1.20. Снова ПРО
1.20. Снова ПРО
Американцы, люди деловые и рациональные, очень любят сокращения, особенно в технике и прежде всего в космической. Одно из них — RD&D (Research, Design & Development), по–нашему ПРО (поиск — разработка — отработка). За свою инженерную карьеру мне пришлось много раз заниматься этим самым ПРО, в разных проектах, на всех этапах: от идей до летных испытаний. С конца 1968 до весны 1971 года ПРО системы стыковки для первой орбитальной станции «Салют» явилось, пожалуй, наиболее значительным этапом, можно сказать, событием для моего становления как конструктора, специалиста по орбитальной стыковке. Благодаря этому ПРО техника и технология стыковки поднялись на новый уровень, а мы сами стали лидерами в этой области. Когда число стыковок в космосе при помощи ССВП за 25 лет полетов приблизилось к 200, скупой на похвалы В. П. Легостаев, к тому времени вице–президент нашей корпорации, сказал: «Вам надо поставить памятник при жизни за вашу систему».
Как всегда, путь от идеи, от концепции до полностью отработанной, отлаженной системы был длинным и трудным и на Земле, и в космосе.
В лекциях по проектированию я также рассказываю своим студентам о том, что любая работа начинается с технического задания — ТЗ. Составление ТЗ — один из самых важных этапов проекта. Задание должно быть ясным и полным, а для этого надо хорошо понимать, что хочешь иметь в конце, во многих деталях и подробностях. В конце 1968 года, еще не представляя конечный результат, нам удалось, можно сказать, почти интуитивно, сформулировать ТЗ для будущей системы стыковки.
Еще раз следует остановиться на ряде важных особенностей нашего проекта.
Во–первых, как упоминалось, стыковочные агрегаты вместе со средствами управления требовалось разместить и на корабле, и на станции, и только в космосе они соединялись между собой. К тому же корабль и станция создавались на разных предприятиях разными коллективами конструкторов, у нас в Подлипках и в Филях, поэтому сначала нужно было состыковаться на Земле. Таким образом, впервые пришлось обеспечивать, как сейчас говорят, космический интерфейс. Кстати, этот опыт очень пригодился в международном масштабе, когда началась программа «Союз» — «Аполлон»,
Во–вторых, сложность заключалась в том, что впервые в космосе требовалось герметично соединить корабль со станцией, а у нас вообще не было опыта по созданию герметичных конструкций.
В–третьих, к этому герметичному космическому стыку предъявлялось несколько специфических, можно сказать, уникальных требований. После выполнения автоматического соединения он должен оставаться прочным и жестким под действием многотонных внутренних и внешних нагрузок. Надежность и безопасность стыка также должна соответствовать самым высоким космическим стандартам. Причем эти требования относились как к способности сохранять соединение, так и к возможности разъединяться, отстыковывать корабль от станции, в том числе экстренно, в любой момент.
В–четвертых, стыковочный механизм, в отличие от уже созданных нами конструкций, требовалось сделать достаточно компактным, портативным, чтобы его можно было установить на крышке переходного люка.
В–пятых, вся эта новая техника нуждалась в новых методах проверок и испытаний, и их требовалось разработать.
И, наконец, последнее, но немаловажное, в–шестых: новые методы наземных испытаний требовали многочисленного наземного оборудования, которое тоже надо было создать.
Если не считать стыковочного механизма, при выполнении задачи в целом у нас практически не было прототипов, на которые можно было опереться. По сути дела, пришлось начинать с чистого листа. Забегая вперед, надо сказать, что в целом мы справились с поставленной задачей. Этому способствовал ряд правильных основополагающих решений.
Мы начали с того, что использовали тот же самый рациональный подход, который применили шесть лет назад к стыковочному механизму, а его спроектировали в виде единого конструктивно и технологически законченного узла. И тогда, на заре техники соединения космических кораблей на орбите, и теперь этот метод оказался действительно эффективным и избавил нас от многих осложнений на всех последующих этапах, а также во всех наших последующих стыковочных проектах, включая международные программы.
В целом стыковочное устройство состоит из двух агрегатов: активного и пассивного, каждый выполнен и виде конструктивно законченного узла. В соответствии с той самой схемой деления — одного из основополагающих конструкторских документов — активный стыковочный агрегат со штырем приравняли к самостоятельному отсеку космического корабля; второй пассивный агрегат с конусом стал почти отсеком орбитальной станции.
В корабле «Союз» три основных отсека: спускаемый аппарат (А), приборно–агрегатный отсек (Б) и бытовой отсек (В). В схеме деления стыковочный агрегат получил статус самостоятельного отсека под индексом Г. Вместе с управленцами мы стали также создавать систему стыковки. Она состоит из нескольких контуров управления, включающих датчики, преобразователи информации, коммутационные приборы, механизмы с исполнительными приводами и пульты управления. Эти элементы расположены в разных местах и связаны между собой электрическими кабелями. Кроме того, система стыковки связана с другими системами корабля, которые обеспечивают электропитание, радиокоманды и телеметрический контроль, обмен другой информацией. В целом это непростая совокупность электронных и электротехнических компонентов, работающая в трех режимах: автоматическом, по радиокомандам с Земли, и ручном — по командам, выдаваемым космонавтами с пульта управления корабля.
Основой системы стыковки является все же стыковочный агрегат, там расположены все ее датчики и все исполнительные механизмы с электроприводами.
В свою очередь активный стыковочный агрегат состоит из двух главных частей. На корпусе со стыковочным шпангоутом смонтирован комплект замков, жестко соединяющих его с ответным агрегатом. Вторая часть — это стыковочный механизм, выполняющий основные функции по соединению кораблей от первого касания до соприкосновения шпангоутов. Кроме двух основных частей, в состав агрегата вошли крышка переходного люка, комплект электро- и гидроразъемов и других элементов.
Таким образом, в отличие от середины 60–х годов, когда мы создавали только стыковочный механизм для первых «Союзов», теперь нам предстояло разрабатывать целый агрегат. Его приравняли к отсеку космического корабля не просто формально, не только на бумаге. Сборку агрегата поручили цеху главной сборки, где изготавливались остальные отсеки корабля «Союз»; там появился наш сборочный участок.
Подчеркну, что создание герметичных стыковочных агрегатов с переходным тоннелем стало для нас новой и самой сложной конструкторской задачей, и мы не имели в те годы аналогов. Концепцию шпангоута с комплектом замков, которые обеспечивали соединение космического корабля с будущей орбитальной станцией, его надежность и безопасность в целом, удалось найти и обосновать довольно быстро. Набросав несколько вариантов, выбрали, как показала вся будущая практика, действительно очень удачную конструкцию, именно то, что требовалось. В ней сложилось всe: и силовая схема тяжело нагруженной конструкции, и подход к обеспечению несущей способности и герметичности, и принцип нераскрытия стыка, и удачный механизм стягивания с активными и пассивными крюками, и обеспечение высокой надежности и безопасности как при стыковке, так и при расстыковке, и даже универсальность, которую позднее назвали андрогинностью. В конце концов эта многофункциональная конструкция стала классической, в разных модификациях ее применили во многих стыковочных устройствах, в том числе в агрегатах для проекта «Союз» — «Аполлон», причем как в советском, так и в американском варианте. Еще двадцать лет спустя наши крюки стали стыковать американский «Спейс Шаттл». В XXI веке эти крюки стали соединять модули и корабли МКС — международной космической станции.
Иными словами, можно сказать, что мы предвосхитили перспективные требования многих космических проектов.
Вся работа над новым проектом, ответственное задание, о котором я мог только мечтать, стало идеальным полем для моих творческих способностей, которые благодаря приобретенному к этому времени опыту приблизились к периоду зрелости. Должен, однако, отметить, что моя деятельность не стала творчеством изобретателя–одиночки: мы работали по–настоящему коллективно, как классная футбольная команда, постигавшая вершины мастерства. Даже наши изобретения мы оформляли коллективно, не забывая, конечно, начальство, чтобы не мешало.
Одной из причин, которая пару лет спустя привлекла внимание к нашей конструкции американцев — разработчиков первого международного проекта со стыковкой оказалась так называемая андрогинность стыковочных шпангоутов вместе с системой замков, спроектированных в конце 1968 года. Тогда мы еще не знали этого термина, означающего двуполость, похоже, сказался недостаток воспитания в вопросах секса, во всяком случае, мы познакомились с новой для нас терминологией только благодаря стыковке и будущим американским партнерам. Идея создать два стыковочных шпангоута, которые были бы совершенно одинаковыми и, несмотря на это, могли соединяться, спариваться между собой, также относилась к числу фундаментальных достижений того времени.
В то время я не раз вспоминал нашего Главного конструктора, нашего Короля: он не только хотел, чтобы мы создали стыковочное устройство с герметичным переходом, но и предвосхитил андрогинность.
В технике известны примеры соединения идентичных конструкций: фланцы пожарных шлангов, автосцепка на железной дороге. Однако в данном случае стояла более сложная задача: требовалось соединить два одинаковых, идентичных шпангоута непростой конфигурации, содержащих большое количество различных элементов. Мы решили не только данную конкретную задачу при конструировании шпангоутов, андрогинно расположив на них все, что требовалось: замки, разъемы и другие элементы. Мне удалось сформулировать общий принцип, в соответствии с которым любая конструкция могла бы отвечать требованию андрогинности. Универсальное правило получило название принципа обратной симметрии; обратной, потому что все соединяемые при стыковке элементы располагались попарно симметрично относительно общей оси: штырь — гнездо, вилка — розетка, выступ — впадина.
Для нового транспортного корабля «Союз» и будущей станции «Салют» стыковочные агрегаты по–прежнему имели штырь и конус, так сказать, ярко выраженную половую окраску, и мы продолжали называть их ласково: «папа—мама». Пока андрогинными были лишь новые стыковочные шпангоуты. Однако, как упоминалось, путем смены крышек со стыковочным механизмом можно было достигнуть полной андрогинности.
Здесь надо отметить, что не вычурность, не техническая экзотика главным образом толкали меня к новой конфигурации. Основная цель, которую в то время преследовали мы при создании андрогинных шпангоутов, заключалась в повышении надежности и несущей способности стыка между кораблем и будущей станцией. На оба агрегата, активный (со штырем) и пассивный (с конусом), установили идентичные комплекты замков, которые работали независимо друг от друга. В результате механизм оказался полностью дублированным: случись что?то с одним из агрегатов, можно включить комплект замков на другом. Если стянуть стык с обеих сторон, используя сразу оба комплекта, его несущая способность повысится, допустимые значения внешних нагрузок возрастут даже не в два, а во много раз (такова механика нагружения в целом).
Следующая задача, которую требовалось решить на этом этапе, заключалась в конструировании самих замков и механической связи между ними и приводом. В этой части у нас тоже не оказалось прототипов; до сих пор не понимаю почему, но в то время у нас отсутствовала информация даже о замках «Аполлона». Позднее, когда она появилась, стало ясно, что они сделали свои замки совсем не так. Рассмотрев несколько вариантов, мы остановились на замках с активными крюками, снабженными эксцентриковым механизмом, и с пассивными крюками со специальными тарированными пружинами. Эксцентрики соединялись между собой и с приводом с помощью замкнутой тросовой связи. Последнее, что должен обеспечивать этот механизм, причем тоже с высокой надежностью, — это расстыковка. В дополнение к открытию замков с помощью привода добавили аварийную расстыковку путем отстрела: так называемые пироболты хорошо вписались в общую конструкцию. Надо сказать, что и эта часть проекта оказалась очень удачной, она пополнила нашу будущую стыковочную классику.
Помню, как несколько лет спустя, в разгар сотрудничества с американцами, конструктор НАСА Б. Криси, о котором мне еще предстоит рассказать, под руководством К. Джонсона, разработчика космических кораблей, начиная с «Меркурия», показывал мне набросок своей концепции замков стыка. Они стали разрабатывать ее уже после того, как стыковочный агрегат «Аполлона» с нашими замками испытывался с ответным агрегатом «Союза». Возможно, моя критическая оценка повлияла, потому что эта работа не получила продолжения.
Расположив стыковочный механизм на крышке переходного тоннеля и решив задачу перехода космонавтов, мы создали себе другую проблему: стыковочный механизм требовалось существенно модифицировать так, чтобы он не мешал открытию переходного люка. Вообще?то подобная задача была нам уже хорошо знакома. Создав несколько модификаций таких механизмов, мы стали профессионалами в этой технике стыковки, знали, что нужно изменить для выполнения новых требований — сделать конструкцию лучше, меньше и легче, в целом — оптимальнее. Переделать стыковочный механизм было очень полезно еще с одной точки зрения: принципиальная схема нашего первого механизма меня уже не удовлетворяла, на фоне приобретенных знаний и опыта она казалась громоздкой и старомодной. Мой первый научный вклад очень пригодился на этом этапе. Тем не менее в работе над новым стыковочным механизмом возникали осложнения, как это обычно бывает на практике. Забегая вперед, надо сказать, что и эту задачу удалось решить совсем не плохо, если не считать, конечно, отказа при самой первой стыковке. Однако неудача в космосе пошла этому механизму явно на пользу: несколько усиленный после поломки, он отлетал безотказно 30 лет и в начале XXI века продолжает стыковать космические корабли и модули на орбите.
В 1969 году за короткий срок мы сначала сконструировали, а в течение года отработали стыковочный механизм для нового проекта. Его конструкция существенно отличалась от той, что использовалась на первых «Союзах».
Все функциональные элементы механизма взаимосвязаны, они выполняют следующие одна за другой операции на разных этапах стыковки. Самым коротким, но самым напряженным является динамический этап, который начинается с первого касания. Амортизаторы должны смягчить удар, поглотить кинетическую энергию, сдемпфировать относительные колебания. После этого механизм начинает выравнивание и стягивание. Элементы амортизаторов и стягивающего привада связаны между собой, образуя так называемую амортизационно–приводную систему, а проще — кинематику. Первые разработки для «Союза», для лунных кораблей Л1 и особенно для ЛЗ, а также теория амортизаторов создали хорошую базу для нового проекта. Более совершенную кинематику совмещенного типа, разработанную для проекта ЛЗ, применили в новой конструкции. Именно она внесла основной вклад в уменьшение габаритов.
Когда весной 1969 года были готовы чертежи механизма, начался еще один напряженный «стыковочный» период, который снова оказался связанным с выездной деятельностью.
Ситуация с изготовлением новой техники в стране существенно изменилась по сравнению с серединой 60–х годов. Настало время, которое лучше всего характеризует популярная в те времена притча о двух директорах: советском и американском. Оба были направлены в порядке обмена опытом в чужую страну. Вернувшись, они похвалялись достигнутыми результатами. «Я получил столько заказов и заключил такое количество контрактов, сколько мне никогда не снилось», — хвастался американский директор. «Мне удалось отказаться от такого количества заданий, что первый раз за много лет я вздохнул свободно, и даже появилась надежда выйти в передовики», — не скрывал своего удовлетворения советский директор.
Такая обстановка сложилось прежде всего из?за непомерного увеличения военных и престижных заказов, а также последовательного претворения в жизнь социалистического принципа планирования и стимулирования.
Нас уже никто не приглашал в Казань. МОП, к которому относились оба оптико–механических завода — в Азове и Казани — из двух зол выбрало меньшее: казанский ОМЗ выполнял их ведомственные заказы. Космический патриотизм директора азовского ОМЗ Васильева сохранил нам верного смежника. Когда Николай Георгиевич уже не работал, его ученики и последователи продолжали его дело под руководством Александра Ивановича Накашидзе, украинца с грузинской фамилией. Ежегодно более десятка стыковочных механизмов для «Союза» и «Прогресса» изготавливал завод, пока суперновая экономика не добила эту кооперацию.
И снова Азов. В середине 1969 года завод приступил к производству нового стыковочного механизма. Восстановили сборочный и испытательный участки, начали изготавливать детали. Однако времени оставалось в обрез. Если в середине 60–х изготовление и отработка первого механизма заняли около трех лет, то на этот раз в нашем распоряжении не было и года.
В конце 1969 года, когда подготовка к принятию решения о будущей станции «Салют» приблизилась к решающей фазе, два министерства — MOM и МОП — организовали выездную сессию в Азове. Нашу команду усилили космонавтом Павлом Поповичем, который совершил свой первый групповой полет в 1962 году. Его «Восток-4» пролетел в нескольких километрах от «Востока-3». Тогда корабли не имели возможности ни сблизиться друг с другом, ни состыковаться. В 1973 году, «Союз-14», на котором находился Попович, соединился с орбитальной станцией «Салют-3» («Алмаз») с помощью того стыковочного механизма, для которого в ту памятную поездку 1969 года мы вместе обеспечивали производственный фундамент, каждый — по–своему. Поездка оказалась примечательной во многих отношениях.
На этот раз ЦК партии поддерживал нас лишь «дальним артиллерийским огнем», дав указание Ростовскому обкому открыть «зеленую улицу». Во время поездки все было сделано незамедлительно, начиная с приема делегации. Появление космонавтов почти магически действовало на людей, особенно в провинции. Как многие другие космонавты, Попович умел говорить и привлекать внимание к себе и, как следствие, к космической технике. В Азове он рассказывал, как, пролетая над ростовской землей, посылал приветствия трудящимся плодородного южного края. На следующий день после митинга, на котором нашего героя чуть не помяли, нам показали объяснительную записку, написанную, похоже, всерьез одной молодой работницей по требованию органов, отвечавших за порядок. Девушка докладывала, что она действительно дотронулась два раза до настоящего космонавта, в чем нисколько не раскаивается и готова нести ответственность по всей строгости закона.
Эх, жаль, в те времена не было ксероксов, так что не удалось сохранить столь памятный сувенир для космического архива.
Несмотря на всю занятость в агитационно–массовых мероприятиях, космонавт принял участие в устроенной в его честь рыбалке. Попович вернулся в гостиницу «Солнечная» очень поздно с перевязанной рукой; как нам удалось выяснить, на этот раз до него сумел «дотронуться» большой сом. Однако в отличие от девушки ему не удалось уйти на дно: рыбу вытащили и приобщили к космическим трофеям, а шрамы, как известно, украшают настоящих мужчин, делая из них героев.
Мы уезжали, довольные достигнутыми результатами. Погода выдалась нелетной, и все авиарейсы, включая наш специальный, отменили, поэтому пришлось возвращаться поездом.
Нас провожал сам второй секретарь Ростовского обкома, отвечавший за промышленность и транспорт. В привокзальном ресторане оперативно организовали импровизированный банкет с обильной выпивкой и богатой закуской. Начались тосты за советскую космонавтику и героев–космонавтов. Из окна было видно, как к перрону подошел скорый поезд № 13 «Тбилиси — Москва»; стоянка 15 минут: успеем. Однако тосты затянулись. Начальник вокзала получил указание от секретаря задержать поезд. Нам, неопытным, стало как?то не по себе. Наконец вместе с багажом космонавта, его многочисленными коробками мы погрузились в вагон СВ, где шум еще долго не утихал. В вагоне — работники аппарата ЦК. Один из них, заместитель министра какого?то рядового министерства, получил чувствительный удар в грудь и только после этого признал превосходство члена нашей делегации из МОМа, который представился как сотрудник охраны космонавта. Утром, когда мы подъезжали к Москве, этот зам выглядел по настоящему побитым: у него пропали документы и деньги. А ты не пей, если не умеешь или если закуска плохая!
Космонавта встречала настоящая охрана, которая бодро разгрузила коробки, заполнившие всю машину. Нам пришлось добираться на метро.
На космонавта очень обиделся наш заядлый рыбак В. Калашников.
Вскоре я опять уехал в Азов. Наступил кульминационный период. Снова мы перешли «на матрацы», на авральный режим. Наконец первый механизм собрали, и начались испытания. Все работало удовлетворительно, за исключением главного элемента кинематической схемы — шарико–винтового преобразователя, известного у нас как ШВП.
Еще когда компоновали конструкцию в целом, пришлось, как упоминалось, существенно переделать стыковочный механизм, чтобы уменьшить его длину. Установить на крышку тоннеля старый механизм было просто невозможно из?за габаритов. С этого и начались проблемы с ШВП.
Чтобы уменьшить длину штыря, мы избавились от второго дополнительного винта, перейдя на совмещенную кинематику типа ЛЗ. Единственный винт выполнял сразу две функции: служил штоком амортизатора и штангой привода. В данном случае длина штока оказалась существенно больше, чем в первом механизме и чем в совсем коротком механизме ЛЗ. При боковых ударах длинный винт изгибался, нарушая работу 1ПВП. Этот прецизионный элемент преобразует поступательное движение винта во вращательное движение гайки (при амортизации), заставляя работать элементы, поглощающие энергию. При изгибе преобразователь отказывался работать, заклинивался, потому что боковая нагрузка перекашивала винт относительно гайки.
Лето — не весна, погода, как правило, ясная. Возвращаясь самолетом из Ростова в Москву, я анализировал причины затирания гайки при боковых ударах. То, что виной всему изгиб винта, было ясно с самого начала, но тут уж ничего не поделаешь. Нужно было найти какую?то небольшую деталь, способную скомпенсировать деформацию. Должна выручить «плавающая» гайка! Но как связать ее с жесткой обоймой редуктора? От руки на коленке стал рисовать эскизы, вроде что?то стало получаться.
На следующее утро я попросил Уткина прочертить узел в реальном масштабе. Николай Васильевич работал, как всегда, молча. Через несколько часов я увидел, что мою идею удалось упростить и вписать дополнительные детали в ограниченные габариты, встроив их в зазор между вращающимися деталями. На следующем этапе женские руки срочно подготовили исправленные чертежи модифицированных деталей, и — снова в Азов, снова самолет Москва — Ростов.
В те месяцы приходилось мотаться, почти метаться между Азовом и Подлипками. На ЗЭМе неожиданно осложнилась ситуация с замками стыка. При испытаниях летной партии почему?то стал возрастать момент трения при стягивании. «Потеряли технологию», — ругал сборщиков цеха № 52 главный инженер В. Д. Вачнадзе. Однако вскоре выяснилось, что виновата все?таки конструкция, вылезли тонкости тяжело нагруженных роликовых подшипников. В каждой ошибке производства ищи дефект конструкции — это золотое правило подтвердилось в очередной раз. Пришлось принимать экстренные лечебные меры. Правда, радикально исправить дефект удалось только через пару лет, но это были уже другие стыковочные агрегаты для следующих «Салютов».
После получения ученой степени продолжительность моего ежегодного отпуска увеличилась до шести недель, но в тот период мне было не до отдыха. Чтобы устроить жену с маленьким сыном в санаторий в разгар лета и работ, я полетел в Азов через… Одессу, выписав туда «творческую» командировку. Так в первый и пока в последний раз мне удалось побывать в этом необычном приморском городе в течение лишь 36 часов.
Космическая техника — это не только то, что запускается на орбиту. Чтобы ее довести, что называется, до ума, необходимо спроектировать и изготовить различное испытательное оборудование: многочисленные приспособления, пульты и стенды, предназначенные для проверки корабля, всех его систем и узлов. Оно остается на Земле, это хорошо известно. Когда создается принципиально новая система, ее отработка и испытания также требуют нового подхода и нового испытательного оборудования. Все это нам пришлось пережить, построить и переделать в течение 1970 года. Особые хлопоты вызвали у нас испытания в термобарокамере. Для проверки в вакууме при повышенных, и особенно низких, температурах, создали специальные стенды: в Азове — для испытаний стыковочного механизма, и в Подлипках — для космических проверок активного и пассивного стыковочных агрегатов.
Зимой мы снова собрали нашу основную ЭУ — динамическую экспериментальную установку с макетами кораблей, подвешенными на 40–метровых тросах в высотке цеха № 39. На этот раз ее размеры возросли. Наша «забеременевшая слониха» потяжелела, ей пришлось играть на Земле роль будущей орбитальной станции, которая весила целых 20 т. Все, включая винт с ШВП, казалось, работало нормально. Программу отработки мы тоже завершили намного быстрее, чем пять лет назад, в том же в целом очень хлопотном 1970 году. Опыт есть опыт. Однако мы еще не знали всего, что нас ожидало в космосе через каких?то полгода.
Когда уже в конце зимы 1971 года я в очередной раз вернулся из Азова, ко мне прибежал А. Никифоров и рассказал, что возникли подозрения в правильности включения реактивных двигателей корабля «Союз» при стыковке. В тот период эти вопросы не входили в область моей прямой ответственности. Времени уже не оставалось, и я отмахнулся от подозрительной информации: смотрите сами. Как выяснилось позже — зря.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.