5.4   ГИБРИДНЫЙ ПОДХОД

5.4   ГИБРИДНЫЙ ПОДХОД

Как учила нас диалектика, открытия лежат на стыке явлений, а значит — наук.

Изначально гибриды — это животные организмы или растения, полученные скрещиванием различных пород или сортов в живой природе. В этом смысле наши гибридные агрегаты, созданные для МКС, тоже получились почти тем же способом — скрещиванием конструкций, которые мы сами же зачали и вырастили ранее.

В технике термин «гибридный» сначала применили к вычислительным машинам, составленным из дискретных и аналоговых компонентов. В этой части 6–степенной динамический стенд стал классическим гибридом, в нем первоначально использовались оба типа вычислителей. Однако в нем оказалось гораздо больше гибридного: математическая модель заменяет то космическое, что невозможно воспроизвести на Земле для стыковки реальных «живых» конструкций.

Чем дальше развивалась техника, тем больше в ней появлялось гибридных конструкций. Это не случайно. Задачи усложнялись, и это требовало новых принципов и элементов, построенных на разных физических явлениях.

Моя основная специальность — электромеханика — тоже в каком?то смысле гибридна. В этих механизмах происходит преобразование двух форм энергии: электрической и механической. В управлении нашими системами участвует человек. С физической точки зрения человек является сложным гибридом, в организме происходит преобразование самых разных энергий, некоторые формы которых, похоже, не могут пока восприниматься существующими приборами.

Живая природа и сам человек давно привлекают ученых и инженеров, которые стремятся копировать процессы и механизмы. Так возникла бионика. С появлением компьютеров этот процесс ускорился многократно. Современный робот — это типичный гибрид. Возможности робототехники практически не ограничены. Однако и это, как оказалось, не предел. Новые задачи инициировали оригинальные принципы. Комбинированные, гибридные методы рождали новые конструкции и системы.

Сейчас мне хочется сделать шаг в сторону и вспомнить об открытии, зарегистрированном под номером 3123. Речь идет об уникальном явлении, обнаруженном, как порой бывает, случайно. Коллектив ученых, инженеров, активным участником которых был мой старый друг Е. Духовской, стоял у истоков открытия, при постановке эксперимента, и в конце, когда требовалось объяснить полученные результаты, точнее, их отсутствие. Дело в том, что техник, честно измерявший трение в вакууме, вопреки всем прогнозам и теориям получил ноль. Трение по–настоящему исчезло, как в научной фантастике, «science fiction», я назвал это трение «science friction» (научное трение). Это казалось действительно невероятным. Со времен возникновения проблемы трения в вакууме, когда мы с Евгением были совсем молодыми и только начали погружаться в эту самую науку — Science, можно было ожидать чего угодно, только не этого. Вот и верь после этого в чудеса в науке и технике.

Как говорили на банкете по случаю получения дипломов, самым трудным оказалось отстоять открытое в бескомпромиссной борьбе научных школ.

Идея одной гибридной системы, которая последние годы увлекла меня, базируется на трех областях техники: электромеханике, реактивном управлении и микроэлектронике. Сочетание всех этих компонентов в принципе позволяет оптимизировать управление движением космического корабля, существенно повысить точность орбитальных маневров и даже экономить топливо, такое дорогое на орбите. С середины 60–х, когда мы работали в одном отделе с «реактивными» управленцами, эта тема периодически притягивала меня. Дополнительным раздражителем являлся корабль «Союз», которому действительно требуется тонкое маневрирование. Наши баллистики, которые постоянно страдают от несовершенства существующей реактивной системы, называют возмущения орбиты, возникающие при угловых разворотах, нечистой силой. Особенно большие неприятности возникают при экспериментах, требующих тонких орбитальных маневров, таких, например, как наше «Знамя». Работа над этим реактивным гибридом еще впереди. Я надеюсь, идея пробьет себе дорогу.

Занимаясь стыковкой, робототехникой и другими электромеханическими системами, нам приходилось заниматься проблемами управления. Большей частью это была аналоговая техника, в то же время приходилось все больше и больше использовать дискретные, цифровые компоненты. Большая работа в этом направлении началась еще по проекту «Буран». На американском Спейс Шаттле, как и на нашем челноке, цифровыми оказались бортовой информационный дисплей и телеметрия. Европейский робот ERA, который мы интегрировали в Российский сегмент МКС, уж никак не мог обойтись без компьютерной техники. Для европейского грузовика ATV нам пришлось осваивать микроэлектронику, командный и сигнальный обмен через шину данных.

Тем не менее основной бортовой компьютер на космических кораблях и орбитальных станциях оставался принадлежностью специалистов по управлению аппаратами в целом, прежде всего, их движением в пространстве. Многие ведущие специалисты выросли на этих компьютерах и стали их большими приверженцами, можно сказать, фанатиками. Отдавая должное многим атрибутам их работы, прежде всего сложности этой техники и ответственности выполняемых операций, надо заметить, что и здесь экстремизм приводил порой к серьезным проблемам.

Современный подход к управлению автономными аппаратами, к которым относятся космические корабли и самолеты, основывается на комбинированном использовании цифровых и аналоговых приборов. Это хорошо видно даже внешне, например, если заглянуть в кабину авиалайнера. Приборные панели, окружающие пилотов с избытком, со всех сторон, заполнены и стрелочными приборами и электронными дисплеями. Возможности компьютерной техники воистину фантастичны. Однако практика показывает, что при решении ответственных задач необходим гибкий подход. В первую очередь это относится к системам, в которых компьютер включен в контур управления, и где сбои в работе могут привести к серьезным отказам или даже авариям.

Примеров этому можно найти немало. На нашем орбитальном «Мире» отказы компьютера случались довольно часто. В принципе, все может отказать в полете, однако сбои этого компьютера были очень болезненны. Они приводили к целой цепочке взаимосвязанных событий: остановке гиродинов, нарушению ориентации, разрядке аккумуляторов и другим последствиям. Восстановление работоспособности выливалось в длительную работу в космосе и на Земле. Когда встал вопрос о продлении полета станции в беспилотном режиме, все?таки решились ввести аналоговый контур управления ориентацией.

Надо сказать, что космический корабль в целом является отличным примером гибридной конструкции. Если к системе, представленной в предыдущем примере, добавить аппаратуру, основанную на других физических принципах, таких как радио, оптика, получится прекрасный гибрид. Разработка таких конструкций требует применения разнообразных инженерных и научных дисциплин, что усложняет задачу, но делает ее очень интересной. Здесь есть над чем работать, это неограниченное поле для совершенствования, для творчества. Вот, наверное, почему космическая техника, окруженная к тому же ореолом романтики полетов на высоких орбитах, так притягательна и будет привлекать молодых людей, стремящихся найти свой нестандартный, гибридный путь в этом неисчерпаемом мире.

В заключение хочется снова вернуться к стыковке, основной теме книги.

Мне долго не давала покоя проблема, как при помощи стыковочного механизма с тоненьким и маленьким штырем стыковать 100–тонные Орбитеры. Проблема несколько раз подогревалась специалистами НАСА, которые пытались склонить меня к использованию существующего «союзовского» механизма. Однако это было невозможно, штырек действительно тонковат для такой махины, как Орбитер Спейс Шаттл.

Требовалась какая?то гибридная идея, как поднять несущую способность штыря, его возможность поглощать энергию огромного корабля. Решение, основная концепция, пришли, как нередко бывало, неожиданно. Похоже, помогла обстановка, общение с молодыми аспирантами. Получился некий новый гибрид между АПАСом и старым, многократно использованным «штырем–конусом». На этот раз, в отличие от уже рожденных гибридных агрегатов, в которых использовались комбинация почти готовых узлов, в голове родился новый гибридный стыковочный механизм. К сожалению, к этому времени американцы потеряли интерес к заманчивому варианту. Наш «Буран» теперь уже не нуждался в дополнительных орбитальных возможностях.

Все?таки молодежь в чем?то превосходит нас, мое поколение. Короче, я обещал молодым ученым–предпринимателям не отдавать идею задарма, не дарить ее богатым американцам просто за так.

Я еще раз подумал о диалектике. Все?таки она часто давала правильные ориентиры, направляла мышление в нужном направлении. Именно это требуется от философии, науки всех наук, как нас учили в молодости. К сожалению, ее вместе с догмами социализма и коммунизма выбросили из обращения, как ребенка из лохани вместе с водой после купания. К сожалению, избавились не только от всех старых теорий, но и от практического опыта, как часто говорят у нас, не стали отделять мух от котлет.