О космолетах
Шрифт:
Метод этот казался чуть ли не идеальным, если бы не одно важное условие: необходимые вычисления в ходе сближения очень сложны, и без ЭВМ на борту их провести практически невозможно. Но в те годы малогабаритной легкой и надежной ЭВМ еще не было. Пришлось применить другой метод — «параллельного сближения», известный из теории зенитных управляемых ракет.
Суть метода в том, что двигатель «активного» объекта при своих включениях гасит, сводит к нулю угловую скорость «линии визирования», связывающую два объекта. Замерить составляющие относительной скорости (одна перепендикулярна «линии визирования», другая — вдоль нее), как и расстояние между объектами, сравнительно нетрудно с помощью радиолокатора.
Метод «параллельного сближения» решено было применить, начиная с расстояния между кораблями около 20 километров, а до этого осуществлять сближение на основе наземных радиоизмерений. Прежде всего предстояло создать устройство, которое бы замеряло все нужные параметры: угловую скорость линии визирования, дальность и радиальную скорость, а также выдавало сигналы на взаимную ориентацию сближающихся объектов. Причем сразу было решено автоматизировать весь процесс сближения и стыковки и в то же время предусмотреть возможность ручного управления на расстоянии менее 200–300 метров.
Далее предстояло решить задачу причаливания а создать стыковочный узел. И здесь было много вариантов, вплоть до самых фантастических. Специалисты по системам управления во главе с Виктором Павловичем Легостаевым предложили, например, установить на одном из кораблей («пассивном») большую петлю, а на другом крючок, который бы цеплял за петлю и подтягивал корабль. Точность сближения действительно требовалась при этом небольшая (и это нравилось самим управленцам), но проектанты это посчитали не просто технически неубедительным, но даже несерьезным.
Однако легостаевцы настаивали на своей идее. Обсуждалась она едва ли не на каждом совещании по проблеме стыковки. Проектанты же называли эту петлю «удавкой» и доказывали, что захват и стягивание таким способом очень сложная конструкторская задача. Нужно придумать механизм раскрытия петли, создать специальные лебедки для стягивания объектов и в конце концов все равно сделать стыковочный узел для обеспечения жесткого контакта. К тому же реализация этой идеи непроста с точки зрения динамики: нужно демпфирование объектов после сцепления тросом и стабилизация их вокруг него.
Значительно проще и надежнее, считали проектанты, осуществить сближение объектов до контакта, а затем жесткую стыковку. Необходимой точности сближения вполне можно было достигнуть. Споры между проектантами и управленцами по этому поводу шли долго и иногда были очень острыми.
Еще в 1961 году проектантами прорабатывался узел жесткой стыковки по схеме «штырь — конус» с винтовой системой стяжки. Конкретный вариант конструкции позже предложил ветеран КБ Александр Михайлович Коновалов. Это был очень изобретательный человек, не имевший, кстати, даже инженерного диплома. После того как эту схему исследовали специалисты по механизмам, к ее окончательной разработке приступила группа конструкторов во главе с В. С. Сыромятниковым.
Намного труднее на этот раз было с весами, хотя теперь проектанты исходили из существенно большей грузоподъемности ракеты-носителя — 6,5 тонны вместо 4,5 (была создана более мощная третья ступень). Ведь решено было создать принципиально новый корабль, на котором можно было бы не только осуществлять сближение и стыковку, но летать двум-трем космонавтам в течение нескольких недель (если помните, предел «Востока» был 10 дней), а в условиях совместной работы со станцией (подразумевалось, что на базе этого корабля позже будет создано транспортное средство для обслуживания долговременных орбитальных станций) до нескольких месяцев.
Существенно должны были быть лучше условия жизни и работы экипажа, значительно больше возможности
Задача на проектирование будущего «Союза» была поставлена в самых общих чертах Королевым и Бушуевым, а в деталях прорабатывалась проектантами при постоянном контроле и уточнениях со стороны руководства. Важнейшей задачей было создание и отработка средств измерения параметров движения двух космических аппаратов относительно друг друга, управления процессом сближения и причаливания, механической и электрической стыковки двух кораблей, создание маршевых и координатных двигателей, обеспечивающих процессы сближения и стыковки, а также систем ориентации и управления, спуска на Землю с использованием подъемной силы и мягкой посадки.
На «Востоке» спускаемый аппарат имел форму сферы, которая при движении в атмосфере не имеет подъемной силы, и поэтому спуск его идет по довольно крутой, баллистической траектории. В результате при входе в плотные слои атмосферы возникают большие перегрузки — до 8—10 единиц. Для космонавтов, недолго пробывших на орбите, это не страшно. Но при длительных полетах ослабленному невесомостью организму космонавта большие перегрузки противопоказаны.
Если у корабля есть хотя бы небольшая подъемная сила, еще лучше регулируемая, корабль идет в атмосфере по более пологой траектории, тормозится медленнее, перегрузки снижаются. Кроме того, регулирование подъемной силы позволяет менять по необходимости точку приземления в диапазоне плюс-минус несколько сот километров с точностью до нескольких километров.
Для возвращаемых космических аппаратов возможно несколько способов получения подъемной силы: жесткое крыло, крылоподобная форма самого аппарата, авторотирующие винты, надувное крыло типа дельтаплана, специальные реактивные двигатели. Нужно было выбрать наиболее выгодный, исходя из условий выведения, полета и возвращения корабля, а также его компоновки.
Изучив все известные методы, специалисты по аэродинамике и проектанты пришли к выводу, что наиболее выгодно… не применять никаких средств, а использовать способность любого несферического тела развивать подъемную силу при определенных углах атаки. Говоря о «Востоке», мы упоминали различные формы тел, оптимальных с точки зрения объема, веса, теплозащиты и подъемной силы. На этот раз все эти формы были исследованы заново и выбор пал на бочкообразный усеченный конус с небольшим, в несколько градусов, углом раскрытия. Подобную форму имеет автомобильная фара. Такая форма при смещении центра тяжести от оси симметрии позволяет при движении в атмосфере получить подъемную силу. Вообще-то спускаемый аппарат с подъемной силой прорабатывался на предприятии еще с 1960 года и проектанты имели в своем распоряжении результаты обширного анализа.
— Спускаемые аппараты всех американских кораблей имели форму конуса — «Меркурий» и «Джемини» с углом около 55 градусов, а «Аполлон» — более 60 градусов. У «Союза» форма иная, это дало какие-нибудь преимущества?
— В целом, мне кажется, да. У «Аполлона» было несколько выше аэродинамическое качество. Но, с другой стороны, у «Союза» лучше использовался объем, меньше потребный запас топлива на ориентацию при спуске, проще задача размещения оборудования.
— У «Востока» и всех американских космических кораблей спускаемые аппараты перед стартом располагались в головной части комплекса носитель — корабль. И это понятно. На случай аварийной ситуации так легче отделить аппарат с космонавтами и увести его в сторону. Почему у «Союза» впереди спускаемого аппарата располагается еще орбитальный отсек? Чем это вызвано и как при этом решается задача аварийного спасения?