4.4   Пробный камень: на испытательном стенде «Конус»

4.4   Пробный камень: на испытательном стенде «Конус»

Когда размышляешь или читаешь лекции по космической тематике, связанной с фундаментальными законами природы, приходят мысли о том, что мир не возник стихийно, из безыдейного хаоса. Например, как получилось так, что Земля не перегревается и не переохлаждается, а водоемы не вымерзают, а только покрываются льдом, плавающим на поверхности. Если бы вода при замерзании не расширялась и лед опускался бы на дно, жизнь стала бы невозможной.

Природа в целом пропорциональна, как говорят, — линейна. Однако теплоотдача излучением пропорциональна температуре в четвертой степени. Отмечая эту особенность студентам, я как?то пошутил: недаром этот закон открыли сразу двое, Стефан и Больцман. Хватило на обоих, каждый возводил температуру в квадрат. Только благодаря такой двойной крутизне на Земле образовались условия, приемлемые для возникновения и поддержания жизни.

Можно привести и другие примеры.

Однако и в менее глобальных явлениях можно разглядеть свою логику развития. Даже в частных событиях прослеживается порой удивительная логическая связь. Иногда мне кажется, что моя жизнь и деятельность, развитие и повороты судьбы загадочно взаимосвязаны. Надо снова обратиться к примеру.

Истоки новой международной программы восходят к ЭПАСу, «Союзу» — «Аполлону». Тогда родился наш АПАС-75, андрогинные корни которого уходят еще глубже, в более отдаленное прошлое, в конструкцию агрегатов для первой станции «Салют», их шпангоуты почему?то уже тогда оказались одинаковыми, андрогинными. После ЭПАСа мысль повела меня сначала по тропинке, которая вывела на столбовую дорогу. На этом пути наряду с АПАС-89 мы спроектировали испытательный стенд «Конус», идею которого подсмотрели опять же в годы ЭПАСа у наших американских коллег. В этом тоже проявилась какая?то логика нашей судьбы.

За 20 лет колесо нашей истории, похоже, сделало полный оборот. Рухнула не только Берлинская стена. Раздвинулся железный занавес, сняли завесы запретного, открыв американцам много неожиданного и интересного. Одним из таких мест стал наш испытательный стенд. Вскоре этот интерес стал профессиональным, от демонстраций и созерцания мы перешли к общему делу. Как мы обнаружили спустя еще год, американская супертехника 20–летней давности не только не продвинулась вперед, но и оказалась потерянной. Во время посещения Хьюстона в 1993 году я обнаружил стенд, на котором мы испытывали АПАС-75, где?то на задворках центра, в безжизненном состоянии. То, что восхитило и соблазнило нас тогда за океаном, вышло из моды. Действительно, развитие совершило целый виток.

Считается, что большие настоящие дела не остаются без исхода. Как говорят экономисты, они окупаются. Это важно, особенно в наше время экономических преобразований. Похоже, наш стенд «Конус» окупил себя 20 лет спустя. Это не принесло нам дохода. Его получали другие, и совсем другим способом. Тем не менее «Конус» продвинул нас вперед, сначала приблизив к соглашению по полету Спейс Шаттла к «Миру». Затем с его помощью подтвердили квалификацию АПАСа на готовность к космической стыковке. Еще через несколько лет на стенде проверяли стыкуемость по программе международной космической станции МКС.

Прежде чем лететь на орбиту, любой космический аппарат, орбитальные операции моделируются на Земле. Специалисты составляют модели для аппарата в целом и каждой его системы. Как правило, таких моделей очень много для того, чтобы математически рассчитать или физически испытать все системы.

Перед тем как принять окончательное решение начать совместный проект, американцы также решили провести моделирование и совместные испытания системы стыковки. С этой целью выбрали наш динамический стенд «Конус».

Сначала этот стенд сыграл важную роль в демонстрации возможностей нашей космической техники. Он внес свой вклад в отработку АПАС-89, а затем в его рекламу. Теперь пришла пора для нашего «Конуса» продемонстрировать его профессиональные способности перед американскими коллегами и доказать пригодность и эффективность АПАС-89 для стыковки Спейс Шаттла с орбитальным «Миром» на этом начальном, очень важном этапе программы.

На 6–степенном стенде моделируется лишь небольшая часть процесса стыковки космических аппаратов: начальные условия подхода, динамика соударения и относительного движения, демпфирование взаимных колебаний. Эта фаза очень короткая, и на этом этапе работает лишь часть элементов стыковочного механизма. Однако именно он является наиболее динамичным, чрезвычайно ответственным и потенциально опасным. Все остальные характеристики стыковочного устройства гораздо легче оценить аналитически, на бумаге. Однако быстро протекающие процессы желательно проверять в действии, в работе. Существенным стало также то, что нужно было состыковать два стотонных космических аппарата, и это предстояло выполнить впервые. Именно поэтому испытания на стенде «Конус» выбрали в качестве первого критерия.

Уже на первой встрече в августе 1992 года специалисты НАСА и «Роквелл» предложили в короткие сроки подготовить и провести совместные динамические испытания. Наши коллеги хотели посмотреть на стыковочный механизм АПАС в действии, увидеть его своими глазами в работе и получить детальные параметры процесса стыковки.

В 1992 году на лекциях в Хантсвилле студент нашего класса Симак Гофрениан сделал краткое сообщение по моделированию стыковки. Тогда я плохо запомнил то, о чем говорил Симак. Приехав в августе в Москву в числе специалистов «Роквелла», он с самого начала и на всех последующих этапах стал одним из самых активных участников совместных работ. Благодаря характерной для него хватке и напору он буквально въедался во все тонкости нашего непростого механизма. Ему удалось соединить теорию с практикой и подогнать математическую модель так, чтобы она, в конце концов, начала давать хорошие результаты, очень близкие к экспериментальным. Тогда, в осенние и зимние месяцы 1992/1993 годов, нам предстояло совместно заложить фундамент будущего успеха совместной работы.

Выполняя требования протокола августовской встречи, мы энергично начали подготовку к первым совместным испытаниям. В. Кудрявцеву, которому по–прежнему подчинялся отдел, ответственный за стенд «Конус», пришлось затратить много сил и времени на подготовку к испытаниям. Начальник этого отдела Ю. Зорин и другие специалисты приступили к работам. Со времени строительства здания и ввода в действие стенда прошло более десяти лет, помещение обветшало, обшарпалось, многое оборудование износилось, и требовало обновления. Надо отдать должное Кудрявцеву и его сотрудникам, они правильно оценили ситуацию и воспользовались ею, сделав все возможное для того, чтобы не только выполнить этот важный этап. Всем было ясно, что дальше объем работ будет только увеличиваться, предстоит проводить испытания на всех последующих этапах проекта.

В сентябре мы подготовили приказ о проведении всех необходимых мероприятий. В течение последующих полутора месяцев подразделения КБ, нашего завода и ближайших смежников выполнили все работы.

Электромеханики моего отделения во главе с Б. Чижиковым, Е. Бобровым, С. Темновым и О. Розенбергом готовили экспериментальные АПАС-89, которым предстояло «отвечать» за себя и за своих андрогинных «собратьев» и держать экзамен перед зарубежными экспертами. Э. Беликов и его динамики составляли программу предстоящих испытаний. Мы так же, как американцы, использовали подход, ставший классическим. Для типичных, характерных для данного космического корабля начальных условий проводилось двойное исследование: теоретический анализ на математической модели и испытания на стенде. Данные моделирования и испытаний сравнивались и взаимно проверялись.

Должен признать, что мне так и не удалось создать хорошую команду стыковочной динамики, настоящую «школу». Причин этому было несколько. Их истоки уходили еще в 60–е годы, когда моделирование проводилось в других отделах нашего ОКБ-1. Во время работы над проектом «Союз» — «Аполлон» нам хорошо помогли динамики Е. Лебедева. Однако после 1975 года они оставили стыковку, вернувшись к своим более глобальным проблемам. Тогда надо было укреплять своих динамиков, искать способную молодежь среди выпускников мехмата и вузов, по–настоящему заинтересовать их. При большой настойчивости, наверное, удалось бы убедить руководство дать нам дополнительные штатные единицы. Видимо, у меня не хватило настойчивости, может быть — и времени, а нас никто не подтолкнул и не поддержал. Несколько раз мы пытались привлечь к аналитической работе вузовских работников, имевших опыт по разработке математических моделей. Как показала практика, им часто недоставало опыта настоящей практической работы, в том числе ее организации. Главное, чего недоставало нашим вузовским ученым, это целенаправленного стиля работы нашего КБ. С самого начала даже в аналитической работе нас приучали выполнять почти производственные задания, которые начинались с постановки конкретной, конструктивной задачи и заканчивались заключением о готовности к полету. Между этими крайними точками отсчета, определенными по форме и по времени, лежали все промежуточные этапы работ, выполнявшимися в соответствии с планом–графиком (ПГ). Соответствующие разделы входили в этапные документы, начиная с исходных данных (ИД) и технических заданий (ТЗ), эскизный и технический проекты, экспресс–отчеты и отчеты по разработке. Эта аналитическая ветвь графика тесно увязывалась с другими разделами работы, с экспериментами и испытаниями, с разработкой других взаимодействующих систем, с этапами подготовки кораблей и станций в целом.

Особая роль принадлежала руководителям лабораторий и групп, которые должны были хорошо знать продукт своего труда и технологию его изготовления, чувствовать задачу и ощущать количественные результаты, чтобы иметь возможность сказать своему инженеру: «похоже» или «здесь что?то не так».

Этому образу мыслей, жизни и работы хорошо учиться с молодых лет, как катанию на коньках или на велосипеде. Слишком долгое пребывание в вузе может не только научить человека, но и настроить его на другой неконструктивный лад. Недостаточная способность сосредоточиться на главном, правильно распределить свои силы и помощников, непоследовательность в действиях могут свести на нет все добрые намерения. Мой отец, прошедший большую школу практических работ, но преподававший все последние годы в Лестехе, часто говорил: умеет — делает, не знает — учит. Он умел посмеяться над собой.

Наша математическая модель динамики стыковки так должным образом и не заработала вовремя. Мне кажется, такая ситуация сыграла свою роль в решении Беликова — в критический период бросить отдел со всеми его динамиками и другими проблемами. Его уход в конце декабря 1992 года в самый нужный момент, когда закончился первый этап совместных испытаний на стенде «Конус» и анализировались полученные результаты, стал для нас ЧП — чрезвычайным происшествием.

Таков невеселый итог мы пережили в важном разделе работ, из которых складывалась подготовка на Земле к стыковке в космосе.

В 80–е годы наш АПАС-89 отрабатывался для стыковки КС «Буран» с ОК «Мир» в том числе, на стенде «Конус». Этот «задел» стал той основой, на которой мы базировались при совместных динамических испытаниях с американцами. В данном случае, подобие Шаттла и нашего Челнока, очень близких по весу и по конфигурации, сыграло положительную роль. Еще во время рекламной кампании мне приходилось неоднократно подчеркивать это подобие, и для пущей убедительности даже говорить о том, что теперь этот факт уже ни для кого не секрет. Действительно, можно сказать, что, делая систему стыковки для советского Челнока, мы сделали ее для его американского прототипа, Шаттла. Нам предстояло выполнить еще очень многое в ближайшие два с половиной года, однако основа, АПАС-89, его конструкция и главные характеристики остались неизменными.

К ноябрю мы были практически готовы к испытаниям, основные системы стенда подновились, АПАСы отлажены и перепроверены, программа испытаний согласована. В здании «Конус» провели ремонт, удалось даже подготовить специальное помещение для наших коллег, поставив в машинном зале прозрачные полу–перегородки по американскому образцу. Микроминиатюризация электронной аппаратуры медленно, но неизменно доходила до нас, и помогала расширяться, постепенно освобождались площади, занятые старым, громоздким оборудованием. Наконец начало компенсироваться то, что было сделано не так 15 лет назад. Нам даже отремонтировали туалеты, обратную сторону любого лица.

Испытания проводили в два захода. Первый этап начали в середине ноября и закончили в начале декабря. Эта серия испытаний прошла успешно и подтвердила работоспособность АПАСа, воспроизводимость расчетных характеристик амортизаторов, возможность стыковки Спейс Шаттла к «Миру». Как и ожидалось, сложным оказалось обеспечить сцепку при малых скоростях сближения и при больших промахах, т. е. при предельных отклонениях от соосного положения. В соответствии с принятым у нас подходом, для того, чтобы гарантировать сцепку, обычно включались «на дожатие» двигатели РСУ (реактивной системы управления) активного корабля, которые подталкивали его, помогая совместить кольца с направляющими, и соединить защелки. У американцев такого опыта почти не было, если не считать аварийной стыковки «Аполлона 14» в 1971 году. Поэтому специалисты НАСА и «Роквелл» взяли тайм–аут.

Проведя анализ и моделирование, американцы вернулись к нам, чтобы провести дополнительные динамические испытания на стенде «Конус» только к концу лета 1993 года. Это произошло уже после заключения основного контракта. Только после проведения этих дополнительных испытаний окончательно выбрали процедуру пилотирования, скорость сближения и другие начальные условия и, конечно, выбрали последовательность и продолжительность включения двигателей РСУ Орбитера.

Вся эта, далеко не простая процедура пилотирования, активную роль в которой играл экипаж Спейс Шаттла и ряд его автоматических и полуавтоматических систем, неоднократно моделировалась. Ее отрабатывали на стендах и моделях в Лос–Анджелесе и в Москве, а позднее на «Мысе» в КЦК (Космическом центре имени Кеннеди), а также тренировали астронавтов на тренажерах в Хьюстоне.

За совместные испытания фирма «Роквелл» выплатила НПО «Энергия» несколько сот тысяч долларов. Это были наши первые доллары, которые мы заработали, не в общей массе, не как часть всего НПО «Энергия», а как стыковщики, своим трудом, умом и талантом. Как и ожидалось, большая часть этих денег ушла «в общий котел». Подразделениям, которые непосредственно проводили испытания и осуществляли поддержку, все?таки кое?что досталось, около 1% от заработанной суммы. Наш терпеливый неизбалованный народ остался доволен и этим поощрением. Часть средств, еще около 1%, выделили на приобретение оборудования.

Нам действительно катастрофически не доставало современного электронного оборудования. Вскоре после первого этапа испытаний мы получили несколько хороших компьютеров, аналого–цифровых преобразователей для стенда и два первых «ксерокса», копировальных аппарата. Наконец?то, в последнее десятилетие XX века, у нас появилась множительная техника, одна из самых необходимых для конструкторского дела, для любого делопроизводства. Мы, наконец, почти избавились от необходимости проходить длительную и унизительную процедуру, чтобы размножить любую пустяковую бумажку. Правда, мне пришлось поставить эту первую «машину» у себя в кабинете, чтобы лишний раз не искушать своих людей.

Приближался к концу боевой 1992 год, целый год после распада Союза, «либерализации» цен, начала инфляции, развала ВПК и не только его. В декабре и в январе произошел ряд событий, которые также оказались примечательными, мы жили и работали уже в других условиях, в стране, которая менялась буквально на наших глазах. Остальной мир тоже изменился. Это было заметно.

В начале декабря, после окончания первого этапа испытаний, группу наших специалистов пригласили в США на фирму «Роквелл», в Калифорнию. После некоторых проволочек и сокращений состава руководством наши заграничные паспорта и другие визовые документы попали в посольство США в Москве. Для многих членов моей команды эта поездка в Америку должна была стать первой. Мы считали, что такая серьезная программа государственного значения получит соответствующую поддержку «госдепа» и его государственных чиновников. Не тут?то было. Прошла неделя, другая, а члены стыковочной команды так визы и не получили. Приближался Кристмас (католическое Рождество), надежды таяли и вскоре погасли совсем.

Стоит упомянуть о том, что в эти дни у меня одного из всей группы имелась готовая въездная виза. Меня пригласил Американский институт астронавтики и аэронавтики — AIAA принять участие в совещании по развитию международного сотрудничества. Совещание запланировали провести на Гавайях, в одном из лучших курортных мест тихоокеанского региона. Длинное путешествие и пребывание в 5–звездочном отеле оплачивали организаторы. Путь на Гавайи лежал через Лос–Анджелес. Так что я, в принципе, мог бы и даже рассчитывал попасть на оба мероприятия, сделать оба дела. Однако, мне не хотелось бросать свою команду, и я даже не заикнулся об уникальной возможности у своего руководства. Президент «Роквелла» Б. Майнер, находившийся тогда в Москве сказал, что надо ехать и сам улетел за океан.

На этом история с визой не закончилась. В конце концов, мне пришлось воспользоваться той визой, но это произошло только через четыре месяца, в апреле 1993 года, уже тогда, когда мы вплотную подошли к заключению основного контракта.

Последнее событие, о котором надо рассказать в этом разделе, произошло в начале 1993 года: 26 января с ОС «Мир» состыковался «Союз ТМ-16». Это был необычный корабль. Впервые для его стыковки использовался новый АПАС-89; этот полет стал первым испытанием нашей новой системы в космосе. Во время стыковки на орбите в Москве находилась группа американцев. Они радовались вместе с нами тому, что андрогинный причал на модуле «Кристалл», запущенном два с половиной года назад, наконец, проверили в деле.

Корабль «Союз», впервые оборудованный АПАС-89, в НПО «Энергия» назывался изделием 11Ф732 № 101. Его предыстория также примечательна. Два корабля № 101 и № 102, были подготовлены в рамках программы «Буран» в качестве так называемых кораблей–спасателей. Их предполагалось использовать в случае, если бы потребовалось оказать помощь космонавтам на космическом самолете, как известно, также оборудованном АПАС-89. В качестве еще одного варианта их использования рассматривалась подсадка экипажа на запускаемый в беспилотном варианте самолет. После закрытия программы «Буран» корабль № 101 остался без андрогинного партнера (до № 102 дело дойти не успело). Мне пришлось принять непосредственное и активное участие в его судьбе.

Где?то в мае 1992 года ведущие конструкторы подготовили и стали подписывать документ, называемый у нас техническим решением, сокращенно — ТР. Такие решения выпускались тогда, когда необходимо было организовать любую, большую или малую, доработку корабля или модуля, его системы или узла и требовалось расписать все поручения и действия, необходимые для реализации этих оперативных планов. Все тээры согласовывались исполнителями поручений, иногда их набиралось несколько десятков, и даже сотен. По «Союзу» № 101 предлагалось заменить АПАС-89 на обычный активный стыковочный агрегат со штырем, с тем чтобы состыковать этот корабль с рабочим осевым причалом станции. Работа предстояла огромная — наряду со стыковочным агрегатом требовалось заменить несколько приборов, электрические кабели и другую аппаратуру. Я отказался подписывать ТР, предложив использовать корабль без переделки и состыковать его к андрогинному причалу модуля «Кристалл».

На этот раз мой протест возымел действие. Генеральный конструктор Семенов утвердил новое ТР, а через 9 месяцев изделие 11Ф732 № 101 превратилось в «Союз ТМ-16» на космической орбите. Тогда это было очень важно.