Взлёт, 2016 № 07-08 (139-140) - Коллектив авторов
Сегодня «Союз» считается эталоном надежности. Но так было не всегда. В 1967 г. из-за отказа парашютной системы «Союза-1» погиб космонавт В.М. Комаров. В 1971 г. по причине разгерметизации спускаемого аппарата на этапе спуска погиб экипаж «Союза-11», возвращающийся со станции «Салют-1»: Г.Т. Добровольский, В.Н. Волков, В.И. Пацаев. Более серьезных аварий и катастроф по вине систем корабля не было. Правда, из-за отказов средств выведения случилось два аварийных запуска: в 1975 г. экипаж «Союза-18-1» совершил лишь баллистический «прыжок», не долетев до орбиты, а в 1983 г. система аварийного спасения увела экипаж «Союза Т10-1» со стартового комплекса от взрывающейся ракеты-носителя.
Первые десятилетия эксплуатации базового варианта «Союза», который применялся как для автономных полетов и экспериментов со стыковками, так и для доставки космонавтов на орбитальные станции первого и второго поколений, выявили ряд крупных недостатков концепции, «завязанной» во второй половине 1960-х гг. В частности, управление движением корабля по орбите было слишком крепко «привязано» к наземной инфраструктуре сопровождения, управления и выдачи команд, а используемые алгоритмы не страховались от ошибок. Поскольку Советский Союз, в отличие от Соединенных Штатов, не имел возможности разместить наземные пункты связи по всей поверхности Земного шара вдоль трассы, полет значительную часть времени проходил вне зоны радиовидимости. Часто экипаж не мог парировать нештатные ситуации, возникающие на «глухом» витке, а примитивные интерфейсы «человек-машина» не позволяли в полной мере использовать возможности космонавта. Запас топлива для маневрирования оказался слишком мал, обычно не позволяя осуществить повторные попытки стыковки, например, при возникновении сложностей при сближении со станцией — приоритет отдавался необходимости во что бы то ни стало вернуть космонавтов на Землю. Несомненно, это правильная постановка задачи, но несовершенство способов управления и схемного построения двигательных установок во многих подобных случаях приводило к срыву всей программы полета.
Около 30 лет назад начались работы, направленные на увеличение надежности, безотказности и автономности всего аппарата в целом, на снижение зависимости от навигационного обеспечения и управления с Земли. Круг задач модернизации постоянно расширялся, не затрагивая при этом компоновку и внешний вид корабля: изменения вносились в конструкцию лишь при возникновении реальной проблемы, которую не мог решить имеющийся вариант.
С начала 2000-х гг. все модернизации «союзов» в основном связаны с заменой приборов, входящих в систему управления: компьютерные технологии развивались, аппаратура становилась все более совершенной. К тому же актуальной стала задача изменения комплектации приборно-агрегатного комплекса в связи с постепенным сужением кооперации и перепрофилированием предприятий, которые ранее участвовали в поставках тех или иных частей или систем для корабля.
Первым этапом «цифровой» модернизации космического корабля стало создание модификации «Союз ТМА-М». На нем был осуществлен переход на новые компьютеры бортового цифрового вычислительного комплекса ЦВМ-101 и блоки согласующих устройств БУС101-1 и БУС101-2. Также на борту установили новую цифровую малогабаритную информационно-телеметрическую систему МБИТС. Эти новшества, включая сложное программное обеспечение, вводились и отрабатывались на беспилотных «грузовиках» типа «Прогресс М-М» (серия автоматических транспортных грузовых кораблей 11Ф615А60), и только после успешных летных испытаний они переносились на пилотируемую технику.
Первый старт корабля «Союз ТМА-М» состоялся 7 октября 2010 г. Но за год до этого возникла проблема вывода из эксплуатации морально устаревших станций систем «Квант» и «Кама» в наземном автоматизированном комплексе управления и соответствующем изменении бортовой аппаратуры. В результате, Ракетнокосмическая корпорация «Энергия» — производитель кораблей «Прогресс М-М» и «Союз ТМА-М» — начала разработку новой модификации, получившей название «Союз МС».
Основные изменения, внедренные на «Союзе МС», в той или иной мере затронули как конструкцию корабля, так и его основные системы — управления движением и навигации, радиоэлектронику, стыковки и внутреннего перехода, телевидения, бортовых измерений, электропитания, обеспечения теплового режима, связи и пеленгации, комбинированную двигательную установку и средства приземления.
«Союз МС-01» во время испытаний на Байконуре
В системе управления движением и навигации (СУДН) аппаратуру измерения параметров относительного движения «Курс А» заменили модернизированным «Курсом НА» (расположен в бытовом отсеке корабля), снизив энергопотребление и уменьшив массу блоков. В состав системы введена аппаратура спутниковой навигации АСН-КСЮ, которая монтируется на поверхности бытового отсека. Она предназначена для автономного определения параметров движения корабля по сигналам от спутников навигационных систем ГЛОНАСС и ОР8. Доработка позволила решить задачу точного определения координат и скорости корабля на орбите без привлечения дополнительных наземных средств и исключить устаревшую аппаратуру радиоконтроля орбиты.
В связи с прекращением производства комплектующих элементов блок датчиков угловых скоростей БДУС-3М заменен на новый — БДУС-3А. Аналоговый блок управления перемещением и ориентацией уступил место современному цифровому блоку управления резервным контуром. Устаревший светильник СМИ-4 (служил для освещения стыковочной мишени МКС при стыковке) заменен современным светодиодным СФОК, установленным в передней части бытового отсека.
В связи с изменением схемы размещения двигателей причаливания и ориентации на приборно-агрегатном отсеке доработан блок автоматики.
Бортовая радиотехническая система (БРТС) «Квант-В» заменена более современной ЕКТС — последняя расположена в приборно-агрегатном отсеке, работает в 8-диапазоне и имеет возможность использования спутникового канала связи. В отличие от своей предшественницы, ЕКТС использует единый цифровой канал передачи данных и позволяет вне зоны радиовидимости наземных станций задействовать для связи с Землей новую многофункциональную космическую систему ретрансляции (МКСР) «Луч». Три спутника-ретранслятора из состава этой системы передают информацию на расположенные на территории России наземные станции «Клен-Р», когда корабль находится вне зоны прямой радиовидимости.
Преимущество новой системы связи — в возможности контролировать все телеметрируемые параметры, управлять кораблем и поддерживать связь с экипажем, в т.ч. через видеотрансляцию в постоянном режиме. Существующие на сегодня возможности наземных станций и спутниковой группировки позволяют делать это на протяжении 70% длительности полета корабля вокруг Земли. Постоянная и полная связь с экипажем станет возможна после введения в строй третьей станции «Клен-Р» на космодроме Восточный. Ее комплексные испытания планируется завершить в текущем году.
Система ЕКТС создавалась с учетом рекомендаций Международного консультативного комитета по космическим системам передачи данных CCDS и полностью соответствует требованиям международных стандартов, действующих в отношении европейских спутников-ретрансляторов DRS и американских TDRSS.
Значительной модернизации подверглась система стыковки и внутреннего перехода ССВП, расположенная в носовой части корабля — на торце бытового отсека. В ней применены приводы стыковочного механизма и герметизации стыка с дублированными электродвигателями, что позволило повысить надежность ССВП.
Аналоговый передатчик телевизионной системы (ТВС) «Клест-М» заменен на современный цифровой, с кодированием видеоизображения в формате MPEG-2. Доработка позволила снизить влияние индустриальных помех на качество принимаемого изображения.
