3.20 Снова АПАС
3.20 Снова АПАС
Настала очередь рассказать об АПАС-89 — андрогинном периферийном агрегате стыковки образца 1989 года.
Этот рассказ можно было написать в самом начале главы, потому что работа над новым агрегатом началась сразу же после 1975 года, продолжалась в течение всего периода застоя и стала трамплином в новую эпоху. АПАС-89 стал продолжателем дела своего знаменитого предшественника, старшего андрогинного брата — АПАС-75, состыковавшего «Союз» с «Аполлоном» в 1975 году. Младшему брату суждено было стать не менее знаменитым и 20 лет спустя сыграть, пожалуй, еще более важную роль в технике пилотируемых полетов двух космических держав. Он стал связующим звеном между космонавтикой и астронавтикой, инициировав новый совместный проект — стыковать компоненты орбитальной станции в более широком международном масштабе.
Официально датой рождения нового АПАС-89 считается 1989 год, когда на международном космическом авиасалоне в Ле Бурже под Парижем его впервые продемонстрировали всемирному космическому сообществу. Этим крестинам и одновременно смотринам предшествовал длительный, более чем 9–летний период сначала эмбрионального, а затем постэмбрионального развития. Я стал вынашивать своего андрогинного последыша после его зачатия, сразу по окончании проекта ЭПАС.
Первые наброски новой конфигурации относились к началу 1976 года. В ходе анализа конструкции АПАС-75 мне стало ясно, что его конфигурации присущи существенные недостатки, делавшие его практически бесперспективным. Еще на встрече с НАСА в октябре 1973 года, рассматривая проект стыковочного устройства для будущих космических кораблей и станций, мы договорились об увеличении переходного тоннеля и возможности его дальнейшего расширения. Однако сделать это было непросто, это усугублялось недостатком прежней компоновки стыковочного механизма — и без того больших размеров кольцо с торчащими наружу лепестками направляющих грозило стать гипертрофированным уродом. Анализ возможных вариантов привел меня к логическому выводу: кольцо с направляющими надо переместить внутрь стыковочного шпангоута, расположить его в самом тоннеле. Такая трансформация -своеобразная перелицовка — сразу решала многие принципиальные проблемы и давала большие преимущества перед прежней компоновкой.
Когда АПАС был разработан, мне пришлось довольно долго агитировать за свое новое андрогинное детище, сначала стараясь продать идею, и потом, когда он родился и требовалось расширить область его применения в рамках национальной космической программы, а позднее — в международных программах. Тогда были отточены аргументы, отражавшие преимущества новой конструкции, их действительно набралось несколько — от очень существенных до второстепенных.
Это прежде всего то, что определяет существо любой космической конструкции: общие габариты и масса. Кроме этого, — то, что специфично для стыковочных агрегатов: несущая способность и жесткость, размер переходного люка и удобство в работе, а также возможность размещения дополнительных узлов и гибкость эксплуатации.
Торчащие наружу лепестки АПАС-75 определяли его наружные габариты: максимальный диаметр агрегата равнялся 2,2 метра. Эти габариты еще увеличивались при разработке агрегатов с размером переходного люка до 1 метра и более. Потребность в переходном тоннеле большого диаметра периодически возникала в перспективных разработках, которые приводились как у нас, так и за рубежом. С другой стороны, попытки увеличить несущую способность, т. е. нагрузки, которые выдерживал стык без нарушения целостности и герметичности, не давали практических результатов; путь, при котором сохранялся диаметр стыковочного шпангоута, был тупиковым. Жесткость стыка определялась этим базовым размером еще в большей степени, чем его прочность.
Инверсия кольца с направляющими внутрь стыковочного шпангоута потребовала увеличить диаметр последнего. Это сразу заставило повысить прочность и жесткость конструкции. Правда, пришлось увеличить количество замков, запирающих стык, обеспечивающих его целостность и герметичность. Зато удалось существенно повысить функциональные возможности механизма, сделав его полностью дублированным. Двенадцать новых замков были разбиты на два полукомплекта, каждый из которых снабдили самостоятельным приводом и независимой трансмиссией. В результате надежность этого очень ответственного механизма значительно возросла.
В новой конструкции замков разработали и применили очень эффективную, можно сказать, оптимальную схему передачи сил в стыке через основные нагруженные элементы. За счет этого увеличились также жесткость и прочность стыка и уменьшились габариты шпангоута.
При разработке концепции нового АПАСа возродилась идея, впервые выдвинутая еще в конце 60–х годов, — производить смену стыковочного механизма в полете. Здесь она получила новое содержание: за счет демонтажа стыковочного механизма в АПАС-89 оказывалось возможным значительно расширить диаметр переходного тоннеля, который увеличивался до 1,25 метра, т. е. в полтора раза (!).
Надо сказать еще об одном существенном преимуществе новой компоновки перед прежним АПАС-75, с его наружным кольцом. Переместив кольцо внутрь стыковочного шпангоута, разработчики освободили его периферию. Именно там обычно размещаются электрические и гидравлические разъемы, соединяемые при стыковке и объединяющие многие системы модулей орбитальной станции и космического корабля. Особенно важным это стало для системы дозаправки: как уже упоминалось, топливо чрезвычайно токсично, и поместить гидроразъемы заправочных магистралей внутри переходного тоннеля, где находятся космонавты, совершенно немыслимо. На освободившейся периферии образовался большой, можно сказать, оперативный простор для этих важных элементов.
Еще одно обстоятельство сыграло большую роль в технической политике по системам стыковки. Речь идет о внутреннем интерфейсе, присоединительных размерах между стыковочным агрегатом и отсеком корабля или модуля, на который он устанавливался. Несмотря на увеличенные размеры стыковочного шпангоута, мы сделали все, чтобы новый АПАС мог стать на те же посадочные места, на которые устанавливались все наши стыковочные агрегаты: штырь–конус, активный и пассивный, и АПАС-75. Сделали так, чтобы их габариты не вылезали за пределы зоны полезного груза под обтекателем ракеты–носителя. Этот момент тоже стал ключевым — такая техническая политика значительно облегчила будущее согласование с нашими проектантами и конструкторами–компоновщиками. Все это способствовало успеху, когда будущий АПАС вставал на «Союз», а также на другие корабли и модули.
Таким путем удалось избежать больших проблем при разработке вариантов различных кораблей и модулей, и не только на бумаге. Особенно остро эти проблемы действительно возникали намного позже, почти 20 лет спустя, когда появились небольшие серии, модификации «Союзов» с АПАС-89. Тогда это избавило нас от многих хлопот и сэкономило значительные средства.
Руководить — это значит предвидеть.
Идея замены стыковочного механизма вызвала своеобразную цепную реакцию идей.
Используя шпангоут как конструктивную базу, можно на ее основе создавать различные модификации стыковочных агрегатов. В результате родился проект так называемой унифицированной серии стыковочных агрегатов. Агрегаты этой серии имели одинаковые базовые установочные размеры и все параметры наружного стыка. Наружный стык, или интерфейс, как его стали называть на американский манер, определялся взаимодействующими при стыковке элементами, он обеспечивал совместимость при стыковке. Все агрегаты унифицированной серии стали совместимы между собой. Эти агрегаты могли отличаться комплектацией и другими характеристиками, быть активно–пассивными, т. е. андрогинными или только пассивными. Предусматривалась разработка негерметичных конструкций и вырожденных агрегатов, лишенных замков жесткого соединения, они обеспечивали только сцепку космических аппаратов между собой.
Концепция унифицированной серии возродила идею о сменных стыковочных механизмах, которая впервые возникла еще в 1968 году при разработке стыковочного устройства для проекта «Союз» — «Салют». На новом этапе эта плодотворная дебютная идея открыла новые большие возможности, позволила создать универсальные конструкции, которые можно превращать в «папу», в «маму» или в их андрогинные порождения путем замены стыковочного механизма, делать их активными или пассивными.
Эти превращения стали чем?то напоминать научно–техническую фантастику: до чего может довести древнегреческая мифология и ее наследница, современная космическая техника.
Фантастика или фантазия, а спустя 20 лет на самом деле появились так называемые гибридные стыковочные агрегаты, сначала в чертежах, а потом в железе. О них детально будет рассказано в следующей главе.
Моя диссертация была защищена летом 1979 года. Уже в это время конструкторы приступили к детальной разработке.
Дальнейшая работа развивалась в двух направлениях — мы работали, так сказать, на два фронта. С одной стороны, мой, образованный в конце 1977 года, самостоятельный отдел, объединивший всех стыковщиков, приступил к детальной конструктивной разработке как нового АПАСа, так и системы управления стыковкой, ее основных компонентов и приборов. С другой стороны, я продолжал искать применение своему новому андрогинному «бэби», уже зачатому, но еще не родившемуся.
Оставался ряд внутренних конструктивных проблем: в первую очередь требовалось усовершенствовать две основные группы механизмов. Кинематическая схема стыковочного механизма, который перекочевал внутрь переходного тоннеля, его дифференциальная кинематика и большинство основных узлов остались прежними. Однако один из них, так называемый блок дифференциалов, нуждался в упрощении. Этот блок, чем?то похожий на задний мост автомобиля, но имевший не один, а два шестеренчатых дифференциала, выполнял целый ряд функций. Хотелось уменьшить число подвижных деталей, сделать конструкцию более компактной и эффективной. Если продолжить автомобильную аналогию, можно сказать, что мы хотели сделать нашу машину переднеприводной. Пожалуй, эта аналогия отражает лишь сложность задачи. Кажется, нам удалось многое сделать, хотя и модифицированный блок остался самым сложным узлом АПАСа. Надеюсь, что этот вариант не последний, тем более что есть идеи, каким путем идти дальше.
Второй механизм, который можно даже назвать электромеханической подсистемой, это замки стыковочного шпангоута. Напомню, что эта система является очень ответственной, она обеспечивает прочность, жесткость и герметичность стыка, от нее зависят благополучие и безопасность космонавтов после стыковки. После завершения совместного полета для спуска на Землю замки должны раскрыться и разъединить стык. Концепция, силовая схема и конструкция замков во многом определяли облик стыковочного агрегата в целом, его основные характеристики. Эту задачу также удалось решить при работе над теоретическими основами орбитальной стыковки, удалось выбрать очень удачную и эффективную концепцию и обосновать ее. В последующие годы эта базовая часть новых АПАСов получила наивысшую оценку многих специалистов.
Двадцать лет спустя после ЭПАСа два андрогинных агрегата АПАС-75 и АПАС-89 стали рядом. Преимущества новой конструкции стали заметны для глаз. Как мне удалось сохранить у себя один–единственный старый АПАС, тоже примечательная история.
После 1975 года остальные 16 агрегатов разошлись, разбежались, кто куда: часть из них улетела в космос, другие — забрали в музеи и на учебные кафедры вузов и академий. Самое любимое андрогинное дитя, побывавшее со мной в Америке в 1974 году, простояло в моем рабочем кабинете почти 20 лет. Только в 1993 году оно переехало в новую лабораторию и заняло там почетное место рядом с комплексным стендом (КС) новой системы стыковки Спейс Шаттла. Они стоят рядом, поэтому хорошо видны достоинства младшего, но более зрелого брата: его меньшие наружные габариты, компактность и подобранность. Даже непрофессиональному взгляду видны плотная компоновка, насыщенность механизмами и другими компонентами. Профессиональный взгляд может разглядеть и другие существенные детали — например силовую схему замков стыковочного шпангоута, их двухвитковую трансмиссию.
Переговоры с НАСА о новом проекте «Салют» — «Шаттл» со стыковкой на орбите оборвались в самом зародыше. Единственная встреча специалистов, состоявшаяся осенью 1977 года, не имела продолжения. Тогда в составе американской делегации не оказалось ни одного конструктора: К. Джонсон давно ушел на пенсию, и его никто не захотел привлекать к новому проекту. Никто — ни Г. Ланни, ни другие члены делегации — не обратил внимания или не придал значения моему короткому выступлению о том, что мы собираемся изменить, трансформировать конструкцию стыковочного агрегата и предложить этот новый вариант для совместного проекта. По крайней мере, никаких следов в будущих американских разработках, с которыми мне приходилось сталкиваться, я не обнаружил.
Все?таки поначалу новые АПАСы на орбитальных станциях не смотрелись, даже там, где бы очень пригодилась их повышенная несущая способность стыка. Еще труднее оказалось установить их на корабли: там и без того никогда не хватало веса, а наш новый АПАС оказался все?таки тяжелее АПАС-75 на 60 килограммов, а активного агрегата со штырем — на целых 120 килограммов. Применительно к грузовому кораблю «Прогресс» возникла еще одна проблема: автоматическая система управления обеспечивала автоматическое сближение и причаливание с начальными условиями, которые превышали возможности нового АПАСа, имевшего внутренние более короткие направляющие. Разработчики этой системы не гарантировали такой точности сближения.
Главный проектант орбитальных комплексов К. Феоктистов вообще не любил АПАСы. Возможно, у него осталась обида на то, что его отстранили от программы «Союз» — «Аполлон» в начале 70–х. Возможно, он считал более тяжелый и сложный механизм ненужной, вычурной роскошью. В наши детали он вникать не захотел, да и не всегда любил разбираться с чужими проблемами. Его стихией были более масштабные, глобальные проекты.
В. Глушко, наоборот, с самого начала полюбил наш АПАС. В 1974 году, когда его назначили нашим генеральным конструктором, мне привелось рассказать ему об андрогинной системе. Тогда программа «Союз» — «Аполлон» приближалась к своему апогею, а стыковка занимала в нем центральное место. Глушко был настоящим конструктором, и техника его по–настоящему интересовала. В начале и середине 80–х он неизменно поддерживал проекты, в которых рассматривался АПАС. Мы старались использовать эту поддержку, и она действенно помогла нам.
Унифицированная серия очень понравилась нашему генеральному директору В. Вачнадзе. В унифицированной серии проглядывались элементы технической стратегии — то, чем должно заниматься руководство. В течение ряда лет несколько страниц моих технических предложений хранились в его сейфе. Однако практически использовать эти материалы тогда не привелось. Время для разработки целой гаммы стыковочных агрегатов еще не пришло, они потребовались лишь в середине 90–х годов, когда мы вместе с мировым космическим и астронавтическим сообществом приступили к проектированию международной космической станции. До этого требовалось дожить и еще так много сделать.
В начале 80–х я продолжал искать применение своему детищу. В эти годы прорабатывались разные варианты использования КС «Буран». Среди его разработчиков сначала тоже не нашлось больших энтузиастов стыковки вообще: летал же Спейс Шаттл, выполнял автономные миссии, не стыкуясь ни с кем, и все вроде бы были довольны. Все же постепенно нам удалось отыскать тех, кто вписал новый АПАС в отсек полезного груза «Бурана», тем более что настоящих полезных грузов оказалось не так уж и много. Советскому космическому самолету требовалась более сложная программа полета, превосходившая программу Спейс Шаттл. К 1988 году окончательно сформировалась интегральная программа полета ОС «Мир» и КС «Буран». Обе программы, под руководством Ю. Семёнова, сначала как главного, а затем генерального конструктора, оказались увязанными между собой. Можно сказать, что они состыковались сначала на Земле. Уже во втором полете планировалось пристыковать космический самолет к орбитальной станции. С этой целью инициировали три крупных раздела работ: первый — третий модуль ОС «Мир», «Кристалл», оборудовали сразу двумя АПАСами; второй — стыковочный модуль с АПАСом на выдвижном туннеле для КС «Буран» и, наконец, третий — два модифицированных КК «Союза» с андрогинной системой стыковки, на всякий случай. Среди этих всяких случаев рассматривалась возможность спасения космонавтов, если бы с ним что?то случалось при полете на «Буране». Дополнительно анализировался вариант, когда экипаж доставлялся на орбиту на «Союзе» с пересадкой на «Буран». В то время космический самолет не без основания считали недостаточно отработанным. Одному из этих двух «Союзов» суждено было слетать в космос. Об этом рассказ впереди.
Небольшой дополнительный модуль, тоже оборудованный АПАСом, планировали доставить в отсеке полезного груза и задумали стыковать его к боковому причалу при помощи большого манипулятора, нашего ленинградского «Аиста». Все эти непростые операции первоначально планировали выполнить в 1990 году, постепенно сроки запуска начали переноситься, пока после развала Союза программу «Энергия» — «Буран» не закрыли совсем. Многим подразделениям НПО «Энергия», нескольким лабораториям моего отделения и нашим многочисленным смежникам не досталось ничего, кроме пустых и тяжелых хлопот.
Тем временем, несмотря ни на что, программа отработки АПАСа медленно, но неизменно продвигалась вперед. Все основные испытания мы завершили уже в конце 80–х, квалифицировав новый АПАС сначала для полета на борту модуля «Кристалл», а затем — на КС «Буран».
Пришел 1989 год, когда новый андрогинный периферийный агрегат стыковки окончательно вышел в свет и получил собственное имя АПАС-89. В 1990 году он полетел в космос на модуле «Кристалл», а в 1993 году состыковал новый андрогинный «Союз ТМ-16». В 1995 году АПАС-89 дважды состыковал Спейс Шаттл со станцией «Мир». За этим последовало еще семь успешных стыковок. Таким образом, ему было суждено сыграть важнейшую роль в деле объединения космонавтики и астронавтики — интеграции этих двух ветвей проникновения человечества в космос, их объединения в единое содружество.
В конце концов, новый АПАС-89 состоялся, он стал событием. Он, можно сказать, сделал эпоху. Я много раз задумывался, почему так случилось, почему именно ему уготовила судьба сыграть такую выдающуюся роль. Как и почему удалось создать эту замечательную конструкцию, получившую признание во всем мире. Почему другие команды, всемогущие американцы, талантливые европейцы или искусные азиаты не создали ничего подобного, почему они все пришли к нам. Среди целого ряда причин нужно назвать первую, основную: я и мои товарищи, начав с нуля, учась сами и постепенно совершенствуя свои конструкции, достигли настоящей зрелости, которая принесла зрелые золотые плоды.
Все это стало мне понятно намного позже. На рубеже 90–х годов еще очень много предстояло сделать, и не только по доводке техники. Путь к вершине лежал не только через решение инженерных проблем. Вскоре мне стало ясно, АПАСу, этому современному андрогину, тоже нужна настоящая реклама.
Реклама — двигатель торговли.