100 рассказов о стыковке. Часть 1

В целом успешным оказался полет следующих двух пилотируемых кораблей в январе 1969 года. Командир корабля, Владимир Шаталов, состыковал свой «Союз-4», управляя им вручную, с «Союзом-5». Учтя опыт Г. Берегового, на этот раз стыковку запланировали на третьи сутки для «Союза-4» и на вторые — для «Союза-5», командиром которого был Борис Волынов. Два других члена экипажа, Алексей Елисеев и Евгений Хрунов, после стыковки вышли в открытый космос, разгерметизировав и открыв свой БО — бытовой отсек. Как говорилось, у первых «Союзов» не было герметичного переходного тоннеля. Через БО «Союза-4» они присоединились к Шаталову и в таком перетасованном, перестыкованном составе вернулись на Землю. Возвращение, в конце концов, стало успешным, если не считать того, что Волынов пережил немало тревожных, почти критических минут. При спуске произошла цепочка непредвиденных и связанных между собой событий.

После правильной ориентации хвостом «вперед и немного вверх» включается двигатель, сообщающий кораблю тормозной импульс, в результате чего тот начинает приближаться к Земле, постепенно погружаясь в атмосферу. Разделение, отстрел БО и ПАО происходит по автоматической команде, по «временной метке», отсчитываемой от окончания работы двигателя. Если по какой?либо причине эта команда не проходит, она дублируется: специальные термодатчики начинают чувствовать повышение температуры за счет нагрева в атмосфере и инициируют повторную команду.

В таком случае после разделения отсеков происходит так называемый баллистический, неуправляемый спуск. При этом СА закручивается вокруг продольной оси, теряет подъемную силу и, как шарик, почти камнем летит вниз к Земле; при этом перегрузка значительно больше, чем при планируемом управляемом спуске. К тому же при таком спуске отменяется мягкая посадка.

Все «прелести» нештатного баллистического спуска пришлось испытать Борису Волынову. Не все термозамки, связывающие СА и ПАО, сработали, и разделения этих отсеков не произошло. Они разделились только за счет больших термодинамических нагрузок после входа в атмосферу. К счастью, все обошлось.

Еще один полет состоялся осенью 1969 года. Три корабля «Союз» с промежутком в сутки стартовали с космодрома Байконур. Программа полета предусматривала сближение и причаливание «Союза-8» (командир корабля Владимир Шаталов, бортинженер Алексей Елисеев) с «Союзом-7» (экипаж: Анатолий Филипченко, Владислав Волков и Виктор Горбатко). Самому «раннему» из трех кораблей «Союз-6» (Георгий Шонин и Валерий Кубасов) выпала наблюдательно–экспериментальная миссия. В целом «великолепной семерке», как тут же окрестили журналисты беспрецедентно большую группу космонавтов, одновременно летавших на орбите, не удалось выполнить главные задачи. На этот раз на «Союзе-7» отказал радиолокатор системы «Игла». Все попытки причалить ни к чему не привели, хотя расстояние между кораблями сокращалось до 200 м, и цель казалась близкой.

«Сближенцы» надеялись на своего бортинженера Елисеева, но опытный экипаж, похоже, или не сумел, или не захотел рисковать. Другой наш проектант, Кубасов, стал первым космическим сварщиком, хотя и его эксперимент прошел не так, как был задуман.

Одновременный полет трех «Союзов» приумножил опыт, который постепенно накапливали космические специалисты. Однако до настоящего освоения техники орбитального сближения и стыковки было еще далеко. Зрелость в этой области пришла только к концу следующего десятилетия.

1.16 Начальный теоретический и научный вклад

Советская ракетная, а за ней и космическая техника развивалась и совершенствовалась неразрывно с прикладной наукой в этой области. Эта деятельность началась практически в процессе освоения немецкой ракеты «Фау-2» в средине 40–х, а с годами наращивалась вширь и вглубь. Конструирование сопровождалось анализом, поиском и новыми более совершенными решениями, которые подтверждались экспериментами. Именно такой научно–обоснованный подход позволил Королеву и его соратникам сравнительно быстро, всего за 10 лет, продвинуться вперед и вверх, от ракеты к ракете постигая совершенство и увеличивая дальность полета, доведя ее до 10—12 тыс. км. Прежде всего поэтому мы первыми вырвались за пределы Земли, поначалу далеко оторвавшись от своих потенциальных соперников. Не случайно за создание «образцов новой техники», как это называлось в открытых документах и публикациях, инженерам, отличившимся в новых разработках, стали присваивать научные звания. Докторами и кандидатами стали сам Королев, его замы и ряд ведущих специалистов. Для рядовых сотрудников открывалась возможность поступать в аспирантуру, очную, а гораздо чаще — заочную, то есть без отрыва от основной работы в КБ. Получение научных званий приобрело большой практический смысл, после того как по знаменитому указу Сталина все ученые страны получили огромные привилегии. Преподаватели вузов, имевшие ученые степени, а также доктора и кандидаты наук в НИИ и КБ, которые создавали новую технику и специальными постановлениями включались в списки привилегированных организаций, стали получать гораздо большую зарплату, продолжительный отпуск и продвижение по службе. Так что затраты времени и усилий на подготовку и защиту диссертации могли окупиться с лихвой, игра стоила свеч. Тогда и родилась почти научная поговорка: ученым можешь ты не быть, а кандидатом быть обязан.

Дополнительно специалист, защитивший диссертацию, как летчик–истребитель времен войны, лично сбивший вражеский самолет, или солдат, гранатой подбивший «свой» танк, самоутверждался этим личным достижением на фоне общих успехов всей кампании.

Для меня, выросшего в вузовской среде, стремление к науке если уж не было впитано с молоком матери, то вдохновлялось повседневным примером отца.

Еще до окончания аспирантуры в ИМАШе, где пришлось заниматься трением в космическом вакууме, в связи со стыковкой я погрузился в теорию движения свободных твердых тел.

Развитие ракетной, и особенно космической, техники дало мощнейший толчок развитию теоретической механики. Термех начинается с изучения движения материальной точки, этот раздел древнейшей науки лег в основу теории, с помощью которой рассчитывается движение центра масс ракеты. У нас эта научно–инженерная дисциплина называется баллистикой. С началом космической эры наши баллистики из ОКБ-1 перешли в бесконечный, как сам космос, мир небесной механики. Для управления ракетой и космическим аппаратом необходимо применение более сложного раздела термеха — теории движения твердого тела. Для решения новых практических задач эта область классической механики потребовала более детальной теоретической разработки. Ученые и инженеры фактически впервые столкнулись с действительно свободным твердым телом только в космическом пространстве. При разработке системы управления космическими аппаратами, их ориентацией и маневрированием на орбите не обойтись без теории движения твердого тела в трехмерном пространстве, без нее здесь, можно сказать, делать нечего. Наши управленцы, а вслед за ними ученые и инженеры из НИИ-88 — нашей альма–матер, из НИИ AT под руководством Н. А. Пилюгина — главного управленца–ракетчика, из НИИ-4 — наших военных союзников, из НИИ-1 и Института прикладной математики (ИПМ) АН СССР под руководством М. В. Келдыша, известного как главный теоретик космонавтики, а также многие другие организации, целые институты и отдельные ученые очень много сделали как для решения практических задач, так и для развития общей теории расчетов. Постепенно в РКТ и в стране в целом сложилась школа выдающихся ракетно–космических механиков, со многими из которых мне пришлось позднее работать.

В огромном управленческом отделе Б. В. Раушенбаха, переведенном в ОКБ-1 из НИИ-1 в начале 1960 года, также было много сильных механиков. Я уже упоминал моих коллег В. Бранца и Е. Токаря, а И. Шмыглевский и Б. Скотников внесли большой вклад в разработку теории и практики орбитального сближения. Позднее Бранец и Шмыглевский детально разработали теорию так называемых кватернионов — четырехстепенных матриц преобразования трех угловых координат твердого тела из одной системы координат в другую. Казалось бы, эта чисто математическая избыточность давала лишь возможность при вычислениях обходить подводные камни — так называемые особые точки. Когда несколько лет спустя на борту космических аппаратов появился компьютер, теория стала научным и математическим фундаментом построения и математического обеспечения навигационных задач, решаемых системами управления космических кораблей «Союз–Т» и «Союз–ТМ», их более поздних модификаций.

Приступив к созданию стыковочного механизма, я соприкоснулся с проблемами движения и взаимодействия двух твердых тел, с чего началось мое проникновение в теоретическую сферу. В последующие годы подобные задачи мне приходилось решать применительно к робототехнике и другим комплексным инженерным проблемам, которые относятся и к механике, и к математике — двум фундаментальным научным дисциплинам, взаимно дополняющим друг друга. Помню, как в Алма–Ате, где в начале 80–х проходил Всемирный конгресс по теоретической механике, были расставлены указатели: «На конгресс математиков». Мы пытались протестовать. Нам же резонно возражали: какие вы механики, настоящие механики, механизаторы сельского хозяйства, съедутся только через неделю.

Еще одни узы, на этот раз — брачные, связали меня с теоретической механикой. Получилось так, что моя жена Светлана, как и я окончившая МВТУ и успевшая целый год проработать у «самого» Пилюгина, попала в Лестех и в течение 30 лет преподавала там термех. А начиналось это так. После рождения нашего сына Антона мы жили рядом с институтом, снимая небольшую комнату у дальнего знакомого со звучной фамилией Матюкевич. Когда Антону исполнился год, мы стали рассматривать варианты дальнейшей научной карьеры молодой мамы. В конце августа 1961 года я встретил на улице своего старинного соседа и приятеля Григория Шубина, работавшего тогда заместителем декана. Он сказал, что кафедре термеха как раз срочно требуется ассистент. На мои сомнения о готовности молодой женщины быстро переключиться от пеленок к теоретическим задачам замдекана обещал дать целый месяц на переподготовку. Через неделю, прорешав несколько десятков задач по статике, мы втолкнули перепуганную Светлану в аудиторию, заполненную ее одногодками, студентами–вечерниками. После этого, по меньшей мере в течение года, когда засыпал Антон, нам пришлось провести не один вечер над задачами по статике, кинематике и, конечно, динамике. Повторение — мать ученья. Во время сессий я иногда заходил на кафедру и для ускорения участвовал в приеме экзаменов у студентов, в общем, стал почти членом кафедры. Помню, как на 40–летие жены, когда собрались все ее коллеги, я даже произнес тост за «молодое твердое тело», чем привел в восторг таких же молодых и непосредственных, но уже опытных преподавателей и ученых–механиков.