до конца. После войны эта линия начиналась с первых модификаций немецкой ракеты Фау-2, а позднее прослеживалась и в космических проектах. Характерным и существенным являлось то, что все основные проекты были взаимно увязаны, последующие разработки становились продолжением предыдущих. В результате такого, по–настоящему научного, подхода рационально и в очень короткие сроки были получены принципиально новые выдающиеся результаты, присущие только уникальным достижениям.