1.9 Трение в космосе

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.

Поделитесь на страничке

Следующая глава >

Похожие главы из других книг

В КОСМОСЕ ИНЖЕНЕР — ИСПЫТАТЕЛЬ

Из книги О космолетах автора Феоктистов Константин Петрович

В КОСМОСЕ ИНЖЕНЕР — ИСПЫТАТЕЛЬ Нетрудно убедиться, что интерес к событиям технического прогресса всегда проходит через три этапа. Первый — это огромный, всеобщий, хотя и несколько поверхностный интерес к новому достижению, которое независимо от своего содержания и


Дуэт в космосе

Из книги Автопортрет: Роман моей жизни автора Войнович Владимир Николаевич

Дуэт в космосе Упоминавшийся мною выше полет космонавтов Николаева и Поповича с исполнением ими дуэтом «14 минут до старта» состоялся в августе 1962го. Что тут началось! Издательства, журналы и газеты наперебой предлагали мне издать сборник, подборку или отдельные


Катастрофа в космосе Владимир КОМАРОВ

Из книги Звездные трагедии автора Раззаков Федор

Катастрофа в космосе Владимир КОМАРОВ Первая серьезная катастрофа в космосе, связанная с советским космонавтом, случилась весной 1967 года. Тогда погиб Владимир Комаров.В марте того рокового 67-го Комарову исполнилось 40 лет. Эту дату он встретил в прекрасном расположении


«Песчинка» в космосе

Из книги С Антарктидой — только на "Вы": Записки летчика Полярной авиации автора Карпий Василий Михайлович

«Песчинка» в космосе А тут еще, как назло, закончилось моторное масло. Где брать? На корабле бочки с маслом есть, но он подойдет к «Молодежной» только к концу сезона. Выручил Михаил Михайлович Поляков, начальник базы «Союз» — он сообщил, что в «запасниках» базы «Эймери»,


Катастрофа в космосе

Из книги Разговоры с Раневской автора Скороходов Глеб Анатольевич

Катастрофа в космосе Погиб Комаров. Я позвонил Ф. Г. минут через пятнадцать после того, как об этом сообщило радио. Неожиданная смерть космонавта, трагическая смерть не может не потрясти. Почему-то самым ужасным показалось его предсмертное состояние: корабль затормозить


3.14   Строительство на Земле и в космосе

Из книги 100 рассказов о стыковке [Часть 2] автора Сыромятников Владимир Сергеевич

3.14   Строительство на Земле и в космосе В конце 70–х и в начале 80–х годов я оказался вовлеченным в строительство на Земле. Так вышло, что сначала это было строительство нового корпуса, который мы спроектировали для нашего 6–ти степенного стенда «Конус», а несколько лет


И вновь я в космосе

Из книги Есть только миг автора Анофриев Олег

И вновь я в космосе И вновь я в космосе, как дома. Где тесновато от коллег, Где мой и близкий и знакомый Весь золотой двадцатый век. Куда ни глянь, одни созвездья! Как ослепительны лучи! И как прекрасно в поднебесье От звезд, сверкающих в ночи! Имена, имена,


25 часов в космосе

Из книги 700.000 километров в космосе (полная версия, с илл.) автора Титов Герман Степанович

25 часов в космосе Когда мне объявили, чтобы я готовился к следующему полёту в космос, я с огромным энтузиазмом взялся за дело. Это было самое высшее счастье, какое я мог ждать в жизни. Вскоре нас пригласили туда, где создавался космический корабль, более совершенный, чем


Дуэт в космосе

Из книги Автопортрет: Роман моей жизни автора Войнович Владимир Николаевич

Дуэт в космосе Упоминавшийся мною выше полет космонавтов Николаева и Поповича с исполнением ими дуэтом «14 минут до старта» состоялся в августе 1962-го. Что тут началось! Издательства, журналы и газеты наперебой предлагали мне издать сборник, подборку или отдельные


Самое трудное в Космосе

Из книги Космонавт № 34. От лучины до пришельцев автора Гречко Георгий Михайлович

Самое трудное в Космосе Что самое трудное? Невесомость? Оторванность от Земли, от семьи? Аварийные ситуации? Нет. Самое трудное, как и на Земле, – говорить правду!Я должен был в открытом космосе проверить состояние стыковочного узла. Был ли он испорчен после неудачных


НЛО в Космосе

Из книги Юрий Гагарин автора Надеждин Николай Яковлевич

НЛО в Космосе Началось с того, что я увидел «летающие тарелки» и испугался! Я выглянул в иллюминатор и увидел, что нас преследуют «тарелки» – целая эскадрилья. Причем они идут четким зловещим строем, и иногда на них заметны даже красные проблески. Они меняли форму как


Бог не в Космосе, а в душе

Из книги Шахерезада. Тысяча и одно воспоминание автора Козловская Галина Лонгиновна

Бог не в Космосе, а в душе В Космосе Бога видели только в анекдотах. Анекдот на полях: В Кремле Хрущев отвел в сторонку Гагарина и спросил: «Юра, а ты Бога видел?» – «Да, видел. Есть Бог». – «Я так и знал. Только больше никому не говори», – сказал Хрущев. Потом Гагарин был на


41. Собака в космосе

Из книги Илон Маск [Tesla, SpaceX и дорога в будущее] автора Вэнс Эшли

41. Собака в космосе 3 ноября 1957 года, когда Юрий и Валентина были заняты организацией свадьбы, мир облетело известие о запуске второго спутника Земли. Внутри этого тяжёлого 508-килограммового модуля находилась живая собака по кличке Лайка (к слову, её настоящая кличка


Мыши в космосе

Из книги автора

Мыши в космосе Илону Маску исполнилось тридцать в июне 2001 года, и день рождения оказался для него серьезным ударом. «Я больше не вундеркинд», — сказал он Джастин серьезным тоном. В том же месяце Х. соm официально сменила название на PayPal — неприятное напоминание Маску о


В открытом космосе

Из книги автора

В открытом космосе И вот, наконец, наступил тот особенный день, когда всё, что касалось и было предтечей, оказалось позади: согласования позади, и испытания позади, и выпуск массы нужных бумаг – документов и чертежей, чей вес куда больше веса собственно конструкции, а