Помоги проекту - поделись книгой:
Через несколько лет такой же подход мы применили к проектированию всего стыковочного агрегата, который включал дополнительные механизмы для соединения корабля и орбитальной станции и позволял космонавтам пользоваться переходным тоннелем. С годами происходило постепенное аккумулирование опыта, который использовался для последующих проектов. Также постепенно формировались и совершенствовались методы наземных испытаний, подготовки и осуществления полета. На основе всех этих работ складывались коллектив инженеров и ученых разных специальностей, а также производственные и испытательные бригады, объединенные и руководимые общим лидером и считавшие эту технику основным делом своей деятельности в течение многих лет, практически — всей творческой жизни.
Все это удалось реализовать постепенно благодаря правильному руководству и долгой, упорной работе тех талантливых и преданных делу людей, с которыми читатель сможет познакомиться на страницах этой книги.
Осенью 1964 года меня назначили начальником конструкторского сектора; наряду со стыковкой мне пришлось заниматься созданием целого ряда других агрегатов и узлов. К отделу, который по–прежнему возглавлял Вильницкий, присоединили подразделения, занимавшиеся реактивной системой управления (РСУ). Работами руководил Д. А. Князев, пришедший в ОКБ-1 вместе с Раушенбахом. В объединенном отделе Князев стал заместителем Вильницкого. Этот огромный отдел насчитывал более 200 инженеров и техников; диапазон и объем его деятельности был почти необъятным. Для первых «Союзов» создавалась РСУ на однокомпонентном топливе(перекись водорода). Параллельно разрабатывались более перспективные варианты, в том числе двухкомпонентные системы, получившие применение для последующих модификаций корабля («Союз–Т» и «Союз–ТМ»). Однокомпонентная «перекисная» РСУ до сих пор продолжает служить космонавтам, снижая перегрузки при и спуске с орбиты — самые трудные, действующие сразу после невесомости.
Дмитрий Андреевич Князев, способный и активный человек, отличался большим честолюбием и, я бы сказал, некоторым авантюризмом. Его жизнь оборвалась летом 1970 года в авиакатастрофе и, похоже, по его же вине.
Позднее нашему отделу поручили создать электрохимический источник тока — так называемый топливный элемент, который к этому времени уже освоили американцы. Несмотря на неоднократные попытки, эту сложную систему так и не смогли довести до полета в космосе.
В середине 60–х система РСУ в целом, ее агрегаты и элементы конструировались и изготовлялись на нашем предприятии в Подлипках. Сложностей и неразберихи было очень много, в то же время работа шла активно, и проект в целом продвигался довольно быстро.
По горло занятый своим делом — электромеханикой, я все же находил время для общения с коллегами из этого большого отдела № 333.
Наверно, с той поры и осталась у меня тяга к системе РСУ, а новые «реактивные» идеи нет–нет да и снова рождаются в моей уже седой голове.
О полетах «Союзов» — дальше, в других рассказах.
1.8 Стыковка: поиск, разработка, отработка — ПРО
Выиграв вместе с Вильницким своеобразный конкурс, мы приступили к разработке первого стыковочного механизма. Нас, приступивших к этому проекту, можно сравнить с моряками, уходившими в открытое неизведанное море. Даже мой старший и опытный товарищ не мог тогда предвидеть и предсказать не только всех трудностей и препятствий, но и крупных свершений, которые ждали нас на этом пути. Мне тогда исполнилось всего тридцать, я был честолюбив и смел. Браться за новое дело, не до конца понимая всех опасностей и последствий, — это действительно привилегия молодых.
Этот проект стал моей первой большой самостоятельной разработкой, начиная от первичной идеи, прошедшей через все этапы конструирования и отработки и, в конце концов, реализовавшейся на практике, на космической орбите. В результате этот проект заложил начальные основы отечественной техники стыковки, а мы, его авторы и исполнители, стали первыми специалистами в этой области.
Первый шаг в неизведанное всегда самый трудный: нет прототипов, на которые можно взглянуть, не у кого спросить, негде прочесть, не с кем посоветоваться.
В соответствии с принятой концепцией активный космический корабль, оснащенный стыковочным механизмом, должен соединиться с пассивным, на который устанавливался приемный конус. В космосе два корабля, летающие совершенно свободно и имеющие размеры и массу тяжелых автобусов, должны сначала сцепиться, очень точно и жестко соединиться между собой, продолжить совместный полет, а затем снова разъединиться и разойтись. Ряд особенностей усложняли и без того непростую задачу. Все операции должны выполняться автоматически вдали от специалистов, оставшихся на Земле. Все должно быть выполнено во враждебных условиях космоса, с первой попытки, без возможности вмешаться и что?то исправить.
На активном агрегате установлен стыковочный механизм (СТМ) «штырь»: на пассивном — приемный конус с ответным гнездом под головку штыря. Профилированием паза обеспечивают выравнивание по крену в процессе стягивания. С помощью этого устройства были трижды успешно состыкованы беспилотные корабли «Космос-186» и «Космос-188», «Космос-212» и «Космос-213», а также пилотируемые корабли «Союз-4» и «Союз-5».
Ожегшись на проекте плоского стыковочного устройства, содержавшего несколько электрических приводов, наши проектанты в качестве руководящей идеи приняли одноприводную концепцию. Почему?то тогда считалось, что привод — самое ненадежное звено любого механизма, и поэтому в стыковочном механизме должен остаться только один привод. В конце концов мы честно выполнили поставленную задачу, хотя это усложняло и без того непростую принципиальную схему механизма. Забегая вперед, скажу, что спустя пять лет мы не побоялись ввести в новый механизм еще один привод, и это сразу упростило конструкцию в целом.
Второе обстоятельство, осложнившее работу, исходило от меня. Я предложил отказаться от традиционных гидравлических амортизаторов, которые применялись для выполнения аналогичных функций в других областях техники, и с самого начала использовал чистую электромеханику. Наша электромеханическая концепция опиралась на два конструктивных компонента: электромагнитные тормоза, или ЭМТ, как их стали вскоре называть, и шарико–винтовые преобразователи двустороннего действия (ШВП).
Шарико–винтовые преобразователи и тормоза прошли красной нитью через все наши разработки стыковочных механизмов, стали их постоянной, устойчивой элементной базой. В конце 60–х их применили для стыковочного устройства орбитальной станции «Салют». Десять лет спустя мы использовали эти элементы для нового механизма стыковки «Союза» и американского «Аполлона». Через 30 лет наши шариковые винты и тормоза стали летать на американских «Спейс Шаттлах».
Тогда, в 1963 году, чисто электромеханическая идея, выглядевшая изящной, получила поддержку моего руководства. Механизм «смотрелся», а если конструкция смотрится, она должна летать, как говорил один известный авиаконструктор. Концепция механизма в целом тоже была логичной, что позволяло создать компактную, законченную конструкцию. Именно начальная разработка сыграла важнейшую роль в решении Королева и Охапкина поручить нашему отделу эту тему.
Я хорошо запомнил осень 1963 года, когда мы на пару с Н. В. Уткиным решали новую непростую конструкторскую задачу. Уткину — уже около пятидесяти, он самородок, часто находит нестандартные решения, работает молча, ведет себя ненавязчиво, то медлит, как будто примеряясь, потом чертит очень быстро. В комнате тесно (у нас почему?то всегда было тесно), его кульман стоит так, что лист ватмана с очередным вариантом механизма виден с моего рабочего места; глаза молодые — можно не вставать, разговаривая по телефону. Это обычное занятие начальника: надо отвечать на вопросы других отделов, а чаще — технологов и мастеров производственных участков завода. «Николай Васильевич, давай поменяем эту тягу с цангой местами, может, тогда получится?» — он соглашается, но не всегда.
После того как через пару месяцев механизм сложился, он попал в руки наших женщин. Наверное, только они могли довести доработку до детального уровня с такой тщательностью. Сначала новый механизм еще раз перечертила В. Ф. Кульчак, внеся необходимые корректировки. Таких конструкторов, как она, я смог бы пересчитать по пальцам за всю свою инженерную жизнь. К тому же Валентина Филипповна принадлежала к поколению детей войны и отличалась редким сочетанием очень высокого интеллекта и феноменальной работоспособности. Ее интересы были необычайно широки: от тенниса и туризма до фотографии и кино. В век великого итальянского кино, пользуясь примитивной кинотехникой того времени, она с коллегами снимала любительские фильмы, называя себя «киббаттини», а мы не могли поверить, что это в переводе означало «сапожники».
Следующий этап — деление на отдельные узлы (по–нашему — специфицируемые единицы). Каждый узел — это еще одна сложная разработка и еще одна пара женских рук. Только после этого конструкторы приступали к деталировке, то есть к выпуску рабочих чертежей на все детали. А дальше — электрические схемы, испытательная документация и еще, и еще, и за всем этим стоят люди, молодые и не очень.
Когда механизм полностью раздеталировали, нам пришлось пережить еще одну волну изменений. Теоретически взвесив каждую деталь по ее чертежу, мы обнаружили, что масса механизма в целом перевалила за 90 кг. Это никак не устраивало главного проектанта «Союза» К. П. Феоктистова. Авторитет конструктора–космонавта был очень высок, и нам ничего не оставалось, как начать кампанию по облегчению. Приходилось пересматривать каждый чертеж, материал каждой детали. Именно тогда появилась популярная резолюция, которую я писал на чертежах: «Изменить с Темновым» (как с главным прочнистом). Деваться было некуда, женщины подчинились. Проведя чистку, мы почти уложились в отведенный лимит — 50 кг, хотя аппетит Феоктистова казался безграничным. Позднее, во время испытаний, хлопот прибавилось: часть облегченных деталей не выдерживали нагрузок, что заставило вернуть несколько килограммов. Зато вся кампания стала хорошей школой. Хотя споры с Феоктистовым при работе над другими проектами продолжались, я авторитетно утверждал, что никто легче нас механизмы не делает.
Много раз, глядя на чертеж в разрезе стыковочного механизма для первых кораблей «Союз» (этот чертеж вошел в книгу по технике стыковки, увидевшую свет 20 лет спустя), я не переставал удивляться, как он выполнял все заданные функции. Однако он работал на Земле и в космосе, став первым и, пожалуй, самым сложным стыковочным механизмом «штырь—конус» из тех, что нам пришлось создавать.
Несколькими месяцами раньше, в июле 1963 года, произошло событие, которое сыграло большую роль в нашей профессиональной жизни, и не только в ней. На долгие годы оно определило расстановку сил, «географию» стыковочных механизмов. Наша небольшая «разведгруппа» во главе с Калашниковым выехала в город Азов Ростовской области. Это был период, когда Хрущев реорганизовал управление промышленностью, введя совнархозы. Многие заводы, лишившись заказов из центра, искали работу. Среди таких предприятий оказался Азовский оптико–механический завод — АОМЗ. Его нашел И. Б. Хазанов, тогда начальник приборного производства нашего завода, цеха которого задыхались от избытка заданий, связанных с изготовлением многочисленных королёвских изделий: ракет и космических кораблей, спутников и межпланетных станций.
Азовский завод нам понравился, его возглавлял находившийся на подъеме Н. Г. Васильев, который вскоре стал энтузиастом космической техники, в первую очередь — техники стыковки. В большой мере благодаря его руководству, поддержке и настойчивости удалось создать хорошую базу для изготовления и испытаний стыковочных механизмов и обеспечить выполнение многих космических программ. На АОМЗе наряду с сильными производственниками, среди которых должен отметить еще одного энтузиаста — А. М. Белова, работали талантливые конструкторы. Они тоже внесли огромный вклад в освоение стыковочного механизма, а О. И. Федоряк стал нашим «главным конструктором южного филиала», заслуга его и его товарищей действительно велика.
Все это произошло позже, а тогда, в разгар лета 1963 года, мы были только разведчиками. В Азове, небольшом южном городе, куда мы попали в самый сезон, магазины и базары ломились от изобилия овощей и фруктов, мяса и рыбы, молока и меда. Но картина цветущего края вскоре резко изменилась, буквально у нас на глазах. Даже зная историю советской деревни, я до конца не могу понять, как можно было так быстро дойти до такого разорения. Уже осенью следующего года в центральном ресторане города подавали только два блюда: поросенок холодный и поросенок горячий. Не могу забыть и огромный плакат у въезда в станицу Кулешовка, что рядом с Азовом. Аршинными буквами на нем было выведено: «ХОЧЕШЬ ХОРОШО ПИТАТЬСЯ — ИМЕЙ КОРОВУ». Это было уже в конце 60–х, спустя несколько лет после кремлевского указа отнять всех частных коров. И хотя Хрущев был далеко не дурак, в те годы родился анекдот: «Кто опаснее дурака?» — «Дурак с инициативой».
Тогда же стал популярным еще один анекдот из цикла «армянское радио»: «Что было раньше: яйцо или курица?» — «Раньше — было все».
На этом печальном сельскохозяйственном фоне альянс с Азовским ОМЗ оказался плодотворным, особенно в плане инженерно–конструкторской поддержки. Бригада во главе с Федоряком прибыла в Подлипки и приняла участие в выпуске рабочих чертежей и другой технической документации на стыковочный механизм. Это сократило сроки начального этапа и помогло азовчанам быстрее включиться в дело.
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.
Наше время пришло не сразу. Мы делали механизм — квинтэссенцию космической стыковки, и это уравновешивало наши шансы. Работа поставила нас на ключевое место, давало право расширить свое влияние. Мы были молоды и честолюбивы, полны решимости отстаивать свои интересы, завоевывать новые рубежи. К тому же это диктовалось интересами общего дела. Стоит отметить, что объединить всех стыковщиков мне удалось только много лет спустя, и то постепенно.
Важным делом было, в частности, создание высотного стенда. Тот самый «гусь», пружинный компенсатор, стал нашим дополнительным вкладом. Отработка стыковки привлекла большое внимание. Цех № 39 был в те годы режимным: всех туда не пускали. Тем не менее поглядеть, как собираются стыковаться там, в «космосе», приходило много людей: специалистов, инженеров, руководителей разного ранга. Стыковка стала популярным зрелищем, чем?то вроде эротического шоу с космическим уклоном. «Держи жеребца», — говорил Р. М. Шишонков, здоровый рыжий мастер цеха № 39, настраивая положение штыря стыковочного механизма на входе в приемный конус пассивного корабля почти так же, как это должно произойти на космической орбите.
«Нет, что?то вы тут химичите, — пытался поправить нас большой министерский начальник, — почти заводите штырь в конус, еще бы ему не состыковаться. Вы сначала отведите его подальше, хотя бы вон до той стенки». Мы вежливо объясняли, что это другая фаза стыковки, называемая сближением, и что она обеспечивается другой системой. Космическое «рандеву» отрабатывалось в другом месте, другими специалистами.
Я не мог удержаться и не рассказать об этих технических и нетехнических подробностях и деталях нашей новой необычной работы тех лет. «Дело молодое», — сказало бы булгаковское «собачье сердце», да простит мне эти сравнения строгий читатель.
Как упоминалось, в 1964—1965 годы работа над «Союзом» шла довольно медленно. Прошел еще один год. Мы, конечно, сделали очень много: прежде всего устранили все слабые места и другие недостатки конструкции стыковочного механизма; значительно продвинулась технология изготовления; инженерный и мастеровой персонал накопил опыт и существенно повысил квалификацию.
Ноябрь 1965 года: дело пошло быстрее, мы в том же составе снова в Азове. Еще один цикл испытаний усовершенствованного, «возмужавшего» за прошедший год стыковочного механизма. Замечания пока были, но уже не так много; мы тоже стали более зрелыми за это время. Путь к изготовлению летной партии был подготовлен. Окрыленные, мы возвращались в Москву. Вскоре вслед за нами приехал обновленный стыковочный механизм. Он сменил тот самый экспериментальный прототип на испытательном стенде на тросах, с тем, чтобы завершить отработку.
Наступил новый 1966 год, впереди открывался решающий этап. В начале января, еще не зная, что нас ждет впереди, мы снова отправились в Азов на испытания первого летного механизма. Это был тяжелый период работы над многими системами корабля «Союз», а судьба жестоко обошлась с нашим лидером, с нашим Королем.
Я хорошо запомнил это хмурое субботнее утро. Мы находились на сборочно–испытательном участке цеха № 4А. Зазвонил телефон, позвали Вильницкого: кто?то из заводоуправления сообщил страшную весть — умер Королев. Лев Борисович ушел звонить в Москву, а я продолжал сидеть как прикованный. Невольно вспоминалась последняя встреча с Королевым поздней осенью прошлого года. Тогда Главный похвалил нас и сказал хорошие слова в мой адрес. И все это оборвалось, мгновенно и невозвратимо.
Вильницкий улетел в Москву на похороны. Мы вместе с первым летным стыковочным механизмом вернулись в Подлипки только в феврале. Целый месяц пришлось провести «на матрацах». За свою инженерную карьеру мне несколько раз пришлось пережить такие периоды. Почти как во время войны, для самых важных рабочих и инженеров рядом с производственным помещением, в соседней комнате на полу расстилали матрацы, на которых можно было поспать, наскоро выпив стакан чаю и закусив бутербродом. Это позволяло экономить время и организовать круглосуточную работу. Впервые мне пришлось испытать такой режим в Азове, в начале 1966 года.
Самым главным стало, конечно, то, что задача по изготовлению первого летного стыковочного механизма была выполнена. Мы также могли гордиться тем, что работали под непосредственным руководством Центрального комитета партии; его воплощал инструктор ЦК П. Субычев, жесткий и напористый партийный чиновник. Он неусыпно и неустанно следил за азовчанами, производственниками и инженерами, и за нами — москвичами, разработчиками новой космической техники. Нам повезло, уже не было Берии, и его люди не вмешивались в технические проблемы. Новое время позволяло даже шутить, пользуясь другим шедевром из цикла «армянского радио»: «Какая разница между ЧК и ЦК?» — «В ЧК — чикают, а в ЦК — цыкают». На нас только цыкали. Тем не менее надо признать, что партия умела организовать авральную работу.
Весной и летом мы завершили чистовую комплексную отработку стыковки и к осени были готовы к полету. Первый пуск беспилотного «Союза» под названием «Космос-133» состоялся в ноябре 1966 года.
1.9 Трение в космосе
Написав этот рассказ, я заглянул в «Энциклопедию космонавтики» — хорошее профессиональное издание, вышедшее в 1985 году. Прочитал статью «Трение в космосе» и удивился: казалось, она написана на заре космической эры, когда наши знания об этой особенности космической техники были совсем скудными, а страх перед опасностью холодной сварки в глубоком вакууме преобладал над знаниями и эмоциями.
Мне пришлось стоять у истоков этой проблемы, принимать активное участие в исследованиях, выборе путей и средств ее преодоления, снять ее остроту, внедрив в практику рекомендации по конструированию механизмов для работы в открытом космосе, и доказать их эффективность. Это совпало с периодом наибольшей активности научно–технического сообщества космических специалистов, ученых и инженеров в этой области.
Мое знакомство с проблемой трения началось в 1958 году. В отделе научно–технической информации (ОНТИ) появилась переводная статья американских ученых, где указывалось, что в глубоком вакууме открытые поверхности тел будут «обезгаживаться», а смазка и другие покрытия испаряться. На основе этих правдоподобных рассуждений делался вывод о том, что коэффициент трения между поверхностями может значительно возрастать, в результате чего возможно даже их холодное сваривание. Статья, содержавшая много другой полезной для космических инженеров информации, меня очень заинтересовала; используя этот материал, я подготовил и сделал специальный доклад.
В первые годы при конструировании приводов и механизмов для работы в открытом космосе специальные меры практически не принимались. Никаких отказов этих механизмов в полете тоже не обнаруживалось. Два обстоятельства, как мне кажется, сыграли здесь решающую роль: хорошая школа ракетной техники, которую прошли наши конструкторы, и небольшая продолжительность работы в открытом космосе — короткий ресурс, как мы это называли.
О событии, привлекшем внимание к данной проблеме, уже упоминалось. Отказ датчика ИКВ (инфракрасной вертикали) в мае 1960 года «загнал» первый беспилотный прототип корабля «Восток» на высокую орбиту, вместо того чтобы спустить его на Землю. Нас, наряду с учеными Академии наук, привлекли в качестве консультантов. Вскоре стало ясно, в чем причина отказа на орбите: эксперименты в барокамере показали, что узел вращения сканирующего зеркала этого датчика, выполненный на основе самодельного «насыпного» шарикоподшипника, работал на пределе. Более жесткие условия открытого космоса «добили» злополучный узел.
Конструкторы ОКБ «Геофизика» оперативно усовершенствовали свой узел вращения, заодно загерметизировав весь прибор. Следующий полет прошел без замечаний. Однако волна, поднявшаяся в результате аварии, прокатилась по многим научным и промышленным предприятиям и еще долго будоражила коллективы. Может быть, значимость случившегося отказа была преувеличена, но тем не менее следует признать, что внимание, уделенное проблеме, наверняка спасло от новых аварий и катастроф. Как говорится, береженого Бог бережет!
Чтобы разобраться в реальном положении вещей, потребовались большие усилия, годы исследований и экспериментов, на Земле и в космосе. Тогда, в начале 60–х, многое оставалось неясным и, следовательно, опасным.
Среди академических институтов научными исследованиями в области машиностроения занимался Институт машиноведения (ИМАШ). Директором ИМАШа был академик А. А. Благонравов, известный своими решениями проблем, связанных с артиллерией. Другой известный академик — А. Ю. Ишлинский, в молодости исследовавший трение качения, — возглавил специальный межведомственный совет по трению и износу. И надо сказать, что Королев любил и уважал академиков, он нуждался в их поддержке в научном и политическом плане еще в начале 50–х годов, проводя исследования при запусках в космос геофизических ракет (эти ракеты называли академическими). Сергей Павлович сблизился со многими академиками. При подготовке к запуску спутника, а позднее — и первого человека а космос он все больше опирался на М. В. Келдыша, которого провозгласил главным теоретиком космонавтики.
Королев не только сам инициировал многие направления исследований, связанных с космосом, но и поддерживал инициативу других. Поддержал он и науку о космическом трении. К сожалению, его планы организовать в ОКБ-1 специальную лабораторию для систематической разработки узлов трения не осуществились. Подобные лаборатории были созданы на других предприятиях космической отрасли: в КБ Лавочкина, во ВНИИ электромеханики. В то время я фактически оказался посланцем Королева в Академию наук, став связующим звеном между ОКБ-1 и ИМАШем, а точнее — лабораторией трения и износа этого института.
В начале 60–х лаборатория находилась на подъеме. Ею руководил профессор И. В. Крагельский, известный ученый в области трения у нас в стране и за рубежом. Взявшись за новую актуальную проблему, он справедливо рассчитывал на то, чтобы продвинуть свою науку на более высокую ступень и, естественно, продвинуться самому. Для этого сложились хорошие предпосылки. Действительно, вакуум обнажал трущиеся поверхности, лишал их защитных слоев и смазок. В таких условиях должна проявляться так называемая адгезионная составляющая трения, приверженцем которой являлся Крагельский. Он был настоящий ученый, стремившийся познать глубину непростых, часто противоречивых процессов при трении, но для полного успеха чего?то ему не хватало: то ли личных качеств, то ли удачи. Преждевременная смерть Королева подорвала внимание к проблеме со стороны ОКБ-1.
В 1962 году после окончания мехмата МГУ меня приняли в заочную аспирантуру ИМАШа практически без экзаменов: лаборатория нуждалась в аспиранте, который без отрыва разрабатывал бы космические механизмы с узлами трения, предназначенными для работы в глубоком вакууме. Мне, в свою очередь, требовалась научная база, льстила связь с настоящей наукой, нравилась сама лаборатория. Моими покровителями стали старшие научные сотрудники, кандидаты наук, интеллигентные и любезные дамы Галина Иосифовна Трояновская и Вера Эдмундовна Ванштейн. Лаборатория пополнялась способной и честолюбивой молодежью; здесь я познакомился с Евгением Анатольевичем Духовским — впоследствии соратником и моим близким товарищем. В лаборатории начинали работать будущие известные ученые Аскольд Александрович Силин, Юрий Николаевич Дроздов. В целом наука о трении, как и многие другие научные направления, находилась на крутом подъеме в большой степени благодаря космонавтике.
Вскоре я сдал экзамен по специальности — теории трения и износа. Детальное изучение много дало мне в понимании предмета, но вместе с тем приобретенные знания убедили, что фундаментальные физико–химические дисциплины — не моя епархия. По инженерной подготовке, по характеру своей основной деятельности и наклонностям я был инженером, прежде всего — конструктором механизмов; интересовали меня те аспекты проблемы, которые относились к аппарату и механизму в целом. Копать вглубь, переходить на молекулярный уровень — не было у меня к этому ни склонности, ни желания, ни достаточно глубоких знаний. Свои усилия я сосредоточил на подготовке экспериментов в космосе. Такие эксперименты представляли большой интерес с точки зрения как фундаментальной, так и прикладной науки. Они давали возможность повторить в космосе опыты, которые широко проводились на Земле в вакуумных камерах: ведь воспроизводимость результатов — один из краеугольных камней науки. С другой стороны, такой эксперимент, особенно длительная работа механизма на орбите, мог проверить конструкцию, которую можно дальше применять на практике.
Поощряемые учеными и поддерживаемые техническим руководством, мы сконструировали несколько приборов, с помощью которых «пары трения» испытывались в вакуумных камерах и которые можно было посылать на орбиту. Для исполнения нашей голубой мечты — забросить научного разведчика в межпланетное пространство — имелась принципиальная возможность. В это время в ОКБ-1 разрабатывались межпланетные автоматические станции, предназначенные для полета к Марсу и Венере. Нам удалось разместить на борту испытательный прибор с полудюжиной различных «пар трения». В общей сложности мы подготовили несколько таких приборов. К сожалению, этот период совпал с рядом неудач, которые преследовали запуски межпланетных станций. В дальний космос успешно слетал лишь один наш электромеханический разведчик.
Крагельский не ограничивался прикладными вопросами. В его лаборатории развернулись исследования фундаментальных вопросов трения в глубоком вакууме. На основе теории создавались антифрикционные материалы, рассчитанные на работу в космосе. Хорошую поддержку ему оказала специальная лаборатория ВНИИ электромеханики, где на основе фторопласта и металлокерамики создали материалы для подшипников скольжения со звучными названиями АМАН и ВАМК. В ОКБ-1, в нашем и других отделах, это направление поддержки не получило. Руководители среднего звена, заместители Главного конструктора и начальники комплексов, в большинстве своем Прагматики, скептически относились к разработкам академических институтов. Помню, как на ученом совете в ОКБ-1 после доклада Крагельского ему задавали ехидные вопросы по поводу материалов с восточными названиями.
Для космических аппаратов, рассчитанных на длительный полет, — межпланетных станций, спутников связи, — требовалось создавать механизмы с большим ресурсом работы. Эксперименты показывали, что слабым звеном были приводные электродвигатели, которые традиционно представляли собой щеточные двигатели постоянного тока. Выбор диктовался тем, что основным источником электроэнергии служили аккумуляторы. Такие двигатели перекочевали на борт космических аппаратов. Ракета активно работает лишь несколько минут, первые космические корабли летали несколько суток. Полет на Марс предполагал несколько месяцев непрерывной работы, а спутники связи — несколько лет. Бесщеточные двигатели появились только несколько лет спустя.
Лучшие щеточные коллекторы исчерпывали себя после нескольких сот часов. Наш верный смежник — завод «Машиноаппарат», основной поставщик электродвигателей, работавший под руководством Г. Ф. Каткова, — выжимал из этой конструкции все, что мог. Проблему обострил космический вакуум. Щетки электрического коллектора, почти как живые организмы, нуждались в кислороде, без которого они быстро изнашивались. Вместе с конструкторами «Машиноаппарата» — моим старым приятелем С. М. Герецовым и ныне покойным Б. С. Гусятниковым — мы разработали оригинальный электродвигатель, внутри которого создавался благоприятный микроклимат. Эту идею подсказала мне старшая сестра Наталья, как нормальный член нашей семьи окончившая Лестех и ставшая специалистом по озеленению. В то время она занималась вопросами улучшения микроклимата жилых кварталов южных городов за счет подбора зеленых насаждений. На банкете по случаю защиты ее кандидатской диссертации я пытался перебросить мосты между очень далекими научными сферами, проводя параллели между выжженными солнцем пустынями и почти пустым космосом; из этого следовал глобальный вывод о необходимости специальных оазисов. Тост получился очень научным. Он имел успех в этот вечер и — неожиданно — далеко идущие последствия. Вскоре был создан живительный «оазис» под колпаком электродвигателя Д52–Д, а испытания в барокамерах показали, что ресурс работы щеток без износа увеличился в несколько десятков раз. Оставалось провести заключительный эксперимент в космосе.
В разгар разработок электромеханики для связного спутника «Молния» у меня сформировалась конструктивная идея специального эксперимента. Испытательный прибор приводился во вращение электродвигателем Д52–Д с микроклиматом, нагрузку для которого создавал бесконтактный магнитный тормоз, соединенный с ним посредством шестеренчатой передачи. Самой хитроумной частью прибора был измеритель: с помощью двух синхронных генераторов вырабатывался электрический сигнал, который растет по мере износа шестерен. Прибор так и назывался — измеритель износа шестерен — ИИШ-1. Он стал первым и последним в этой серии, однако прибавил очень много для нашего познания условий полета в дальнем космосе.
Проектанты спутника связи, мои приятели Вячеслав Николаевич Дудников и Владимир Георгиевич Осипов, помогли мне установить на борт наш ИИШ, так сказать, почти тайно внедрить разведчика Вселенной в технику космической связи. Научному разведчику присвоили кличку Ишак. Попасть на борт «Молнии» действительно было непросто. Требовалось не только подыскать ему подходящее место и подвести к нему электропитание, любому разведчику нужна связь, индивидуальный телеметрический канал, причем не простой, не «да–нетный», а аналоговый, то есть измерительный, самый дорогой на борту. Чтобы «трогать» и останавливать нашего Ишака, необходима также специальная радиокоманда, которых, как всегда, не хватало; прибор подвесили к какой?то другой системе, заручившись согласием его хозяев.
Следующее препятствие пришлось преодолевать на заводе, где каким?то путем пронюхали, что Ишак — дармоед: он не выполнял никакой полезной работы, а лишь расходовал около 8 Вт и без того дорогой космической электроэнергии. Поэтому цеховики не спешили с изготовлением. Пришлось приложить максимум энергии и всю дипломатическую изобретательность, чтобы прибор увидел свет. И все?таки на первые спутники ИИШ-1 не попал, а слетал в космос только в 1966 году.
Всего на орбите побывало два прибора. Их полет — почти детективная космическая история, известная немногим. Первая разведывательная миссия стала лишь частичным успехом. Прибор проработал около 70 ч и остановился. Это никак не сходилось с результатами наземных испытаний. Гарантированный ресурс электродвигателя с микроклиматом оценивался в 500 ч; телеметрия обнаруживала заметный, но все же умеренный износ шестерен. Случилось что?то, чего не было на Земле. Неужели космический вакуум отличался от того, который создавался в наших барокамерах?
Я предложил изящное решение возникшей проблемы, разгадав причину, приведшую к отказу в космосе. Измерительные генераторы содержали магниты, которые, по моей гипотезе, притягивали стальную пыль — продукт износа шестерен. К несчастью, их путь лежал через шарикоподшипники, где эти частицы застревали, смешиваясь со смазкой. Консистентная смазка загустевала, постепенно увеличивая трение, пока подшипники не заклинивались совсем. В барокамерах в условиях земной тяжести этот эффект почти не проявлялся. Невесомость усугубляла засорение подшипников.
Такова была гипотеза. Провести дополнительные эксперименты на Земле мешали два обстоятельства: во–первых, создать невесомость невозможно, во–вторых, до пуска следующего спутника было совсем мало времени. К тому же оставался всего один прибор и один экспериментальный спутник связи, изготовленный на нашем заводе, то есть один шанс слетать в космос. Приходилось рисковать!
Логика решения была сравнительно простой: если гипотеза верна, надо установить ловитель продуктов износа — более сильные магниты. Вновь выручил старый, добрый «Машиноаппарат», быстро подыскав нужные магниты. Их расположили поближе к шестерням, и в самый последний момент успели на отходивший космический «поезд» — четырехступенчатую ракету со спутником связи «Молния» на ее вершине, которая ушла на высокую эллиптическую орбиту.
Результаты испытаний в космосе превзошли все ожидания: наш подкрепившийся Ишак отышачил 700 с лишним часов, побив мировой рекорд своего предшественника в 10 раз! Этот рекорд остается до сих пор непревзойденным.
Королева уже не было в живых. Я рассказал о результатах эксперимента Чертоку. Он порадовался за нас и за космическую электромеханику в целом. Мне выплатили изобретательский гонорар, целых 700 рублей. Главный вывод заключался в том, что в космосе можно летать, работать, двигаться, были бы только квалификация и находчивость.
К этому времени я окончил аспирантуру, и мои связи с Институтом машиноведения ослабли. Крагельский тоже потерял ко мне интерес. Его больше волновало внедрение антифрикционных материалов, созданных для работы в вакууме на основе его адгезионной теории трения. Наши пути разошлись.
Должен сказать, что знания и опыт, приобретенные в те годы в Институте машиноведения под руководством Крагельского и Ишлинского, оказали большое влияние на мою научную и практическую работу в последующие годы.
1.10 «Молния» над Землей
«Молния» — первый спутник связи, созданный под руководством Королёва. Его подготовили к летным испытаниям летом 1964 года, однако впервые он успешно вышел на орбиту и заработал только в апреле 1965 года, когда нашему Главному оставалось жить лишь немногим более полугода.
Спутник связи оказался очень удачным по всем своим компонентам. Не удивительно, что «Молния» (кодовый индекс 11Ф67) стала третьим королёвским долгожителем: наряду с двумя другими «семерками», ракетой–носителем и кораблем «Союз», она продолжает летать над Землей и по–прежнему служит россиянам, разбросанным на огромной территории.
В истории создания первого спутника связи, в дальнейшем развитии этого направления космической техники, важнейшего для основной массы людей, много примечательного и поучительного.
Хотя космическая связь не входила в число фаворитов нашего Главного конструктора, он понимал значение этого перспективного направления. Более того, именно Королёв в свойственной ему решительной и деловой манере выбрал кратчайший и наиболее эффективный путь создания космической связи с учетом особенностей и географического положения нашей страны.
Получив от радистов и проектантов предложение разработать и запустить в космос два экспериментальных спутника с ограниченной задачей проверить возможность радиосвязи через космос, он не утвердил этот план, а потребовал создания настоящего спутника связи, способного передавать информацию, полезную народному хозяйству: телефонную, телеграфную и телевизионную. Несмотря на большие пробелы в знаниях по технике космической связи, полное отсутствие прототипов, новые конструктивные предложения увидели свет уже в 1962 году. На основе этих предложений и был создан первый отечественный спутник связи.
Сейчас, когда смотришь на эскиз «Молнии» более чем 30–летней давности глазами опытного человека, честное слово, кажется удивительным, как удалось за несколько месяцев сделать такую законченную, совершенную разработку. Поражает все: от вытянутой над Северным полушарием сугубо эллиптической 12–часовой орбиты, как будто специально приспособленной для нашей огромной территории с ее предполярными районами, до рациональной и эффективной конфигурации спутника, принципов действия его основных систем. Заслуга в этом принадлежит, прежде всего, небольшой группе проектантов–энтузиастов, которыми руководил самобытный инженер и талантливый конструктор В. Н. Дудников (к сожалению, рано ушедший из жизни): В. Г. Осипову, Б. В. Королёву, А. И. Буянову и другим товарищам, а также управленцам и радистам, баллистикам и прибористам.
Конфигурация «Молнии», система ее управления, орбита и схема полета прекрасно соответствовали выполняемой задаче. Спутник ориентировался продольной осью на Солнце так, чтобы панели солнечных батарей постоянно освещались, а трехосной ориентацией управлял силовой гироскоп. Радиосвязь поддерживалась через управляемые остронаправленные антенны, расположенные на выдвинутых раскрывающихся штангах.
В архитектуре космических аппаратов отражается специфика полета спутника на орбите, особенности его систем, прежде всего тех, элементы которых обращены наружу. К ним относятся солнечные батареи, радиаторы системы терморегулирования, радиоантенны и оптические приборы. Современные спутники связи, спроектированные для полета на геостационарных орбитах, — это уже другая архитектура, ее можно охарактеризовать одним словом — «кубизм». Внешняя форма — не плоды фантазии космических художников, прямые грани стационарных спутников связи, пожалуй, более оправданны, чем подобные формы на Земле. На орбитах физические законы часто работают сильнее, а формы диктуются инженерными соображениями. Однако новая архитектура пришла в космос спустя годы. Бывая на ВДНХ в павильоне «Космос», на других выставках, отечественных и зарубежных, я прежде всего смотрел на форму, на компоновку. Вот этот хорош, а этот как растрепанная, неряшливая девица, от него толку не жди. У «Молнии», с ее вытянутым корпусом, обрамленным шестилепестковой «ромашкой» солнечных батарей и двумя щупальцами штанг с подвижными параболами антенн, — законченный космический вид. Сегодня эти формы выглядят несколько старомодными, но они не столько отдают дань времени и моде, сколько отражают железную логику их создателей, блестяще выполнивших поставленную перед ними задачу.
Раскрывающиеся элементы конструкции детально разрабатывались в общеконструкторском, тогда огромном отделе № 15. Его костяк составляли конструкторы, влившиеся в наше предприятие в составе ЦАКБ сталинского «пушкаря» В. Грабина. Эти профессионалы высокого класса быстро освоили космическую тематику. Среди конструкторов было много талантливых инженеров: помню уникальных разработчиков Е. И. Старостина и М. Д. Иванова.
Космические конструкции приходится сначала загонять под обтекатель ракеты–носителя, а уже потом, на орбите, разворачивать все, что должно выдвигаться и торчать наружу, прежде всего — панели солнечных батарей и антенны. Первая орбитальная операция, которая обычно выполняется сразу после отделения космического аппарата от последней ступени ракеты, — раскрытие таких элементов конструкции. Чтобы эта операция прошла успешно, конструкторы и испытатели проявляют немало выдумки и находчивости. Каждый раз на полигоне их тщательно проверяют, а в Центре управления полетом (ЦУПе) после пуска ждут сообщений с орбиты: «Произошло полное раскрытие элементов конструкции корабля», — и сразу — вздох облегчения.
Размах панелей, образующих «ромашку» «Молнии», равен 8 м с лишним. На Земле панели укладывали так, чтобы они облегали корпус спутника. Над панелями, тоже в сложенном состоянии, находились штанги со свернутыми параболами антенн. После выхода на орбиту срабатывали пирозамки, и «ромашка» раскрывалась под действием пружин, после чего освобождались штанги с антеннами. Это типичные космические конструкции и типичные начальные операции на орбите.
Пословица «Скоро сказка сказывается, да не скоро дело делается» хорошо применима к современной технике. Чтобы в космосе все сработало надежно, приходится много повозиться на Земле: сначала испытывается каждый узел, каждый механизм в отдельности, а потом вся система целиком. Непросто, однако, заставить на Земле раскрыться многометровые панели и штанги, предназначенные для работы на орбите: при испытаниях требуется воспроизвести условия коварного космоса с его невесомостью, Солнцем — с одной стороны, и черной бездной Вселенной — с другой.
Я решил рассказать об этом не для красного словца. Так получилось, что второй спутник связи «Молния» (первый в июне 1964 года не вышел на орбиту из?за аварии ракеты–носителя), запущенный три месяца спустя, был потерян из?за того, что штанги не раскрылись.
Связи не было, а ведь именно ради этого создавался весь сложнейший наземно–космический комплекс. Так первая «Молния» не «засверкала» над Землей.
Когда стали разматывать клубок возможных причин, то в конце концов разобрались и поняли, что произошло там, высоко над Землей, куда, к сожалению, уже было не дотянуться.
Схема запуска «Молнии» на эллиптическую орбиту была непривычной. Большая часть космических аппаратов выводится на орбиту на ракете–носителе, активный полет которой продолжается около десяти минут. Тепленький, не потерявший земное тепло спутник сразу отделяется, разворачивается, «расправляя плечи». В зимнее время на старте даже действует специальная установка, которая гонит нагретый воздух под обтекатель ракеты, не давая земному посланцу преждевременно охладиться перед дальней дорогой. «Молния» попадала на свою эллиптическую орбиту в два этапа: сначала три ступени ракеты выводили ее на низкую промежуточную орбиту, а затем, примерно через полчаса, на высоте около 600 км над Южным полушарием, где?то над мысом Горн запускалась четвертая ступень, которая поднимала апогей орбиты почти до 40 тыс. км, уже над нашим Северным полушарием. «Южные» условия запуска не помогали, наоборот, северная «Молния» успевала остыть, а когда ее снова увидели, то поняли, что батареи и штанги не раскрылись. И ничего уже нельзя было сделать: они открывались пружинными механизмами одноразового действия.
Так и летала эта «Молния» с полуоткрытыми солнечными батареями (СБ) и антеннами в течение нескольких месяцев, не способная выполнить основную задачу: транслировать сигналы связи. У конструкторов и испытателей ОКБ-1 наступил очередной аврал: нужно было отыскать причину, а затем устранить ее до следующего пуска. В общей сложности на это ушло почти восемь месяцев, так получилось, что сначала было не до них: проектов тогда было много.
Поделиться книгой: