Системы управления космических аппаратов

Системы управления космических аппаратов

Следующее большое направление в нашей работе составили СУ огромных по тем временам объектов, в роли которых выступили спроектированные первоначально как транспортные корабли снабжения челомеевского «Алмаза» космические аппараты.

Самими объектами управления занимался челомеевский филиал №1, размещенный на той же территории, что и завод им. Хруничева. Ныне это КБ «Салют», входящее вместе с заводом в единый научно-космический центр. Первый такой корабль был запущен в июле 1977 г.

Все корабли запускались на УР-500 (ныне «Протон»), как и было задумано В. Н. Челомеем, так как другой ракеты-носителя требуемой грузоподъемности у СССР не было. Назывались они вначале ТКС (транспортный корабль снабжения), как и следовало из проекта «Алмаз». Частично эта функция сохранилась за ними и в составе комплекса «Мир». ТКС №1 пробыл в космосе 3,5 года. В 1981 г. был запущен ТКС №2, который состыковался со станцией «Салют-6», а еще через два года — ТКС №3. Последний корабль с таким названием ТКС №4, запущенный в 1985 г., состыковался и управлял всей связкой (куда входил еще и корабль «Союз», остаток разработок космических кораблей ОКБ-1).

Системы управления ТКС с самого начала делала наша организация, так как в это время другого варианта никто и не представлял. Уже само по себе это не походило на работы ОКБ-1, которое самостоятельно (заказывая другим организациям только отдельные приборы) разрабатывало СУ. По сравнению с системами управления МБР, система управления ТКС была менее сложной, да и требования по сравнению с тактико-техническими характеристиками боевых ракет были помягче. При этом она была гораздо более громоздкой из-за необходимости обеспечить при весьма длительных сроках существования ТКС многочисленные режимы работы: точная и грубая ориентация, стабилизация, управление параметрами орбиты, управление многочисленными и разнообразными двигателями и пр. Но одну важнейшую, новую для нас задачу, эта СУ должна была решать — стыковку космических аппаратов. До нас эту задачу в СССР решало только ОКБ-1, очень этим гордилось и полагало, что никто другой и не сможет. Ну, нам частенько приходилось попадать в подобные положения и не только в космосе.

Во многом наша задача стыковки была сложнее, чем у ОКБ-1, но они были первопроходцами, и они придумали саму радиотехническую систему сближения и стыковки, найдя для нее в Москве разработчика аппаратуры — НИИ ТП (точных приборов), чьим заделом мы и воспользовались, не разрабатывать ведь для каждой темы отдельную аппаратуру стыковки, тем более, что с самим кораблем она была связана только размещением антенн. Так что роль космических первопроходцев выполняло ОКБ-1 (теперь уже бывшее) С. П. Королева. Все остальные задачи стыковки по информации от системы «Курс» (так называлась аппаратура НИИ ТП) решал разработчик СУ корабля (само ОКБ-1) или, впервые, наше ОКБ-692.

В то время эта задача решалась очень редко под всеобщим наблюдением и считалась самой сложной, да и сейчас представляется не очень простой. Необходимы пояснения.

Итак, два космических аппарата (далее КА), вращаются вокруг Земли по разным орбитам с первой космической скоростью (примерно, 8 км. в сек.). Необходимо создать из них один корабль. Для этого стыковочная штанга одного КА должна мягко войти в стыковочное отверстие другого. Взаимное расположение кораблей сообщает непрерывно система «Курс», на этом ее функции заканчиваются, управлять движением космического аппарата по этой информации должна СУ его самого. Активную роль исполняет тот КА, что прилетает, а не тот, что уже находится на орбите. В нашем случае эту роль исполнял ТКС, которым мы управляли, а орбитальный корабль только поддерживал необходимую для стыковки ориентацию.

Предварительная работа состояла в том, чтобы орбита ТКС и орбитального корабля совпали (за счет маневра ТКС), оба КА сблизились и ТКС мягко причалил к орбитальному кораблю. Как правило, на активном КА есть пилот, который им и управляет. Возможны и случаи беспилотной стыковки, но вначале это была еще большая редкость, когда БЦВМ ТКС сама управляла его движением, поскольку ТКС — беспилотный корабль. У нас был именно этот случай. Вторая особенность — масса стыкуемых КА. У ОКБ-1 активный корабль «Союз» имел массу порядка 5 тонн и стыковался он к более массивному орбитальному кораблю. Если на последнем были пилоты, они переходили на участке стыковки в возвращаемый аппарат орбитального корабля, чтобы, в случае ненормальной ситуации, сразу отделиться и спуститься на Землю. Масса ТКС была близка к 15 тоннам, что только усложняло нашу задачу, так как его инерционность была существенно большей, чем у «Союза». Многие, в том числе в ОКБ-1, были уверены в нашей неудаче, что, помимо всего прочего, должно было еще больше поднять авторитет ОКБ-1, как единственной организации, умеющей осуществлять стыковку в космосе. Но мы не доставили нашим недоброжелателям такого удовольствия, первая же стыковка состоялась, как и все последующие, хотя без приключений не обошлось. Главная заслуга в обеспечении стыковки принадлежала специальной лаборатории, созданной в теоротделении, которую возглавил Ю. Т. Муравьев. Я не писал ранее, что среди многочисленных его достоинств, был безусловный артистический талант, так что именно он, вместе с другим начальником лаборатории В. Г. Сухоребрым, были бессменными ведущими на знаменитых вечерах теоротделения.

Все стыковки со станциями «Салют» прошли настолько нормально, и мы так к этому привыкли, что перестали уделять каждой чрезмерное внимание и чересчур волноваться. Как выяснилось в дальнейшем, совершенно напрасно, и свою порцию неприятностей и волнений мы получили сполна. Но это было уже в другом проекте, хотя во время таких же стыковок.

Следующей была всемирно известная станция «Мир», хотя и сейчас после ее приводнения, мало кто знает, что основную массу станции составляли космические аппараты «Квант», «Квант-2», «Кристалл», «Спектр» и «Природа», системы управления которых мы создали.

ОКБ-1, ныне ракетно-космическая корпорация (РКК) «Энергия», было головной организацией проекта, но делало СУ только орбитального корабля «Мир», носившего то же название, что и весь комплекс.

Первая наша стыковка космического аппарата «Квант» состоялась 31 марта 1987 года, а последняя, пятая — космического аппарата «Природа» — 23 апреля 2001 года. Последний, практически такой же корабль, названный ФГБ (функционально-грузовой блок) «Заря», с которого началось строительство международной космической станции «Альфа», был сделан за деньги США Центром им. Хруничева, управляется он нашей СУ, был запущен 20 ноября 1998 года. Но стыковался с ним в активном режиме уже американский «Шаттл», а мы впервые были пассивным объектом. Кстати, на «Шаттле» ручной режим стыковки. Все наши стыковки осуществляла в автоматическом режиме БЦВМ ТКС, так что мы, по-видимому, и сейчас «чемпионы» по массе автоматически стыкуемых КА.

Было три случая, о которых стоит упомянуть. Нужно учесть, что мы выполнили только 5 стыковок, так что норма по нестандартным ситуациям была вполне выполнена.

В первом — вина полностью наша (во главе со мной, как главным «перестраховщиком»). Я руководствуюсь принципом, который услышал от одного из лучших разработчиков СУ ОКБ-1 В. М. Бранца: «при решении космических задач всегда „жадность“ (все сделать сразу) борется с „трусостью“ (как бы чего не вышло) и надо, чтобы трусость побеждала». Так мы и сделали, из-за чего пришлось стыковать корабли повторно (этим, в сущности, неприятности и ограничились), так как при первой попытке наша СУ дала «отбой», ибо углы рассогласования (пояснять уже не буду) превысили назначенные нами же неоправданно жесткие нормы. Это было еще в эпоху существования СССР, поэтому весь анализ и решения принимались на чисто техническом уровне. Уже при повторной (удачной) стыковке произошел казус.

Я переживал момент стыковки в Харькове, глубокой ночью у аппарата ВЧ. Прошла информация, что штанга «Кванта» коснулась стыковочного узла «Мира» и наша СУ, как и положено, выключилась, управление связкой перешло к СУ орбитальной станции. Не успел я обрадоваться, как прошла следующая информация, что какой-то предмет мешает штанге войти в стыковочное отверстие «Мира». Космонавтам пришлось выйти из корабля и вытащить этот предмет, им оказался пакет с чем-то не нужным, который они удалили с корабля задолго до стыковки, но в условиях невесомости он оказался возле стыковочного отверстия и мешал нашей штанге. Это, конечно, мелочь, хотя в космосе их не бывает, но она послужила основой многочисленных шуток в нашей домашней компании, что это мешок с нитками для вязания моей жены, с которым она не расставалась тогда, как и сейчас.

К двум другим случаям ненормальностей при стыковках наша фирма отношения не имела, но в обоих из нас пытались сделать «крайних» (это уже наш сленг).

В первом из них произошел поначалу совершенно непонятный для нас казус. Наземные системы управления привели ТКС непосредственно к «Миру», но наша система управления выдала сигнал, что «не видит» «Мира» и выключилась. Абсолютно загадочная ситуация, и виновных, кроме нас, и искать негде, хотя в чем наша ошибка мы и придумать не могли. «Отбой» стыковки произошел поздно вечером, так что после небольшого обсуждения все (а это были москвичи) решили ехать спать, оставив нас искать причину неудачи и выход.

Уверенность в моем авторитете все же была настолько велика, что директор ЦНИИМАШа, при котором состоял центр управления полетом (ЦУП), член коллегии, личный референт Устинова, генерал и пр. Юрий Александрович Мозжорин перед отъездом решил пошутить. Ни секунды не сомневаясь, что виновата наша фирма (в это время работала только наша СУ), он спросил у меня: «ну, Яша, сколько тебе нужно времени, чтобы доказать, что вы тут не при чем?». Я мог только сделать вид, что улыбаюсь. Все разъехались, и на ночь в огромном здании ЦУПа остались наши представители, во главе с самым толковым сотрудником лаборатории стыковки Виталием Павловичем Ржемовским. В течение нескольких часов мы бесцельно бродили по пустому МИКу, выдвигая и сразу же сами же опровергая разные гипотезы.

И все же моя теория, что главное — толковые специалисты, в очередной раз блестяще подтвердилась. На этот раз таким специалистом оказался В. П. Ржемовский. Уж не знаю как, он вспомнил дискуссию с разработчиком аппарата «Квант» — КБ «Салют».

Вопрос состоял в том, какой системой координат при расчетах пользоваться, — связанной с Землей или привязанной к «Кванту». Как головная организация, КБ «Салют» приняла решение о координатах, привязанных к нашему кораблю, нам-то в конечном счете было все равно. Здесь, как в анекдоте о генерале, задававшем при проверке солдатам вопрос «как Земля вертится?» и получая на него разные ответы (слева направо, с востока на запад, вот так — рукой) в конце концов заявил: «мне все равно, как она вертится, пусть будет безобразие, но должно быть однообразие»). В нашем случае это значило, что все участвовавшие организации (1.ЦНИИМАШ — ЦУП, 2.РКК «Энергия» — СУ «Мира», и 3. мы с КБ «Салют») должны пользоваться одной и той же системой координат. КБ «Салют», как и положено, сообщило о своем решении в ЦУП, который считал все уставки и полетные задания (ПЗ). Как позже (но той же ночью) выяснилось, ОКБ-1, только с которым ранее работал по стыковке ЦУП, всегда пользовался другой системой координат, связанной с центром Земли.

Это, как говорится, дело хозяйское, но ЦУП привык именно к ней и не сомневался, что такой же выбор сделало КБ «Салют». Поэтому они не стали смотреть в их материалы, а поступили, как в предыдущих случаях с ОКБ-1. В результате движение и «Мира», и «Кванта» ЦУП оценивал в одной и той же системе координат, а БЦВМ «Кванта», руководствуясь решением КБ «Салют», по алгоритмам, созданным на Хартроне, его движение — в совершенно другой системе координат, что и послужило причиной «отбоя».

Все это выяснилось той же ночью после многочисленных бесед по ВЧ с Харьковом (наши специалисты тоже ведь не спали) и рассмотрения документации ЦУПа, к счастью, несекретной, так что мы ее ночью отыскали.

Утром (с некоторым злорадством, чего уж теперь скрывать) я встретил Мозжорина и сказал, что выполнил его поручение (показал, что мы не виноваты, и нашел истинных виновников — это они ЦНИИМАШ с входящим в него ЦУПом). К чести руководителей ЦУПа, они сразу признали свою вину, рассчитали полетные задания, и стыковка успешно состоялась. По телевидению была передана в очередной раз невразумительная ложь, истинная причина названа не была, чтобы не ронять честь разработчиков.

Третья неприятность произошла уже после распада страны, когда российское телевидение решило, что стоит свалить российские же беды на другое государство.

Во время стыковки российского корабля «Прогресс» (за точность названия сейчас уже не ручаюсь, а все остальное — стопроцентная правда), произошло соударение «Прогресса» со станцией «Мир». СУ, и сами корабли «Прогресс» и «Мир» делала РКК «Энергия», так что мы даже теоретически не могли иметь к этому никакого отношения. Тем не менее, немедленно после соударения, корреспондент ОРТ прямо из центра управления полетом сообщил на весь бывший СССР, что «точная причина еще не установлена, но (обратите внимание), уже ясно, что все дело в украинском „Хартроне“». В этом заявлении ложь все от первого до последнего слова, я даже сомневаюсь, что подобную чушь мог сказать кто-либо из РКК «Энергия». К нашему сожалению, а может, оказалось, что и к лучшему, эту передачу напрямую транслировал украинский телеканал «Интер», так что на завтра мы были всеукраинскими «героями». Мы пытались объясниться и договориться об опровержении этой лжи, но как это ОРТ будет приносить извинения какой-то украинской фирме. С нами даже говорить не захотели, и тогда мы подали на «Интер» и ОРТ в наш украинский высший арбитражный суд, ведь «Интер» вещает на Украину. Мы нашли лучшего в Харькове адвоката, пообещав заплатить приличный гонорар из денег, которые должны были получить от ОРТ за их прямую ложь, не считая, естественно, опровержения в той же программе «Время». После определенных трудностей арбитражный суд принял наше заявление. Только тогда ответчики зашевелились. Сначала, конечно, украинский «Интер», которому в Киеве объяснили, что связываться с Хартроном в таких случаях не стоит. Так как коррупция в Киеве уже достигла грандиозных размеров, мне позвонил один из самых высоких украинских чиновников и сказал, что «Интер» нужно из иска исключить. Я, конечно, отказался по вполне понятным причинам. ОРТ наняло лучшую, как они считали, киевскую адвокатскую контору, и те делали все, что могли, даже неэтичные вещи, чтобы до извинений и суда дело не дошло. Когда и это не помогло, к нам пожаловали представители ОРТ во главе, как она представилась, с начальником юридического отдела. Но мы, конечно, ни от чего не отказались, и ОРТ было вынуждено пойти на мировое соглашение с нами, пообещав опровергнуть свою ложь (что они в конечном счете и сделали, хотя и в очень уж завуалированной форме) в той же программе «Время». О денежной компенсации речь не шла, так как моральный ущерб оценить в этом случае очень сложно, а сил продолжать вести борьбу с профессионалами у нас не было. Мы только добились, что с нашим адвокатом они расплатились (у нас и денег-то таких на эти цели не нашлось бы).

Кроме этого, но в эти же годы мы создали и успешно вывели на рабочие орбиты еще ряд важных КА, в основном, в интересах Минобороны. Все они всё из тех же соображений секретности имели название «Космос» и четырехзначный порядковый номер. Но в их числе были и два аппарата «Коронас» для изучения солнечной активности и аппарат для межбанковской системы спутниковой связи «Сокол ОМ „Банкир“», до конца эту систему так и не ввели в действие из-за развала СССР.

Вот, пожалуй, и все о нашей работе в области систем управления космических аппаратов.