3.3   Гибридный шестистепенной испытательный стенд

3.3   Гибридный шестистепенной испытательный стенд

Гибридный — здесь это означает компьютерно–математический и одновременно реально–физический, «железный». Шестистепенной — это значит пространственный, с шестью степенями свободы, универсальный.

Механизмы, технические системы, которые летают в космос, — это лишь видимая вершина айсберга. Чтобы создать эту технику, нужна обширная и разнообразная материально–испытательная база, как говорят инженеры–разработчики. Это тот фундамент, на котором стоит космическая техника.

К середине 70–х, работая над стыковкой уже в течение доброго десятка лет, мы постепенно построили нашу наземную базу и стремились усовершенствовать ее. Как показала практика, одну из самых больших трудностей вызывало воспроизведение на Земле стыковки многотонных космических кораблей с еще более тяжелыми орбитальными станциями. Как уже упоминалось, мы опробовали разные методы. Американцы продемонстрировали нам на практике новый гибридный метод. Он оказался эффективным, но далеко не простым. Под популярным тогда в стране лозунгом — «Мы тоже можем это сделать!» — было принято решение создать и освоить эту хитроумную технику у себя, опираясь полностью на своих специалистов, на отечественную технологию и электронную базу.

В отличие от многих престижных одноразовых свершений компьютеризированная, мощная (многосоткиловаттная) и одновременно прецизионная электронно–механическая система вошла в строй и заработала по–настоящему на долгие годы. «Конус» сыграл выдающуюся роль не только в советской космической технике — в конце века он стал воспроизводить на Земле то, что составляло технический интерфейс международного сотрудничества в космосе.

Проблема, как воспроизвести последний участок сближения, первый удар и дальнейшее взаимодействие двух многотонных КА, с самого начала работ над стыковкой относилась к одной из самых сложных. Для воспроизведения на Земле стыковки в космосе разработали и использовали несколько подходов: проводили теоретический анализ и строили испытательные стенды. Для анализа создавали математические модели, которые описывали процесс относительного движения и динамику взаимодействия. Для моделирования использовались вычислительные машины. Для экспериментальной отработки строили механические стенды с полномасштабными моделями стыкуемых кораблей и станций.

Американцы решали проблему комбинированным, гибридным путем, соединив математическую модель с измерителем силы соударения стыковочных агрегатов, и их взаимодействие воспроизводили при помощи двух платформ: подвижной — на шести следящих приводах и неподвижной — установленной на шести силовых датчиках.

Начав работать над проектами орбитальных станций с более сложной конфигурацией, мы осознали трудности будущих испытаний. В других, более отдаленных проектах просматривались варианты стыковки с еще более сложной переменной структурой. Чтобы осуществить все эти проекты, провести отработку на Земле, требовался гибкий, универсальный испытательный инструмент. Умудренные опытом ЭПАСа, теперь мы знали, каким путем надо идти. В компьютер гибридного стенда могли закладываться параметры стыкуемых модулей любой массы и конфигурации.

Осознавая это, стараясь усовершенствовать, продвинуть вперед стыковочную испытательную базу, я предпринял активную агитационную кампанию. Сначала были подготовлены технические предложения, в которых излагались принципы построения и основные характеристики будущей испытательной системы. Затем пришла пора агитировать всех начальников разного уровня, требовалось получить добро, чтобы приступить к более детальному проектированию. Становилось ясно, что для выполнения всех работ нужны большие средства и ресурсы; поэтому решение принималось на более высоком уровне, в нашем министерстве, и даже — в Военно–промышленной комиссии (ВПК). Подготовив специальные плакаты и пользуясь своей международной известностью, я старался использовать любую возможность, чтобы встретиться с высокими руководителями и убедить их, что для дальнейшего освоения космоса необходимы дополнительные затраты. Среди моих «клиентов» оказались наш министр С. Афанасьев и зампред Совмина Л. Смирнов, которому подчинялась ВПК.

В конце концов специальное Решение ВПК № 239 было подготовлено и принято, оно предусматривало разработку и изготовление многочисленных подсистем и аппаратуры, а также строительство отдельного лабораторного корпуса для будущей системы.

В общей сложности работа по созданию и освоению этого стенда, который получил условное название «Конус», заняла у нас почти 10 лет. Его ввели в действие к середине 80–х годов. На стенде отрабатывали стыковку по программе станции «Мир», для корабля «Буран» и других проектов. Построить механические стенды для этих космических комплексов со всеми вариантами конфигураций при стыковке было бы просто невозможно. «Конус» стал нашим незаменимым инструментом.

Игра стоила свеч, а дело — затраченных усилий.

Это рассказ о создании «Конуса» и о том, что произошло потом.

Будущему стенду предстояло воспроизводить движение многотонных кораблей в невесомости. Это требовало от его создателей мобилизовать немалую часть интеллекта страны и создать технику самых высоких технологий, соединить все вместе и заставить работать.

Можно представить себе, как свободно двигаются в невесомости многотонные корабли, сначала каждый из них свободно с 6–ю степенями подвижности, а затем стыковочные механизмы сталкиваются и начинается динамика стыковки. На стенде воспроизводится лишь относительное движение, с 6–ю степенями свободы, этого достаточно. Шесть приводов почти свободно перемещают подвижную платформу с установленным на ней стыковочным агрегатом, пока он не столкнется со вторым, ответным агрегатом, закрепленным на неподвижной платформе. Неподвижно, но не совсем: 6 силовых датчиков измеряют микронные перемещения, пропорциональные 6–ти компонентам силы удара — это тоже своя, пространственная кинематика и микродинамика. До столкновения платформа движется свободно, так как пожелает испытатель, исследователь, задающий скорость и начальный промах, начальные условия стыковки: 6+6 компонентов пространственного движения. Как только произошло столкновение, силы, замеряемые датчиками, начинают поступать на вход в компьютер. Он запрограммирован так, что интегрирует уравнения движения обоих кораблей. Его пространственного «воображения» хватает на то, чтобы решать все 6+6 пространственных уравнений. Не только это: один из важнейших параметров — это скорость вычислений. Компьютер должен успевать за реальным процессом стыковки. Как говорят, требуется решать задачу в реальном времени. Тогда — все реально, тогда — агрегаты движутся, амортизируют и сцепляются на виду у их создателей, наземных экзаменаторов–испытателей, почти так же, как в космосе. Остается только додумать, вообразить, что все это происходит на орбите высоко над Землей, и, может быть, представить себя космонавтом за пультом космического корабля.

В космосе, как известно, может быть очень холодно или даже жарко. Об этом тоже позаботились создатели стенда: между подвижной и неподвижной платформами можно закрепить чехол и подавать туда охлажденный или подогретый воздух.

Стенд в целом содержит в себе самую современную технику, связанную между собой. Начиная от вычислительной машины, прецезионных измерителей сил и мощных длинноходовых гидроприводов до аппаратуры регистрации результатов испытаний и системы гидропитания. Все эти компоненты отличались высокими, я бы сказал, уникальными характеристиками. Например, привода рассчитывались на очень высокое быстродействие и на максимальную скорость при стыковке, а это около одного метра в секунду, и на максимальную силу при столкновении в несколько тонн.

В то же время большая мощность приводов, быстродействие, высокое давление в гидроконтуре порождали потенциальную опасность. Выйдя из?под контроля, стенд в состоянии разрушить не только испытуемые образцы, но и все сооружение, он стал «взрывоопасным», а это требовало аварийной защиты от всяких случайностей при всевозможных отклонениях. Эту проблему решили, введя специальную аппаратуру контроля и управления, готовую не только выключить стенд в нужный момент, но и остановить движение в сотые доли секунды.

Так работает стенд. Такова была идея, концепция. Оставалось спроектировать его, построить и заставить работать.

Подготовительный период по созданию гибридного стенда относится к началу 1976 года. После того как решение ВПК состоялось, началась настоящая практическая работа. Этот проект стал новым этапом в моей инженерно–организационной деятельности. Диапазон действий значительно расширился, пришлось заниматься новыми, доселе не известными мне областями, включая большое, как говорили у нас, капитальное строительство. Требовалось координировать работу многих подразделений НПО «Энергии» и других предприятий.

Для выполнения и координации работ в нашем отделе создали специальное подразделение. Его руководителем стал один из членов моей американской команды В. Кудрявцев. Лаборатория занялась инженерным проектированием стенда, его систем и организационными проблемами. Инженеры–механики приступили также к разработке теоретических основ гибридного стенда, без теории, без математики было невозможно построить управляюще–вычислительную систему. На этих основах строились программы для ЭВМ, а также структура стенда в целом. Этот важный раздел работ возглавил Л. Остроухов, один из первых стыковщиков из команды А. Никифорова и Э. Беликова, тоже в конце концов присоединившийся к нам.

Важную работу по управлению стендом в рабочем и аварийном режимах, электронное оснащение лаборатории возглавял талантливый, самобытный инженер В. Стоялов. Позднее он стал моим аспирантом и защитил диссертацию, которая базировалась на технике стенда «Конус».

Всеми этими разделами нам пришлось заниматься, начиная от составления технических заданий заканчивая поиском подрядчиков и субподрядчиков, подбирать компоненты и увязывать все и всех между собой.

Когда выбирали компьютер, меня поразило то, что наиболее быстродействующей оказалась старушка БЭСМ-6, разработанная еще в середине 50–х годов (!) первым поколением советских кибернетиков под руководством академика Лебедева. В начале 50–х годов, когда я поступил в МВТУ, кибернетика, цифровые ЭВМ причислялись к буржуазной лженауке. В результате знаменитого письма трех академиков самому Сталину было выпущено постановление партии и правительства о развитии вычислительной техники в стране. Благодаря значительным усилиям и энтузиазму многих настоящих ученых и талантливых инженеров, среди которых был первый завкафедрой МВТУ Б. Анисимов, в короткий срок стал наверстывать упущенное, создав первые отечественные компьютеры.

В целом в стране в электронную отрасль вкладывали огромные средства. Под Москвой выстроили огромный исследовательско–промышленный комплекс и город–спутник Зеленоград. Для многих он стал действительно образцовым современным городом. Этот «спутник», почти как космонавты, обеспечивался московским снабжением, а его жители получали «почти московскую прописку». Не удивительно, что город–спутник выкачивал остатки крестьян из ближайших деревень. Он также подмял под себя дачные поселки, а в начале 80–х очередь дошла до нас. Дача моего тестя находилась по соседству, сначала мы в полной мере пользовались особыми благами, а историю еще одного «спутника» знали не только понаслышке. Правда, эта частная дачная история в отличие от компьютерной техники имела счастливый конец.

Руководство советской микроэлектроники оказалось неспособным направить огромные коллективы специалистов на решение актуальных проблем страны. Большинство предприятий решали узкие, военно–космические и правительственно–сервисные задачи. Даже тогда, когда в начале 80–х в США, а затем и в других странах произошел еще один компьютерный взрыв, родивший персанальные «пи–си», в Москве, в Зеленограде и других микроэлектронных комплексах не нашлось ни сил, ни мудрости, даже просто здравого смысла у руководства, чтобы перестроиться. Не изменились они по–настоящему с началом перестройки по Горбачеву. Мне приходилось встречаться с некоторыми из этих руководителей. Один из них сделал карьеру на том, что оборудовал автомашину самого Брежнева мобильной спецсвязью. Позднее их ЭВМ летала на ОС «Мир», однако в 90–е годы и эта «элитная» компьютерная техника оказалась потерянной. Российская космонавтика практически лишилась отечественной микроэлектроники.

Пишу здесь об этом потому, что мы оказались вынужденными покупать, точнее, выменивать бортовые компьютеры на системы стыковки. Однако это произошло много лет спустя, в середине 90–х годов.

Так и жили мы долгое время, отрабатывая космическую стыковку, пользуясь старушкой БЭСМ-6. Лишь 20 лет спустя нам удалось модернизировать вычислительную технику «Конуса», когда начали работать по проекту «Мир» — «Шаттл», получив тоже в качестве ответной услуги от американцев современную вычислительную станцию. Кто виноват в этом электронно–компьютерном провале, кто не сумел поднять ее на современный уровень? Может, не нашлось работоспособных и талантливых людей? Не может быть! Для меня это остается непонятным до конца, несмотря на все наблюдения, беседы и книги. Хотя, чему удивляться, если вспомнить генетику, другую советскую научную крайность.

Зато с другой уникальной подсистемой для «Конуса» — следящими гидроприводами нам повезло. Их разработку поручили ЦНИИ АГ (автоматики и гидравлики), предприятию высокой технологии, относившемуся к оборонной отрасли промышленности. Эту работу возглавил мой старинный приятель по МВТУ, по футболу и хоккею В. И. Разинцев — гидромеханик высочайшего класса и большого таланта. Под руководством Валерия Ивановича спроектировали и отработали совершенно уникальные гидропривода для нашего стенда. Эти привода изготовило опытное производство ЦНИИ АГ, им помогали предприятия нашего министерства. Так длинноходовые»цилиндры»сделал Ленинградский завод «Арсенал». Нам также много помогали заводы МЭП (электротехники), включая наш Машиноаппарат. Все спроектировали, отработали и отладили, преодолев многие трудности.

Опыт «Конуса» подтолкнул к применению гибридных шестистепенных стендов для испытаний самолетов, для тренировочных тренажеров и других задач.

В эти годы В. Разинцев снова вовлек меня в футбол и хоккей, на этот раз — в игры ветеранов. Как в молодости, каждый из нас имел кличку, отражавшую черты характера и стиль игры. Организовал всех В. Клюев, который мог быть всем: и руководить НПО, и писать научные работы, и являться секретарем райкома и многим еще, и которого называли, естественно, Директором. Меня звали там Профессором–драчуном, наверно, за то, что старался компенсировать упущенное в молодые годы, за то, что «не доиграл… не долюбил…». Мы играли вместе со взрослыми сыновьями, несмотря на травмы, почти до середины 90–х годов, пока возраст, а больше — развал спорта в стране не остановил наш энтузиазм.

Измерительную аппаратуру для стенда проектировал и комплектовал НИИТ (измерительной техники) - наше, подлиповское предприятие. В 80–е годы они были очень квалифицированными в своей области, пока уже в 90–е годы почти не исчезли с лица Земли. Филиал НИИТ в Пензе, ставший самостоятельной организацией, разработал и изготовил силовые датчики и аппаратуру, определявшую точность всего испытательного процесса.

О том, как строили здание «Конус», можно рассказывать долго. Строительство всегда оставалось в Советском Союзе особой отраслью. Так же, как в сельском хозяйстве, там никогда не хватало ни ресурсов, ни материалов, ни кадров. Не было у нас в стране, наверное, ни одного инженера, который не поработал бы на «стройках коммунизма», как, впрочем, в колхозах и совхозах, помогая труженикам деревни. А тут — собственная стройка, отказываться и отлынивать стало бы великим профессиональным грехом.

Вот так непросто продвигали вперед космическую и другую технику в стране Советов.

Постепенно мне удалось собрать в «Конусе» и молодежь, и ветеранов, что всегда давало хорошие плоды. В лабораторию влились целая группа способных инженеров, которые составили костяк коллектива. Среди них выделился Ю. Зорин, ставший впоследствии руководителем. Для многих из нас и наших основных смежников это время стало еще одним творческим этапом жизни.

В конце 1981 года к команде подключился другой мой старый приятель Г. Соков, с которым мы учились еще в школе №1 в Подлипках, а затем в МВТУ, изучая вычислительные машины. Волею судьбы его группу счетных машин СМ-2 в 1952 году перевели на цифровые ЭВМ. Так инженерная судьба сначала развела нас на целых 25 лет, а потом соединила вновь.

Этот период совпал с другим существенным, но печальным событием: вечно чем?то недовольное руководство почти отторгло от меня это мое детище. Должен признать, что в этот момент я не проявил достаточной твердости и настойчивости, не отстоял свои права и… обязанности. Так было всегда в жизни, когда проявлялась нерешительность и слабость, наверняка не у меня одного. Надо было биться так, как на хоккейной площадке, до конца, до победы. В итоге за мной осталась лишь идеология испытаний. Пожалуй, мне стало легче, но дело все?таки, пострадало.

За год до этого произошло еще одно событие, нюансы которого так и остались не до конца мне ясны. Под угрозой отставки, находясь под прессом агрессивного руководства сверху, Калашников подготовил и подписал приказ о моем назначении его заместителем. Через пару недель, когда угроза миновала, приказ дезавуировали (из?за спешки его не согласовали с парткомом). «Свои люди» придрались к тому, что мой заместитель мог не «потянуть» сложный «стыковочный отдел». В результате, мое очередное назначение отложилось еще на несколько лет.

Как мой подчиненный стал моим начальником, тоже примечательная история, которая хорошо характеризовала мастеров «подбора и расстановки кадров». Сначала, подобрав момент, когда я находился в отпуске, выпустили приказ, в тот раз согласованный с парткомом, назначив Кудрявцева сначала заместителем, а после ухода Калашникова на пенсию — начальником. Наверное, так было удобно. Не было ничего удивительного в том, что молодому, способному человеку, настойчивому и очень работоспособному, льстило такое быстрое и неожиданное продвижение. Надо отдать должное Кудрявцеву, он вскоре предложил мне стать его заместителем. Комплекс в целом состоял из десятка разноплановых отделов, однако электромеханика занимала особое место. Эта техника всегда оставалась самой проблемной, комплексной и интересной. Поэтому высокая должность потребовала бы от меня больших дополнительных усилий в ущерб основному направлению. Кто знает, может быть, судьба благоприятствовала стыковке. Так или иначе, еще через несколько лет, в 1987 году, из моего отдела образовался «косой» комплекс — научно–техническое напрвление по электромеханике и большим космическим конструкциям. «Конуса» мне он, конечно, не вернул, ведь это было и его детище. Дополнительно, в 80–е годы, в этой лаборатории под руководством Кудрявцева развернулись работы по испытаниям рулевых машин для ракеты «Энергия», к которой я не имел прямого отношения.

Мы окончательно разделились с Кудрявцевым лишь в 1989 году.

Начиная с 1985 года 6–степенной динамический стенд «Конус» стал неоценимым инструментом при отработке стыковки, а также при оперативном анализе аномалий, которые происходили на орбите. Однако «Конус» оказался не только техническим инструментом, он стал одним из самых зрелищных мест всего НПО «Энергия», его охотно, с интересом посещали как отечественные, так и иностранные гости. До развала СССР в «Конусе» побывали несколько членов Политбюро, несколько раз ждали самого Горбачева, но его из?под носа у наших больших руководителей увели к более расторопным соседям по Подлипкам политики большего масштаба. «Господа Конус», его руководители и ветераны, правда, вскоре заметили, что многих посетителей лаборатории, воспроизводящей движение в невесомости, нередко снимали с высоких постов, однако документальных записей мы, к сожалению, не вели.

Уже будучи гражданином России, мне пришлось рассказывать об отработке стыковки самому премьеру В. Черномырдину. В отличие от некоторых других гостей в его глазах я увидел искорки живого интереса, но, конечно, не мог разглядеть, что его интересовало в стране в тогда ближайшем будущем. «Хотели как лучше, а получилось как всегда». Эта фраза премьера очень понравилась многим россиянам. Нет, так не было всегда. Когда?то в стране не разрушались, а создавались настоящие высокие технологии, а многие были способны сделать гораздо больше, и не только для полета в космос.

Но это вам не на гармошке играть.

В 90–е годы в «Конусе» побывали также администраторы НАСА Р. Трули и сменивший его вскоре Д. Гольдин, а однажды ждали самого вице–президента США. «Конус» действительно сыграл большую роль в рекламе нашей техники стыковки, в демонстрации ее эффективности и возможностей, и это принесло успех.

Такое внимание к нашему динамическому стенду объяснялось несколькими причинами. Во–первых, сама стыковка — очень важна в пилотируемой космонавтике, во–вторых, на стенде техника демонстрировалась в деле, она видна, и многое понятно. В–третьих, стыковочный механизм и сам стенд все?таки «хитрые», немного загадочные, а это всегда привлекает и внушает уважение. В–четвертых, в целом здесь демонстрировались высокие технологии и большой технический потенциал разработчиков. И наконец, еще одно немаловажное качество: процесс стыковки на стенде динамичен, зрелищен, целенаправлен.

И самое последнее, стыковка — «это уже сотрудничество», а это сотрудничество многогранно.