1.10 «Молния» над Землей
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.
Когда воспроизвели новые орбитальные условия в барокамере, обнаружили, что замерзли электрические кабели, обмотанные «не той» изоляцией, а силы пружин не хватило. В те годы хорошо отлаженной методики отработки механизмов раскрытия и развертывания еще не существовало.
Сотрудников нашего отдела привлекли к возникшей проблеме не только в качестве консультантов. Как часто бывало при серьезных отказах, дело не ограничилось усовершенствованием дефектного узла, шарниров штанг, отягощенных электрическими кабелями. К пружинному механизму решили добавить электропривод, который мы разработали спешно, в аварийном порядке. Идея заключалась в том, что в случае возрастания сопротивления привод не только мог повернуть застывший шарнир; существенное преимущество модифицированной конструкции состояло в возможности многократного включения. При замерзании можно было повторно включить привод, предварительно подставив замерзшую сторону Солнцу. Подобные конструкции, способные гибко выполнять свои функции, мы стремились использовать во многих проектах в последующие годы.
Опыт давался непросто, часто болезненно, но входил в нас крепко и надолго. Через много лет мне самому пришлось заниматься созданием и раскрывающихся СБ, и механизма остронаправленных антенн.
Третья «Молния», запущенная в апреле 1965 года, раскрылась нормально и успешно транслировала телепередачи с Красной площади о первомайских торжествах.
Рассказывая о первом происшествии уже на орбите, я забежал вперед. Надо вернуться к проектному этапу.
«Молния» содержала целый ряд электромеханических систем. Не могу не остановиться подробнее на оригинальной и эффективной системе силовой гиростабилизации. Концепцию гироскопического маховика предложил и спроектировал сотрудник Раушенбаха, тогда — кандидат физико–математических наук Е. Н. Токарь. Я часто сталкивался с этим очень талантливым человеком. Система гиростабилизации была, пожалуй, его самой крупной и яркой практической разработкой. Вскоре он защитил докторскую диссертацию, посвященную гироскопическим устройствам для космической техники, а позднее стал больше заниматься теорией и преподавательской деятельностью и почти отошел от практических дел. Четверть века спустя мы с главным управленцем В. Н. Бранцем, тоже активным участником создания системы управления «Молнии», работая над солнечным парусным кораблем, пытались привлечь Токаря к проектированию, но по–настоящему увлечь его не смогли. А жаль, концепция парусника базировалась на использовании гироскопических эффектов для управления ориентацией необычной тонкопленочной конструкции огромных размеров. Опыт и талант создателя гиростабилизатора «Молнии» могли бы принести огромную пользу.
Поначалу Калашников толкал наш отдел к тому, чтобы взять детальную разработку гиростабилизатора на себя. Однако вскоре мы поняли, что ни у нас, ни у нашего производства нет необходимых для этого условий. К тому же мы только приступили к проекту стыковочного механизма для кораблей «Союз». Несмотря на всю мою жадность к новой интересной работе, техническое задание на гиростабилизатор ушло на сторону. Системой стал заниматься ВНИИ электромеханики под руководством Н. Н. Шереметьевского. Лабораторию, которой поручили эту тему, возглавлял другой очень талантливый инженер и ученый И. А. Вевюрко. О нем тоже надо рассказать подробнее.
Вевюрко был инженером–электромехаником широкого диапазона и человеком величайшей преданности делу. За свою творческую жизнь он создал несколько принципиально новых прецизионных систем, в том числе и этот гироскопический стабилизатор. Блестящая концепция, предложенная Токарем, нашла не менее выдающихся исполнителей, хотя, пожалуй, последнее слово не отражает того вклада, который внесли Вевюрко и его товарищи в конструкцию силового гиростабилизатора. Это была по–настоящему уникальная разработка: маховик мог отклоняться в упруго–вязком подвесе, поддерживая ориентацию всего спутника продольной осью на Солнце, подставляя его лучам «ромашку», лепестки солнечный панелей; кроме того, скорость вращения маховика могла изменяться, за счет чего спутник поворачивался вокруг продольной оси так, чтобы антенны смотрели на Землю. Все работало как часы, по командам от солнечных и земных датчиков. Насколько мне известно, за долгие 30 лет эксплуатации «Молнии» не зафиксировано ни одного существенного отказа силового гиростабилизатора.
Честь и хвала создателям этой системы!
Согласно общепринятому мнению, в длительном полете первой отказывает электромеханика, а уже потом электроника. Для нашего спутника связи статистика в полете в целом печальна: среднее время наработки до отказа (СВНдО) составляло всего 2,5 года. Так вот, на практике основная вина ложилась в основном на электронные приборы. Нужно сказать, что с самого начала перед разработчиками «Молнии» ставилась сравнительно скромная задача: обеспечить работоспособность спутника связи в течение примерно двух лет. Тогда, в начале 60–х, такой срок казался немалым. Несмотря на большой опыт и хорошую базу, пришлось изрядно потрудиться, чтобы увеличить ресурс работы и повысить надежность многих систем. Однако прошли годы, а средний срок эксплуатации советских спутников связи лишь на немного превысил 2–летний период, тогда как для передовых зарубежных компаний космической связи он перешел 10–летний рубеж.
Невысокая надежность компенсировалась большим числом спутников: в среднем, на орбиту ежегодно запускалось по пять «Молний». Всего с 1965 по 1984 год запустили 102 «Молнии», причем 10 — только в 1975 году! Солидная доля этих спутников обслуживала Министерство обороны и так называемые спецканалы — связь для высших партийных и административных органов.
Интересно, подсчитывалась ли стоимость этого космического сервиса и оценивалась ли его эффективность?
Новой принципиальной задачей для нашего отдела стало создание следящего привода для основной антенны ретранслятора «Молнии». Мне пришлось руководить этой разработкой.
Трансляция видеосигнала и звукового сопровождения, то есть прием сигнала на борт, усиление и обратное излучение на Землю, производилась через параболические остронаправленные антенны. Корпус спутника постоянно ориентировался на Солнце так, чтобы панели СБ освещались и генерировали электроэнергию, а специальная система дополнительно вращала антенны таким образом, чтобы их ось направлялась на Землю. Только в этом случае обеспечивалась ретрансляция достаточно мощного радиосигнала.
Уже в принципиальной схеме нашего привода многое получилось необычным. Требовалось обеспечить не только слежение с малой скоростью, но и быстрый поиск Земли; в результате появились два контура управления и дополнительные элементы. Совсем уж экзотическим стало требование сбалансированности вращающихся частей: говоря техническим языком, чтобы исключить рывки при трогании и остановке привода, требовалось «обнулить» суммарный момент количества движения вращающихся деталей. Это было важно для того, чтобы антенна, расположенная на длинной штанге, в свою очередь, не дергалась и не вносила искажений в передачу ТВ–сигнала и другой информации. В конструкцию привода ввели небольшой маховик, который компенсировал избыток кинетического момента.
Два других специфических требования предъявлялись к следящему приводу антенны: высокая точность наведения и длительный ресурс работы. То, что привод находился в открытом космосе, в глубоком вакууме, усложняло задачу; до этого времени мы еще не создавали подобных конструкций. Возникло сразу несколько серьезных проблем, которые удалось довольно быстро решить.
Как и большая часть остальной аппаратуры спутника, привода работали от источника постоянного тока. В те годы еще не существовало бесщеточных электродвигателей. Не имея альтернативы, мы решили базироваться на старой доброй «серии Д» завода «Машиноаппарат». Чтобы оставаться на этой технической базе, необходимо было увеличить ресурс двигателей с нескольких десятков часов до нескольких тысяч. Даже в случае успеха не приходилось рассчитывать на то, что щетки так долго проработают в глубоком вакууме. Вспомнив, как несколько лет назад мне удалось решить проблему электропотребления насосов для перекачки теплоносителя космического корабля «Восток», я предложил снизить скорость вращения будущего электродвигателя в несколько раз. Это позволяло убить двух зайцев: во–первых, уменьшался суммарный пробег щеток, то есть сокращался своеобразный километраж; во–вторых, резко уменьшались динамические нагрузки на щетки, которые определялись в основном биением коллектора за счет неточности ряда деталей и возрастали пропорционально скорости вращения, да еще — в квадрате. Первые экспериментальные результаты, как и пять лет назад, превзошли все оптимистические прогнозы, их тоже можно было возводить в квадрат.
Второй шаг заключался в том, что мы решили загерметизировать весь привод, создать нормальный воздушный климат для всех трущихся элементов, включая щетки электродвигателя; для всех подвижных деталей, кроме одной — уплотнителя выходного вала, первого космического сальника. Трудно было рассчитывать на то, что в коварном космосе сальник почти непрерывно проработает несколько лет и сохранит герметичность; а если он потечет, то щетки все?таки износятся. Решили воспользоваться древнейшим способом повышения надежности — дублированием: поставили дополнительный уплотняющий барьер. Чтобы застраховаться, прибегли к еще одной электромеханической, точнее — магнитной хитрости. Совместно с машиноаппаратчиками сконструировали специальную магнитную муфту. Две ее части — ведущая и ведомая, разделенные тонким немагнитным экраном, — могли вращаться синхронно, передавая крутящий момент. Преимуществом такой муфты перед сальником стало отсутствие в ней трущихся «со злобой» (по выражению Вильницкого), то есть под нагрузкой, деталей. Все щетки, все другие быстровращающиеся элементы остались за вторым магнитным барьером.
Позднее на заводе «Машиноаппарат» создали целую серию магнитных муфт, и даже электродвигателей со встроенными муфтами такого типа. Эта электромеханика с магнитными компонентами до сих пор функционирует на космических орбитах, спутниках связи и других космических аппаратах.
Привод разрабатывали наши лучшие конструкторы, среди них В. Кульчак и Р. Максимова; много сил отдал этому делу наш ветеран В. Корчинский, тоже пришедший к нам из ЦАКБ, от Грабина. Электрическую схему привода «вязала» лаборатория О. Розенберга, в которой также испытывался привод на Земле.
Следящий привод антенны действительно получился хорошим: исправно, без сбоев он отслеживал Землю с орбиты, не отказал, не подвел за 30 лет эксплуатации спутника связи. За это время в космосе побывало в общей сложности несколько сотен этих приводов.
Остановлюсь еще на двух направлениях, к которым имел отношение наш отдел.
Первое из них было связано с системой терморегулирования, сокращенно — СТР, для которой мы традиционно разрабатывали электромеханические узлы: привода, регуляторы и насосы, часто называемые у нас гидроблоками. Тоже традиционно, начиная с «Востоков», СТР базировалась на жидкостном контуре теплоносителя, с помощью которого тепло отбиралось от энергопотребляющих приборов и узлов и сбрасывалось в космос через наружный радиатор. Эта эффективная система очень подходила для космических кораблей, составленных из нескольких отсеков, включая покрытый теплозащитой СА. СТР перекочевала на беспилотные космические аппараты, в том числе на «Молнию». Причина такого постоянства, в частности, связана с тем, что все приборные отсеки аппаратов выполнялись герметичными. Так, конечно, было спокойнее: степень риска в привычной для приборов рабочей среде уменьшалась. Однако проводимая техническая политика надолго затормозила создание приборов, способных функционировать в вакууме. Порой разработчик просто не знал возможности своего изделия: испытания в вакууме не проводились, и он не мог дать никаких заключений о работоспособности прибора или отдельного компонента. Это обстоятельство дополнительно затормозило развитие советской космической электроники и средств связи, которые так и не смогли выйти на передовые позиции, если не сказать хуже.
До самого последнего времени советские (и российские) спутники связи летали в герметичном исполнении, а аппаратура охлаждалась при помощи теплоносителя. Лишь с созданием спутников нового поколения «Ямал» появилась новая электроника и новая СТР, но это уже новое время и другой рассказ.
Второе направление, связанное с необходимостью увеличить продолжительность жизни аппаратуры, заставило приступить к созданию компонентов с длительным ресурсом, в том числе электродвигателей. За разработку бесщеточных двигателей постоянного тока взялся ВНИИ электромеханики, где под руководством И. Вевюрко и Е. Михайлова была создана уникальная серия электродвигателей с электронным коммутатором на базе датчика Холла, заменившим традиционные щетки. Сочетая разные направления современной механики, электротехники и электроники, талантливые инженеры продвинули эту область техники и подняли ее в те годы на очень высокую ступень.
Несмотря на некоторые издержки и недостатки с созданием «Молнии», с вводом ее в эксплуатацию в очень короткие сроки советская космическая связь сразу вышла на самые передовые позиции. Сложилась благоприятная ситуация, для того чтобы развивать эту отрасль в глобальном масштабе. Однако процесс шел медленно, со многими обычными для нас советскими перекосами, в первую очередь в части коммерческого использования космического экспорта. Здесь дела шли откровенно плохо по многим причинам, прежде всего из?за непонимания руководителями страны экономической перспективы нового вида связи. Пересиливало стремление закрыть, засекретить наши достижения, не допускать в этот мир «лазутчиков империализма». Были и другие причины субъективного характера.
В последующие годы техника космической связи в Америке, а затем и в Европе, в первую очередь за счет геостационарных комсатов (Comsat [communication satellite] - спутник связи), ушла далеко вперед. В то же время никто не воспроизвел «Молнию», с ее оригинальной, самобытной концепцией спутника связи, способного обслуживать районы высоких и приполярных широт, практически невидимых с геостационарной орбиты.
Уже в 1965 году началось изготовление спутника связи на Красноярском специализированном предприятии с условным названием КБ точной механики. Еще один королёвский ведущий конструктор–ракетчик М. Ф. Решетнев стал сначала главным конструктором «Молнии», а позднее — Генеральным конструктором спутниковых систем связи.
С одной стороны, решение о передаче связной темы было правильным. Расширялась география космической техники, к ее развитию привлекались новые силы. К тому же, Сибирь, после Дальнего Востока, оказалась самой заинтересованной в средствах космической связи. Но в принятом решении имелся существенный изъян: от этой важнейшей темы по существу отстранили наше головное КБ, в том числе уникальную группу проектантов В. Дудникова — тех, кто зачинал «Молнию», успешно довел ее до ума и дал путевку в жизнь, а за ними стояли конструкторы и создатели многих систем. Специалистам красноярского КБ под руководством Решетнева, которые сами не участвовали в разработке первой «Молнии», потребовалось немало времени, чтобы начать собственные проекты.
Многие осуждали и осуждают Королёва за этот поступок, считая его стратегически неправильным. Однако надо учитывать планы и действия нашего Главного и обстановку в РКТ в целом в середине 60–х. Прежде всего он расчищал дорогу пилотируемой космонавтике, в развитие которой верил безгранично. Он, похоже, действительно надеялся, что в космос будут посылать даже по профсоюзным путевкам. В конце века это стали называть космическим туризмом, да еще с коммерческим уклоном.
Еще раз не могу не сказать: единственное, за что можно упрекнуть Королёва, так это за то, что его вовремя не сделали Генеральным конструктором. Думаю также, что Королёв скорректировал бы эти планы, оставив за собой принципиально новые связные разработки и общую техническую политику. Теперь известно только то, что его преемники не сделали этого. Группу Дудникова постепенно стали бросать на самые разные проекты; после смерти лидера коллектив распался, хотя отдельные его члены еще долгие годы занимались связным и просто космическим делом.
Потерянного не вернуть. Больше всего жаль специалистов ОКБ-1, в творческой жизни которых связная тема была главной и которые могли бы еще очень многое сделать для развития связи в нашей стране за все эти годы. Безусловно, техника советской космической связи развивалась бы более стремительно, могла бы сохранить передовые позиции и продвинуться вперед, если бы наше КБ непосредственно работало над созданием новых спутников связи, в частности — осваивало геостационарную орбиту.
Есть о чем пожалеть, однако прошлого, как известно, не вернешь. Жаль Славу Дудникова. «Молния» над Землей — это памятник ему и его товарищам.
Спустя 25 лет королёвское КБ под руководством Ю. П. Семёнова и под новым названием РКК «Энергия» вернулось к связной теме. Пришло время, когда многим стало ясно, какую роль играет космическая связь для стран и народов, для человеческой цивилизации в целом. В самом конце перестройки мне тоже пришлось прикоснуться к этой теме на проектном уровне. Базируясь на разработках КГК — крупногабаритных конструкций, в первую очередь многометровых разворачивающихся антеннах, — мы предложили создать большие связные платформы. Однако эта тема не нашла поддержки и была закрыта, видимо, для таких больших конструкций еще не пришло время. Позднее в РКК «Энергия» разработали и запустили на геостационарную орбиту спутник связи классической размерности «Ямал», о котором уже упоминалось. Это произошло в новые времена, на рубеже веков, в 1999 году.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.