1.8 Стыковка: поиск, разработка, отработка — ПРО

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).

ШВП уникальны тем, что позволяют преобразовывать не только вращательное движение в поступательное как обычная пара винт—гайка (при втягивании и выдвижении штыря) с помощью привода, но и поступательное движение во вращательное — при амортизации соударения космических кораблей в начале стыковки. Нам удалось найти удачный прототип и довести его до ума, создав хорошую, технологичную конструкцию; мы даже получили на нее патент.

Первая версия ЭМТ представляла собой электродвигатель с постоянными магнитами и короткозамкнутым ротором. Именно ЭМТ, создающие торможение, пропорциональное скорости вращения ротора, заменили гидравлические амортизаторы. Их недостаток по сравнению с гидравликой состоит лишь в повышенной инерционности. Такие тормоза начал изготавливать наш основной смежник — завод «Машиноаппарат». Позднее по нашим техническим заданиям тормоза постепенно совершенствовались, их эффективность постоянно увеличивалась, а инерционность уменьшалась.

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.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.