Космодром — орбитальная станция — район посадки...
Таков маршрут многих и многих звездных экспедиций. А между стартом и приземлением сотни, а теперь уже и тысячи витков вокруг нашей планеты. Любой полет насыщен сложнейшими динамическими операциями — так специалисты называют фигуры космического пилотажа. О том, как управляют космическими аппаратами, как помогает пилотам автоматика, и рассказывается в этом репортаже.
Путь к станции
...Они подходили к невидимой черте, за которой радиосистемы корабля и орбитальной станции должны «увидеть» друг друга. Дальше «Союз» поведет автоматика. И вдруг...
— Двигатель не включился, — докладывает бортинженер.
Теперь маневр на сближение не состоится, аппараты могут разминуться в безбрежности космоса. В распоряжении экипажа секунды, чтобы решить, идти на стыковку или отменить ее.
— Просчитай расстояние!
— Есть, готово! Мимо не пройдем, войдем в зону радиозахвата.
— Будем стыковаться.
— Ну что ж, решение грамотное, корабль шел так, что обязательно попал бы в зону действия автоматики, — прокомментировали действия В. Ляхова и В. Рюмина специалисты. Эта каверзная задачка досталась экипажу на одной из комплексных тренировок в Звездном городке.
Образно говоря, полет, пилотирование начинаются еще на Земле, на тренажерах. Здесь рассказано лишь об одном эпизоде, а ведь таких тренировок у каждого экипажа — великое множество. И легких задач конструкторы не предлагают. Наоборот, они стараются поставить экипаж в самую сложную, непредвиденную, как говорят космонавты, нештатную ситуацию.
— Мы выходили из тренажера мокрыми, хоть выжимай, — признавались многие летчики-космонавты. Старая поговорка и здесь справедлива: тяжело в учении, легко в бою.
Время старта космического корабля рассчитывается с точностью до сотых долей секунды. Вспыхивает зарево в степях Байконура, и — сначала медленно, а потом все быстрее и быстрее — начинает ракета свой мощный разгон. И вот корабль выходит на околоземную орбиту.
Чтобы он не «рыскал», а шел точно по курсу, включается система ионной ориентации. Ловушка ионов — две трубки, установленные снаружи аппарата симметрично его оси. Набегающий поток заряженных частиц попадает к ним и преобразуется в электрический сигнал. Если корабль идет боком, в трубки попадет неодинаковое количество ионов, в датчиках возникнет разность потенциалов. Тогда система командует — выровнять курс. Корабль будет разворачиваться до тех пор, пока ионный «ветер» не начнет дуть прямо в лоб. Теперь в трубки попадает одинаковое количество ионов, и разности потенциалов не возникает. Надежная система.
После выхода на орбиту до цели еще далеко — корабль и станцию разделяет обычно 10— 11 тыс. км. Но корабль летит по более низкой эллиптической орбите и быстрее облетает земной шар, в полном соответствии с законами небесной механики догоняя станцию. В эти часы наземные службы точно измеряют параметры его орбиты, а мощные машины вычислительных центров по этим сведениям рассчитывают, в какое время, в каком направлении космонавты должны включить двигатель, сколько ему надо проработать. Обычно выполняется несколько маневров, которые точно выводят корабль в заданную точку пространства, где ему назначена встреча со станцией.
Стыковка
Это одна нз самых сложных и ответственных операций.
— Чтобы понять, в чем трудность этой задачи, давайте рассмотрим простой житейский пример, — рассказывал мне один из специалистов-баллистиков. — На шоссе стоит машина, а вы в другом автомобиле мчитесь к ней со скоростью километров 70 в час. Примерно такой бывает разница в скоростях летящих на орбите корабля и станции. А теперь вам нужно затормозить, на малом ходу подъехать к стоящей машине и тихонько коснуться ее — бампер в бампер. Согласитесь, чтобы все это проделать, нужно быть асом. Но ведь этот пример — самая грубая схема.
Машина стоит на шоссе, действие происходит на одной плоскости, а не в трех измерениях, как в космосе. Скорость «Салюта» относительно корабля имеет боковую составляющую — космонавтам кажется, что станция «уплывает» вбок. Впрочем, в космосе все эти слова — «вбок», «вииз», «вверх» — теряют свой смысл. Надо это движение погасить.
Все операции — торможение, разгон, ориентирование в пространстве — выполняются с помощью радиотехнической системы сближения «Игла». Через антенны корабля и станции она наводит «радиомост». Автоматика постоянно измеряет расстояние между аппаратами, скорость сближения, угловые координаты, «скольжение» вбок. Логический блок мгновенно обрабатывает информацию и командует маленькими двигателями причаливания и ориентации (их на корабле больше десятка), включает и выключает более мощный сближающе-корректирующий двигатель.
Раньше, когда до станции оставалось 100—50 м, ручку управления брали космонавты. Теперь автоматика до конца «руководит» операцией. Почему? Дело в том, что стыковка происходит примерно через сутки после старта, а именно первые сутки в космосе — самые трудные. Человек еще не привык, не ориентируется в невесомости. Кровь приливает к голове — почти все космонавты вспоминали, что первый день кажется, будто висишь на турнике вверх ногами. Управлять кораблем в таком состоянии нелегко. А автоматике эмоции несвойственны.
Значит, экипаж чувствует себя теперь вроде как пассажирами? Ничего подобного!
— Задача космонавта — контролировать действия автомата, — рассказывал Г. Гречко. — Не мешать ему, если все идет штатно, но мгновенно вмешаться в случае необходимости. Но такое вмешательство, подобно действиям хирурга, должно состояться в действительно серьезной ситуации.
— Сложность еще и в том, — добавляет Ю. Романенко, — что у автомата несколько иной «почерк» пилотирования. Он действует не так строго, жестко, как человек, а в довольно широких пределах. И экипаж должен отличать грань, за которой кончаются допустимые действия автоматики и начинается опасность. Грань эта зыбкая, но переступить ее нельзя. И поэтому человек должен вести расчеты, в сущности, быстрее машины, опережать автомат.
Космический штурман
«Заправлены в планшеты космические карты...» Кто не знает эту песню! Но наверняка многие уверены, что «карты», «планшеты» — не более чем метафора, так сказать, поэтическая вольность.
Вовсе нет. В свое время космонавты везли на борт орбитальной станции не то что планшет — чемодан с картами. Наблюдая в визир Землю, они засекали время, когда станция пролетала над заметными ориентирами — развилками рек, мелкими островами, и так определялись по местности. Сейчас после ряда испытаний в строй действующих, штатных вошла автономная система космической навигации «Дельта».
— Штурман-автомат — это серия измерительных приборов, сопряженных с бортовой вычислительной машиной, — рассказывают разработчики «Дельты». — Сведений, поступающих от приборов, вполне достаточно, чтобы компьютер определил высоту станции над поверхностью с точностью до десятков метров. А долготу и широту точки, над которой пролетает в это время «Салют», — с точностью до одного- двух километров. Космический навигатор освобождает экипаж от многих хлопот, экономя время для научных исследований.
Вот, к примеру, начинаются наблюдения далеких звезд. Чтобы направить телескоп — а он закреплен неподвижно — на нужный объект, экипаж должен ориентировать станцию в пространстве. И командир, глядя в визир, опознает созвездия, сверяя со звездным атласом, манипулирует ручкой управления, наводя телескоп — или, если хотите, станцию — в выбранный участок неба. Теперь это может сделать «Дельта». Зная точное положение «Салюта» в пространстве, компьютер рассчитает все параметры орбиты и даст команду системе ориентации, как развернуть станцию.
— Допустим, телескоп нужно навести на альфу Центавра, — рассказывают разработчики. — По командной радиолинии Земля просто передает номер этой звезды в компьютер. На этом и у экипажа, и у Центра управления полетом заботы кончаются. В памяти машины заложен каталог звезд, она сама рассчитает по программе, как нужно ориентировать станцию. Но, конечно, команды «Дельте» даются не на обычном, а на формализованном, математическом языке.
Маневры на орбите
Космический комплекс летает не в идеальном вакууме — на высоте 300—400 км атмосфера, хоть и крайне разреженная, все-таки есть. И она притормаживает станцию, ее орбита снижается, значит, нужно переводить комплекс повыше. За время работы станции «Салют-6» это неоднократно делалось с помощью двигательной установки грузовых кораблей «Прогресс». Смысл операции понятен — зачем расходовать топливо в баках самой станции, если оно еще есть на грузовике, который после расстыковки все равно сгорит в атмосфере. А вот выполнение ее — процесс весьма сложный и хлопотный. Пилотами становятся сразу оба члена экипажа — один выключает стабилизацию станции, другой должен одновременно включить систему ручной ориентации на корабле. Синхронность действий в пределах 1—2 с. И чтобы действовать в едином ритме, обычно приходилось тянуть через отсеки кабель — налаживать и проверять телефонную связь. Терялось время, которое в космосе на вес золота. Теперь «Прогресс-5» привез на станцию систему миниатюрных радиостанций «Кольцо» — космонавты с ее помощью могут общаться, даже находясь в противоположных концах комплекса.
Маневры на орбите приходится выполнять самые разные, но, пожалуй, один из самых сложных и необычных начался в сентябре 1978 года.
В. Коваленок и А. Иванченков «перегоняют» к другому причалу корабль «Союз-31». Этот корабль доставил на орбиту В. Быковского и космонавта ГДР 3. Иена. «Гости» оставили его «хозяевам» станции, а сами возвратились на Землю в их аппарате. Это не символ дружеского расположения — просто космический транспортный корабль не рассчитан на очень долгую стоянку в открытом космосе. А экспедиции становятся все дольше, вот и приходится космонавтам меняться кораблями. А зачем перегонять'
Корабль В. Быковского и 3. Иена стоял у заднего причала — именно там расположены трубопроводы для дозаправки станции. А В. Коваленок и
A. Иванченков ждали прибытия очередного грузовика. Вот и нужно было освободить задний стыковочный узел.
Специалисты предложили две схемы проведения операции. Основной вариант — корабль отчаливает от «Салюта-6», отходит от него на 100—200 м. В это время Земля по командной радиолинии включает «Иглу». Станция разворачивается на 180°, и начинается хорошо отработанный процесс стыковки. Запасной вариант — корабль после отстыковки облетает «Салют-6», подходит к нему и причаливает с противоположной стороны.
— Почему разворот станции предусмотрен основным вариантом, — поинтересовался я у заместителя руководителя полета
B.Д. Благова, — ведь так сложнее?
— Наоборот, проще, — улыбнулся Виктор Дмитриевич. — И надежнее Чтобы облететь «Салют», пришлось бы потратить больше топлива, а его запасы на корабле не так уж велики. Управлять кораблем надо было бы вручную, а в основном варианте главную нагрузку взяла на себя автоматика.
Операция эта, как известно, прошла успешно, в историю космонавтики вписана еще одна страница, а в космическом лексиконе появился новый термин: «перестыковка». В сущности, она состоит из двух уже знакомых элементов. Но на орбите — своя «арифметика», так что операция, которую осуществили В. Коваленок и А. Иванченков, — не просто сумма расстыковки и стыковки. Нужны незаурядные мужество и воля, чтобы после 83 суток работы на станции покинуть ее, подготовиться к посадке (а такая возможность не исключалась), потом провести вторую стыковку, отпраздновать второе новоселье и начать как бы все сначала. А минувшим летом эту операцию так же четко провели В. Ляхов и В. Рюмин.
Дорога домой
Она начинается в тот момент, когда в корабле вспыхивает транспарант «расстыковка». Захваты, с многотонным усилием прижимавшие его к станции, отпускают «Союз», а пружинные толкатели отправляют корабль в самостоятельное плавание. Баллистики заранее подобрали целый «пакет» траекторий спуска, выбрали среди них оптимальную трассу, нацеленную в заданный район, рассчитали, когда и на какое время нужно включить двигатель на торможение. Замедлив свой бег, корабль устремляется к Земле. И вот уже с орбиты звучит:
— Есть разделение отсеков.
Орбитальный и приборно-агрегатный отсеки отделяются от СА— спускаемого аппарата, а через считанные минуты он входит в атмосферу. Охваченный облаком раскаленной плазмы, мчится СА по трассе управляемого спуска. Почему управляемого, разве в это время космонавты пилотируют его? Нет, и здесь работает автоматика. Центр тяжести СА смещен таким образом, что его лобовой щит несколько наклонен
по отношению к набегающему потоку, — это создает подъемную силу. Автоматика включает и выключает маленькие двигатели, которые слегка наклоняют аппарат то в одну, то в другую сторону. При этом подъемная сила меняется, аппарат как бы глиссирует в волнах воздушного океана, уверенно приближаясь к расчетной точке посадки.
* * *
...Возможно, прочитав этот рассказ — конечно, далеко не полный, — кто-то из ребят подумает: все автоматы да автоматы, где же ощущение власти над сложнейшей машиной, где романтика космического пилотажа? Но ведь не романтики ради летают в космос, а ради знаний. Автоматы, освобождая экипаж от рутинных операций, сберегают его время, силы, нервы для исследовательского труда. И мне вспоминается одна из недавних бесед с летчиком-космонавтом СССР, доктором технических наук К- П. Феоктистовым уже после того, как закончился рекордный по своей продолжительности полет В. Ляхова и В. Рюмина.
— Строгое и неуклонное выполнение физических упражнений, как видите, позволяет намного увеличить сроки космических экспедиций, — задумчиво сказал Константин Петрович. - Но вы представьте себе, какое это бессмысленное занятие — каждые сутки по два часа крутить педали велоэнергометра, растягивать эспандеры. Хорошо бы придумать какие-нибудь мышечные стимуляторы, аппараты для массажа — космонавт ведет научные опыты, а они работают.
Разработчики будущих орбитальных станций даже физкультуру хотят препоручить автоматам. Что ж говорить о пилотировании!
Г. ЛОМАНОВ Рисунок Г. АЛЕКСЕЕВА