Аэрокосмическое общество Украины
Аэрокосмический портал Украины
"Информационно-аналитический центр "Спейс-Информ"
 
В начало     Новости      Аналитика      Право      Магазин      Справочник      О нас
 
  Аналитика
   
 
К 40-летию первой автоматической стыковки в космосе
Владимир Николаевич Бранец (в центре) с разработчиками системы "Игла"

К 40-летию первой автоматической стыковки в космосе

Бранец Владимир Николаевич, доктор физико-математических наук, профессор


    Сергей Павлович Королев считал, что следующим шагом после полета человека в космическом корабле на орбиту искусственного спутника Земли, должен быть полет к Луне.

    Техническое обеспечение полета к Луне сложнее полета на ОИСЗ, даже самая простая из этих задач: облет Луны по баллистической траектории с возвратом к Земле и последующим торможением в атмосфере, спуском и посадкой на поверхность Земли – требовала решения ряда новых технических проблем. Первая из них – космический пилотируемый корабль, выведенный РН на орбиту ОИСЗ должен иметь разгонный ракетный блок, обеспечивающий увеличение скорости корабля от первой до второй космической (требуемое приращение скорости около 3200-3400 м/сек), чтобы корабль мог уйти от Земли в межпланетное путешествие. Далее при возвращении к Земле спускаемый аппарат, входящий в атмосферу со второй космической скоростью (более 11000 м/сек), должен иметь подъемную силу для организации управляемого (а не баллистического) спуска для снижения перегрузок на экипаж. Нужно было также обеспечить экипаж системами жизнеобеспечения и относительно комфортного проживания в космическом корабле достаточно длительное время: только перелет к Луне и обратно занимает около 7 суток…

    История рождения проекта «Союз» восходит к 1960 году. В это время в проектном отделе № 9 М.КТихонравова параллельно с проектированием первого пилотируемого корабля «Восток» стали рассматривать и другие варианты кораблей, в том числе и для облета Луны. В 1960 – 1961 гг. в отделе № 9 проводились исследования различных вариантов строительства пилотируемого ракетно-космического комплекса для полета к Луне, и уже в 1962 г. в ОКБ-1 (ОКБ-1 в середине 60-х годов станет ЦКБЭМ – Центральное конструкторское бюро экспериментального машиностроения, в 80-х годах станет НПО «Энергия», а в 90-х – ОАО «Ракетно-космическая корпорация «Энергия» им. С.П.Королева») началось его детальное проектирование. Тогда же этот проект получил свое название «Союз».

    В состав лунного комплекса «Союз» входили космические аппараты трех различных типов: 7К (двухместный пилотируемый корабль), 9К (ракетный разгонный блок) и 11К (корабль – танкер). 24 декабря 1962 года Главный конструктор С.П.Королев утвердил первый эскизный проект комплекса «Союз», а 7 марта 1963 года – чертеж корабля 7К.

    Корабль имел спускаемый аппарат в форме «вытянутой фары» (аэродинамическое качество), объемный бытовой отсек, приборно-агрегатные отсеки с двигательными установками и бортовой аппаратурой обеспечения полетных операций. Систему ориентации и управления движением корабля (СОУД), включая задачу сближения, было поручено спроектировать и реализовать отделу № 27 Б.В.Раушенбаха. Корабль оснащался стыковочным агрегатом, разработку которого поручили приборно-конструкторскому отделу № 10 Л.Б.Вильницкого. Реактивные двигательные установки корабля помимо РД большой тяги (сближающе-корректирующая и тормозная двигательная установка) содержала РД ориентации и причаливания, отдельные двигатели ориентации содержал и спускаемый аппарат.

    Для автономного управления процессом сближения необходимо было иметь измерения относительного положения активного и пассивного кораблей и их относительных скоростей. Было решено разработать радиотехническую систему измерений, и эту разработку по техническому заданию ОКБ-1 поручили НИИ – 648 (директор и главный конструктор А.С.Мнацаканян). Эта аппаратура, названная «Иглой», была установлена на активном корабле (А), а ответная ее часть устанавливалась на пассивном корабле (П), к которому осуществлялось сближение и стыковка; аналогично устанавливались активные и пассивные стыковочные агрегаты («штырь» и «конус»). Проект системы сближения и стыковки предусматривал помимо основного автоматического режима управления также режимы ручного управления с помощью экипажа: для этого на корабле были установлены ручки управления ориентацией и ручки управления движением для координатных перемещений корабля при причаливании. На корабле были установлены оптический перископического типа прибор ВСК-3 (впоследствии ВСК-4) и телевизионные камеры, дающие информацию экипажу о пространственном движении корабля. Началась разработка тренажеров и методик ручного управления ориентацией, сближением и стыковкой с дальности 200-400 метров…

    В 1963 г. проектная разработка 7К завершилась выпуском исходных данных на конструкцию и системы корабля и его спускаемого аппарата. С середины 1963 г. начался выпуск конструкторской документации и работы у смежников. В конце 1963 г. С.П.Королев поставил задачу проработать трехместный вариант корабля 7К для орбитальных полетов, и такой вариант вскоре был спроектирован.

    Однако создание корабля для облета Луны руководством страны было поручено ОКБ-52 В.Н.Челомея, поэтому разработка лунного комплекса 7К-9К-11К в ОКБ-1 была прекращена. С весны 1964 г. все силы ОКБ-1 были брошены на переделку «Востока» в трехместный «Восход». Тем не менее, в конце 1964 г. Сергей Павлович Королев принимает решение использовать 7К для отработки системы сближения и стыковки на околоземной орбите. Так лунный облетный корабль 7К превратился в орбитальный корабль 7К-ОК. Для выведения 7К-ОК на орбиту была существенно модернизирована ракета-носитель с целью увеличения массы полезного груза, появилась двигательная твердотопливная система аварийного спасения и РН (11А511) получила название «Союз» и тот облик, который мы привыкли видеть на экранах телевизоров…

    В 1963 г. С.П.Королев посетил Киев по выбору и согласованию предприятий для расширения своей производственной базы. В этом вопросе ему помогла активность руководителей заводов, которые отнеслись к предложениям Главного конструктора с большим интересом. Думающих директоров увлекала не столько задача загрузки на ближайшие дни, сколько перспектива освоения новых изделий. С.П.Королев возвращался в Москву, заручившись согласием ЦК Компартии Украины и Киевского совнархоза на использование двух заводов: КРЗ - Киевского радиозавода и «Киевприбора». Оба эти завода впоследствии заняли ведущую роль в производстве сложной радиоэлектронной аппаратуры для ракетно-космической техники.

    В 1995 г. Киевский радиозавод получил конструкторскую документацию от НИИ – 648 (впоследствии - московский Институт точных приборов) на аппаратуру «Игла», активную и пассивную, для организации серийного производства. В середине 80-х годов был осуществлен переход на более надежную цифровую, резервированную аппаратуру стыковки «Курс».Так, более сорока лет, содружество и сотрудничество РКК «Энергия», Института точных приборов и Киевского радиозавода обеспечивало все этапы развития пилотируемой космонавтики…

    14 января 1966 года умер Сергей Павлович Королев. Он умер, и с ним умерло многое из того, что задумывалось. Уход из жизни Главного конструктора многое изменил в развитии космической техники. Это можно осознать и оценить только сейчас, по прошествии более сорока лет…

    Преемник С.П.Королева – В.П.Мишин - уделял большое внимание разработке и отработке «Союза». В марте 1966 г. он с целью сосредоточения усилий предприятия на этой теме своим приказом закрыл работы по кораблям «Восход», по которым уже был подготовлен ряд экспериментов, в частности эксперимент с созданием искусственной тяжести за счет вращения космического корабля и последней ступени РН, соединенных тросовой системой. На принятие решения о запуске пилотируемых «Союзов», несомненно, повлияло настойчивое требование руководителей партии и правительства страны возобновить полеты советских космонавтов, приурочив их к празднованию 50-летия Октябрьской социалистической революции. Ведь к этому времени в СССР уже почти два года не было пилотируемых полетов.

    К осени 1966 г. были изготовлены первые летные корабли «Союз». Предполагалось осуществить два беспилотных пуска активного и пассивного «Союзов» для выполнения первой автоматической стыковки, а затем корабли № 3 и № 4 должны были полететь уже с экипажами на борту. Однако, летные испытания нового корабля пошли по другому более драматичному сценарию. 28 ноября 1966 г. был запущен первый 7К-ОК(А) № 2 («Космос-133») – СОУД оказался неработоспособен – при монтаже приборов был неправильно установлен датчик угловых скоростей, объект был потерян. 14 декабря 1966 г. пуск 7К-ОК № 1 не состоялся из-за возникшего замечания к РН перед стартом и затем через 20 минут сработала система аварийного спасения корабля, что привело к пожару и взрыву РН на стартовом комплексе. Запуск 7К-ОК №3 («Космос-140») состоялся 7 февраля 1967 г. – несмотря на ряд замечаний в полете, корабль выполнил сход с орбиты, совершил посадку в Аральском море и утонул (прогар днища спускаемого аппарата).

    Результаты трех беспилотных пусков «Союзов» были подвергнуты тщательному анализу, выданы соответствующие рекомендации по их устранению и проведены доработки. После этого большинство руководителей и главных конструкторов высказались за переход к пилотируемым полетам «Союзов».

    23 апреля 1967 г. стартовал пилотируемый корабль «Союз-1» 7К-ОК(А) № 4 с космонавтом В.М.Комаровым. На следующий день предусматривался старт «Союза-2» 7К-ОК(П) № 4 с экипажем из трех космонавтов (В.Быковский, А.Елисеев и Е.Хрунов). Однако после выведения «Союза-1» на орбиту сразу же начались проблемы: не раскрылась левая панель солнечных батарей, не работала солнечно-звездная система ориентации, был ряд других замечаний. Проанализировав критическую ситуацию на борту, Госкомиссия приняла решение отменить пуск «Союза-2» и готовить досрочный спуск «Союза-1». В.Комарову, несмотря на замечания к ионной системе ориентации при торможении все же удалось свести корабль с орбиты; из-за неразделения отсеков спуск выполнялся по баллистической траектории, а на последнем участке полета не раскрылся тормозной основной и резервный парашюты.

    Катастрофа «Союза-1» и гибель В.Комарова была потрясением для всей страны. Тяжело ее переживали все, кто участвовал в разработке и изготовлении «Союзов». Госкомиссия решила провести тщательную доработку 7К-ОК, выполнить наземные и летные испытания беспилотных кораблей и только после этого вновь вернуться к пилотируемым полетам.

    27 октября 1967 г. стартовал 7К-ОК(А) № 6 («Космос-186»). 30 октября был запущен 7К-ОК(П) № 5 – бывший «Союз-2», старт которого был отменен в апреле, – он получил название «Космос-188». Пассивный корабль был выведен на заданную орбиту и он оказался всего в 24 км от активного. Сразу же была выдана команда на сближение. И наконец-то долгожданная удача – корабли состыковались! Таким образом, 30 октября 1967 года была выполнена первая в мире автоматическая стыковка двух космических кораблей.

    «Корабли действительно состыковались: космическое чудо свершилось, они летели вместе, связанные стыковочным механизмом… Самым важным в этом по-настоящему космическом деле оказалось то, что уникальное достижение не стало научно-техническим трюком, чтобы только показать, лишь продемонстрировать, на что способна страна Советов, как это неоднократно бывало у нас; оно положило начало целому направлению в пмлотируемой космонавтике, сначала советской, а затем международной, Можно без преувеличения сказать, что автоматическая стыковка стала одним из краеугольных камней, на которых держалась и до сих пор держится техника пилотируемого космического полета».

                    (В.С.Сыромятников, конструктор механизмов и инженерных систем для космических аппаратов, ОКБ-1)

    Летные испытания были продолжены: 14 апреля 1968 г. – запуск 7К-ОК(А) № 8 («Космос-212») и на следующий день выведение на орбиту 7К-ОК (П) № 7 («Космос-213»), автоматическая стыковка и успешная работа стыковочного агрегата, совершившего жесткое механическое соединение кораблей с соединением всех разъемов в СТА.

    Пилотируемый полет состоялся только 25 октября 1968 г. - корабль «Союз-3» - 7К-ОК(А) № 10 с летчиком-космонавтом Г.Т.Береговым выполнил автоматическое сближение до дальности 200 м с беспилотным кораблем «Союз-2» 7К-ОК(П) № 11 и далее в режиме ручного управления причаливание выполнить не удалось.

    Так началась программа отработки режимов сближения и стыковки; предстояло пройти длительный путь, который в конечном итоге привел к созданию надежной транспортной системы…

    В американской пилотируемой программе задача сближения и стыковки также рассматривалась как одна из важнейших операций космического полета. Такая задача была поставлена перед пилотируемым космическим кораблем второго поколения «Джемини» (первый американский пилотируемый суборбитальный полет был совершен на корабле «Меркурий» 5 мая 1961 г.). Проект этого космического корабля был разработан в период 1962-1963 гг. и летные испытания беспилотных кораблей начались в апреле 1964 г., а первый пилотируемый полет состоялся 23 марта 1965 года. Первое сближение (без стыковки) было выполнено в полете кораблей «Джемини-6» и «Джемини-7» 15 декабря 1965г.; при сближении использовался бортовой радиолокатор и все операции маневрирования выполнялись в ручных полуавтоматических (с использованием бортового компьютера) режимах управления. Далее в соответствии с программой отработки предусматривалась стыковка с разгонным блоком «Аджена», выводимым на орбиту отдельным пуском. Процесс летной отработки тоже оказался очень непростым, первая стыковка с разгонным блоком «Аджена» состоялась 16 марта 1966 г. при полете корабля «Джемини-8». Полученный опыт этих работ потом будет использован американскими специалистами в программе «Аполлон»…

    В Советском Союзе корабль «Союз» послужил основой для ряда проектов: программы беспосадочного облета Луны УР-500К-Л-1 ( корабли Л-1, в том числе совершившие беспилотные полеты к Луне в период 1967 – 1970 гг.), программа высадки человека на Луну Н1-Л3 - лунный орбитальный корабль ЛОК (программа 1964 –1974 гг., не завершившая отработку носителя Н-1), несколько модификаций кораблей для военно-прикладных исследований, корабль «Союз-М» для первой международной программы «Союз-Аполлон».

    Из всей этой группы долгую жизнь получил корабль «Союз-Т», «Союз-ТМ», «Союз-ТМА», прошедший длительную беспилотную отработку (шесть успешных полетов с 1974 по 1979 гг.) и начавший пилотируемые полеты с июня 1980 г. В разработке «изделия 11Ф732» - такой заводской индекс получил этот корабль - был реализован ряд прогрессивных технических решений. Это и стыковочный агрегат с внутренним переходом ССВП, объединенная двигательная установка, имеющая общие баки с топливом для всех видов реактивных двигателей, существенно улучшившая энергетические возможности корабля. Это резервированное построение всех бортовых систем, позволившее в итоге сформулировать основное требование: корабль должен выполнять целевую задачу полета при одном произвольном отказе аппаратуры и обеспечивать спасение экипажа при двух произвольных отказах. Это и разработка системы управления движением и навигации следующего поколения на основе бортового вычислительного комплекса и построение процессов управления на основе бесплатформенных инерциальных навигационных систем (БИНС), корректируемых по сигналам различного рода измерительной датчиковой аппаратуры.

    Система управления (СОУД) 7К-ОК была построена на принципе простой аналоговой системы прямого управления, когда сигналы датчиков непосредственно преобразуются в команды на двигатели. При всей простоте этих систем они неустойчивы к сбоям и отказам в датчиковой аппаратуре. Особо чувствительной эта проблема оказалась в достаточно сложном управлении процессом сближения: сбои и шумы в сигналах «Иглы» приводили к невыполнению основной задачи полета – стыковке. В системе управления второго поколения кораблей серии «Союз-Т» сам процесс регулирования выполняется по «прогнозируемому» инерциальной системой движению; наличие качественной информации о всех параметрах движения корабля позволило реализовать оптимальное по расходам топлива управление и автоматический контроль процесса работы системы и ее датчиковой аппаратуры.

    «Больше четверти века назад, когда цифровая техника воспринималась как огромного размера калькуляторы, требующие просторных машинных залов, Владимир Николаевич Бранец решил поставить на космический корабль бортовой компьютер… Он придумал использовать для задач ориентации космических кораблей экзотический математический аппарат – кватернионы, введенные в середине XIX века Гамельтоном, но до Бранца не имевшие практического применения. Он собрал очень сильную команду, с которой реализовал эти идеи, да с таким успехом, что сегодня никто и помыслить не может, что должно быть иначе».

              Юрий Батурин, летчик-космонавт, Герой России

    Серьезная отработка процессов сближения и стыковки началась в программе длительных орбитальных станций, когда процесс сближения и стыковки получил практическое применение.

    Проектные исследования по орбитальным пилотируемым станциям ОПС с 60-х проводились в ОКБ-1 С.П.Королева и позднее в ОКБ-52 В.Н.Челомея. В 1964 г. В.Н.Челомей предложил концепцию такой станции для решения оборонных, научных и народнохозяйственных задач. Размеры этой станции определялись возможностями носителя УР-500К, получившего название «Протон». Эскизный проект станции «Алмаз» был разработан в 1966 г., на следующий год вышло постановление Правительства о начале работ; предусматривалась создание собственно орбитальной станции и пилотируемого транспортного корабля снабжения ТКС, содержащего возвращаемый аппарат ВА и функционально грузовой блок ФГБ, решающий задачи орбитального полета, в том числе сближения и стыковки. В.Н.Челомей поручил разработку системы управления сближением для ОПС «Алмаз» и ФГБ харьковской организации В.Г.Сергеева (КБ Электроприборостроения, впоследствии - «Хартрон»), осуществившая эту разработку под руководством Я.Э.Айзенберга.

    Ряд ведущих сотрудников ЦКБЭМ в конце 1969 года вышли с предложением создать за год орбитальную станцию на базе разработанного корпуса ОПС «Алмаз» с использованием бортовых систем управления корабля «Союз». Эта идея родилась в том числе из-за серьезных трудностей и задержек в создании «Алмаза» и была поддержана руководством страны. Так было положено начало серии орбитальных станций «Салют». Для полетов к орбитальным станциям корабль 7К-ОК был модернизирован, и одной из основных доработок была установка стыковочного узла с внутренним переходом ССВП к тому времени уже разработанного; этот корабль получил после этого обозначение 7К-Т.

    Длительные орбитальные станции ДОС разработки ЦКБЭМ (ОКБ-1) и орбитальный пилотируемый комплекс «Алмаз» ЦКБМ (ОКБ-52) имели одинаковый корпус станции, оборудованный одним пассивным стыковочным узлом. На первом этапе создания станции «Алмаз» было принято решение использовать для доставки экипажей транспортный корабль «Союз», поэтому ОПС оборудовался не только унифицированными агрегатами стыковки, но и аппаратурой сближения и стыковки. В период с 1971 по 1977 г.г. на орбите отработало четыре станции первого поколения: «Салют-1» (ДОС, запуск 19.04.1971 г.), «Салют-3» («Алмаз», запуск 25.06.1974 г.), «Салют-4» (ДОС, запуск 26.12.1974 г.) и «Салют-5» («Алмаз», запуск 22.06.1976 г.). Эти станции, не имея возобновляемых ресурсов, могли обеспечить работу только двух пилотируемых экспедиций. К тому же из 7 полетов кораблей «Союз» 7К-Т на двух были отказы аппаратуры «Игла». Отказы были и при стыковках в автономных пилотируемых полетах.

    Орбитальные станции следующего поколения «Салют-6» (ДОС, запуск 29.09.1977 г.) и «Салют-7» (ДОС, запуск 19.04.1982 г.) уже имели по два стыковочных порта, и для обеспечения снабжения станции расходуемыми материалами на базе корабля 7К-Т и его бортовых систем был разработан грузовой беспилотный корабль «Прогресс». Обеспечение станции топливом, расходуемыми материалами системы жизнеобеспечения совершенно изменили ситуацию, и станции реально стали долговременными. На станции «Салют-6» проработало пять основных длительных экспедиций и 11 экспедиций посещения; в процессе работы этой станции был осуществлен переход от кораблей 7К-Т к кораблям «Союз-Т». Сближения и стыковки становились регулярными событиями, на которые в ЦУП собирались все участники работ по кораблям и станциям.

    На станции «Салют-7» было 4 основных длительных экспедиций, 4 экспедиции посещения и одна «ремонтная» экспедиция, выполненная на «Союзе Т-13» для восстановления отказавшей системы энергопитания станции. История этого полета такова: с началом полетов «Союза-Т» надежность выполнения полетных операций повысилась, но «Игла» оставалась нерезервированной. За 15 полетов этого корабля было два замечания к «Игле»: флюктуации сигналов и неправильный выбор шкал дальности, однако, математическая фильтрация сигналов и управление сближением по «прогнозу» движения позволили выполнить сближение и при этих замечаниях. Тем не менее, при полете «Союза-Т8» произошло нераскрытие антенны и «Игла» оказалась полностью неработоспособной. Сближение в ручном режиме с дальности ~5-6 км (точность прогноза за три витка) не получилось.

    Нам, разработчикам новой системы управления, это показалось очень обидным – корабль не выполнил целевую задачу полета! (Замечу, что это единственный случай во всей серии этих кораблей). Пришла идея: на среднем участке сближения (10-15 км) корабль ориентируется своей продольной осью, т.е. осью оптического визира на прогнозируемое положение цели, и в это же время реальная цель уже хорошо видна! А стало быть, промах наблюдаем и может быть скорректирован! Были разработаны методики, разработано дополнительное программное обеспечение бортовой ЦВМ для резервного режима сближения. И случай вскоре представился: на станции «Салют-7» в феврале 1985 г. нештатная ситуация в одной аппаратуре привела к потере системы электропитания станции, т.е. не работали все бортовые системы! Мы предложили использовать этот режим для полета и стыковке к «молчащей» станции. Полет был блестяще выполнен всеми службами и экипажем В.Джанибековым и В.Савиных., восстановивших работоспособность станции…

    В НПО Машиностроения (ОКБ-52, ЦКБМ) к 1977 г. заканчивалась разработка большого транспортного корабля ТКС. Между нашим коллективом и разработчиками системы управления ТКС из «Хартрона» сложились дружеские отношения. Они были первыми последователями идей применения бесплатформенных навигационных систем, и мы делились с ними опытом в разработке и особенно в задачах сближения, в работе аппаратуры «Игла», а впоследствии – «Курс».

    ТКС № 2 («Космос-1267) 19.07.1981 г. состыковался к станции «Салют-6» и выполнил подъем орбиты станции, а затем 29.08.1982 г. сведение ее с орбиты. ТКС № 3 («Космос-1443) и ТКС № 4 («Космос-1686) осуществили стыковку к станции «Салют-7».

    Накопленный опыт в организации длительного функционирования пилотируемых орбитальных станций позволил НПО «Энергия» разработать и осуществить впоследствии 15 летний полет стации «Мир» - станции нового поколения модульной конструкции, собираемой в космосе в процессе полета. Для обеспечения сближения и сборки больших конструкций была разработана резервированная цифровая радиоаппаратура «Курс», установленная вместо «Иглы» на кораблях «Союз-ТМ», грузовых кораблях «Прогресс-М/М1» и модулях «Квант-2», «Кристалл», «Спектр», «Природа», созданных на базе ТКС («Квант-1 стыковался с использованием аппаратуры «Игла»).

    Заметим, что в программе «Мир» было осуществлено более 100 автоматических стыковок.

    Созданная транспортная система и задел по орбитальным модулям позволил России стать одним из лидеров при создании и эксплуатации международной космической станции, где операции сближения и стыковки являются определяющими для успешной работы. РКК «Энергия» им. С.П.Королева в последние годы прорабатывала проекты дальнейших шагов в развитии космических программ путем перехода к экономически более эффективным многоразовым транспортным системам, выполняющим операции сборки космических комплексов на орбите.

    Мы считаем создание многоразовых транспортных систем альтернативой и дополнением к программе создания современных ракет–носителей, создающей новые возможности как для перспективных автоматических межпланетных программ, так и для будущих пилотируемых дальних экспедиций.




.

 
 
 
  Последние новости 12.11.2018: Состоялся первый коммерческий пуск РН Electron
12.11.2018: Китай к 2025 году запустит еще девять метеоспутников "Фэнъюнь"
08.11.2018: Китай впервые представил макет базового модуля перспективной космической станции
08.11.2018: Главу Итальянского космического агентства отправили в отставку





© Space-Inform,  Kiev, 2001  
 

При использовании материалов ссылка на "СПЕЙС-ИНФОРМ" обязательна