Василий Лесников - Пилотируемый космический полет
Только милиционеры и каскадеры в фильмах позволяют себе догнать другой автомобиль, сравняться с ним в скорости и перебраться из своего автомобиля в другой. И можно только представить что произойдет, если в момент перехода один из водителей изменит скорость движения или наедет даже на небольшое препятствие.
Но вот пришло время авиации и здесь уже даже милиция (разве что, догоняя Фантомаса) не решается на подобный маневр. А вот военных летчиков жизненная необходимость заставила пойти на подобную операцию, чтобы увеличить дальность полетов своих самолетов с помощью дозаправки в воздухе. При дозаправке два самолета подходят друг к другу в воздухе на определенное расстояние и удерживают необходимую дистанцию до тех пор, пока не закончится перекачка топлива из одного самолета в другой. Контакт (стыковка) осуществляется выдвижным шлангом. При этом малейшее изменение взаимной скорости двух самолетов, однозначно приводит в лучшем случае к разрыву шлангов.
Космонавты при стыковке на орбите выполняют подобные операции – сближение и жесткая физическая стыковка двух аппаратов.
Остается добавить, что скорость самолета при дозаправке не превышает 1000 километров в час. У космического корабля скорость при стыковке скорость составляет 28000 километров в час. Разница огромная, а, следовательно, и необходимая степень точности управления космическим кораблем на орбите должна быть неизмеримо выше.
При такой абсолютной скорости космических аппаратов их взаимная скорость сближения при стыковке, то есть разница между абсолютными скоростями, должна быть не более о,2–0,5 метра в секунду.
И это не единственная трудность для космонавтов, выполняющих стыковку. За примерами вновь вернемся в авиацию.
Одним из важных элементов подготовки летчика является полет в зашторенной кабине, при отсутствии любых сигналов извне и возможностей визуальной ориентации по местности. Весь контроль полета осуществляется только по приборам. Трудное это дело. В первых полетах руки самопроизвольно тянутся открыть шторку, сориентироваться по местности – туда ли лечу? Вдруг ошибка. Потом летчик привыкает. К тому же, во второй кабине при таких полетах всегда сидит опытный летчик – инструктор, который все видит, и не допустит грубой ошибки проверяемого. В крайнем случае, возьмет управление на себя.
В космическом полете второго летчика нет. И при стыковке просто необходимо верить приборам. Даже помощь и подсказка с Земли и та определяется степенью точности работы приборов. А человек ведь все равно остается человеком. Нет, нет, да придет мысль: «А правильно ли лечу? А вдруг реальная скорость полета больше той, что показывают приборы, и корабль врежется в стыковочный узел пассивного корабля с такой силой, что потом и расстыковка не потребуется. Просто некому будет».
В космическом полете у человека в основном работают глаза и мозг. Глаза служат для того, чтобы читать показания приборов или расшифровывать картинку с экрана телевизора. Мозг анализирует множество факторов в совокупности.
Летчики специально отбираются, специально учатся, могут и умеют летать по приборам, хотя и не любят этого делать. Полет по приборам это уже само по себе усложнение обстановки, а в космонавтике сразу наступает такое положение.
Специалисты знают, что техника может работать неустойчиво, в значительной мере менять первоначально заложенные в нее параметры, а то просто отказывать в самые неподходящие моменты работы. И все же конструкторы считали, что техника, создаваемая ими, будет работать безотказно.
На первом этапе создания космических кораблей практически невозможно было представить весь комплекс многообразных, часто противоречивых, задач, которые необходимо было решить. Но об этом нам легче говорить сейчас, через десятки лет после полета Ю. Гагарина. А тогда главным было вывести человека в космическое пространство. Вывести при известной мощности ракеты, при наиболее выгодных конструктивных решениях по форме спускаемого аппарата, при наличии огромного аэродинамического нагрева при спуске, а, следовательно, и ограниченном количестве иллюминаторов, которые потенциально представляли собой самое уязвимое место, через которое огонь мог бы проникнуть в космический корабль.
Так родился «Восток» с двумя иллюминаторами и оптическим визиром «Взор».
Космонавт не видел глазами куда он летит при обычной штатной ориентации. Визир смотрел вниз, иллюминаторы в бок. А впереди неизвестность. Попадись на пути корабля неизвестный спутник или метеорит, космонавт ничего не смог бы сделать для предотвращения нежелательной встречи. Космонавт просто не обнаружил бы препятствие по трассе полета.
Основные принципы управления, заложенные на «Востоках», легли и в основу разработки «Восходов» и «Союзов». Даже необходимость выполнения стыковки не изменила ситуацию кардинально. Оптическая ось визира для стыковки оказалась направленной по полету корабля и только. Контроль полета только по телеэкрану, который стал основным прибором, по которому экипаж оценивает качество процесса стыковки с другим объектом.
Если же космонавт сомневается в показаниях приборов и хочет собственным глазом, как в автомобиле, посмотреть на сложившуюся ситуацию на дороге, он должен развернуть космический корабль на 90 градусов по курсу и оценить ситуацию через свободный иллюминатор. Долго любоваться объектом стыковки, при таком положении корабля, нельзя. Если космонавт хочет одновременно управлять процессом перемещения в космосе, он должен при этом постоянно помнить, что в данном положении ручки управления двигателями поменяли знак своего управляющего действия, то есть сдвинулись на тот же угол разворота корабля в 90 градусов. Хочешь двигаться ближе к объекту, выдавай управляющий импульс основному корректирующему двигателю вправо, а не вперед. И так далее. Это, конечно, трудно. И потому космонавты прибегают к подобному методу контроля обстановки только в очень сложных ситуациях. Например, при стыковке с неориентированным объектом. Раз, другой для такого визуального контроля еще можно было развернуться, но не больше. Топливо надо экономить.
Кроме того, стыковочный узел расположен впереди космического корабля и потому боком пристыковаться к другому кораблю или станции никак нельзя. На конечном участке стыковки нужно обязательно идти вперед стыковочным узлом.
Конструкторы, хотя и доверили летчикам управление космическим кораблем, на деле больше доверяли технике, автоматике. Именно на нее они делали ставку при разработке космического корабля, так как она позволяла осуществить двойное и даже тройное дублирование систем. К тому же, первые системы отрабатывались, как правило, сначала в автоматическом режиме, а уж потом разработчики начинали думать о ручном контуре управления. Уходить от удачно отработанной схемы трудно. Проще и основной режим стыковки доверить автоматике.
То, что космонавты при этом не получают достаточно прочных навыков по управлению космическим кораблем в реальных условиях, уже не является для конструкторов столь существенным фактором.
Отработка методики и схемы стыковки проходила сложно. Она началась еще во время группового полета космических кораблей «Восток-3» и «Восток-4», когда они сближались на расстояние до 5 километров и космонавты проводили первые попытки взаимного обнаружения космических кораблей, учились управлять ориентацией кораблей в пространстве.
Полеты автоматических космических кораблей «Полет» и пилотируемых кораблей «Восход» продолжили программу исследований. Космонавты уже не только разворачивали свой корабль вокруг трех осей ориентации, но и совершали небольшие маневры, изменяя высоту полета и плоскость орбиты. Автоматические корабли делали эти маневры еще больших пределах.
Перед новым космическим кораблем «Союз» стояли еще более сложные задачи. Ему предстояло стать настоящим транспортным кораблем, доставляющим на орбиту экипажи и самые разнообразные грузы. А какая же доставка может обойтись без стыковки на орбите с объектом назначения.
Весь опыт космических полетов говорит о том, что мы не привыкли идти вперед черепашьими шагами. В каждом космическом полете ставились принципиальные и важные задачи, значительно продвигавшие при удаче, науку вперед. И огромная роль в таком движении принадлежала С. П. Королеву.
Разработка «Союзов» началась при Королеве, но на самом важном этапе его подготовки к полету Сергей Павлович уже не мог присутствовать. Он умер за год до полета В. Комарова на первом космическом корабле «Союз». Этому полету предшествовали два беспилотных, но оказалось, что недоработки еще были и довольно большие.
По разработанной программе после выхода на орбиту космического корабля «Союз-1» с В. Комаровым должен был стартовать космический корабль «Союз-2» с экипажем: В. Шаталов, Е. Хрунов, А. Елисеев. После стыковки двух кораблей Хрунов и Елисеев должны были перейти в корабль Комарова и с ним же возвратиться на Землю. Но у космического корабля «Союз-1» не раскрылись солнечные панели, а энергетические возможности корабля в такой ситуации невелики. Корабль потерял ориентацию и вошел в режим постоянной закрутки. Ни о какой стыковке даже речи не могло быть. Старт второго корабля отменили.
