100 рассказов о стыковке. Часть 2

Сыромятников Владимир Сергеевич

В отличие от многих престижных одноразовых свершений компьютеризированная, мощная (многосоткиловаттная) и одновременно прецизионная электронно–механическая система вошла в строй и заработала по–настоящему на долгие годы. «Конус» сыграл выдающуюся роль не только в советской космической технике — в конце века он стал воспроизводить на Земле то, что составляло технический интерфейс международного сотрудничества в космосе.

Проблема, как воспроизвести последний участок сближения, первый удар и дальнейшее взаимодействие двух многотонных КА, с самого начала работ над стыковкой относилась к одной из самых сложных. Для воспроизведения на Земле стыковки в космосе разработали и использовали несколько подходов: проводили теоретический анализ и строили испытательные стенды. Для анализа создавали математические модели, которые описывали процесс относительного

движения и динамику взаимодействия. Для моделирования использовались вычислительные машины. Для экспериментальной отработки строили механические стенды с полномасштабными моделями стыкуемых кораблей и станций.

Американцы решали проблему комбинированным, гибридным путем, соединив математическую модель с измерителем силы соударения стыковочных агрегатов, и их взаимодействие воспроизводили при помощи двух платформ: подвижной — на шести следящих приводах и неподвижной — установленной на шести силовых датчиках.

Начав работать над проектами орбитальных станций с более сложной конфигурацией, мы осознали трудности будущих испытаний. В других, более отдаленных проектах просматривались варианты стыковки с еще более сложной переменной структурой. Чтобы осуществить все эти проекты, провести отработку на Земле, требовался гибкий, универсальный испытательный инструмент. Умудренные опытом ЭПАСа, теперь мы знали, каким путем надо идти. В компьютер гибридного стенда могли закладываться параметры стыкуемых модулей любой массы и конфигурации.

Осознавая это, стараясь усовершенствовать, продвинуть вперед стыковочную испытательную базу, я предпринял активную агитационную кампанию. Сначала были подготовлены технические предложения, в которых излагались принципы построения и основные характеристики будущей испытательной системы. Затем пришла пора агитировать всех начальников разного уровня, требовалось получить добро, чтобы приступить к более детальному проектированию. Становилось ясно, что для выполнения всех работ нужны большие средства и ресурсы; поэтому решение принималось на более высоком уровне, в нашем министерстве, и даже — в Военно–промышленной комиссии (ВПК). Подготовив специальные плакаты и пользуясь своей международной известностью, я старался использовать любую возможность, чтобы встретиться с высокими руководителями и убедить их, что для дальнейшего освоения космоса необходимы дополнительные затраты. Среди моих «клиентов» оказались наш министр С. Афанасьев и зампред Совмина Л. Смирнов, которому подчинялась ВПК.

В конце концов специальное Решение ВПК № 239 было подготовлено и принято, оно предусматривало разработку и изготовление многочисленных подсистем и аппаратуры, а также строительство отдельного лабораторного корпуса для будущей системы.

В общей сложности работа по созданию и освоению этого стенда, который получил условное название «Конус», заняла у нас почти 10 лет. Его ввели в действие к середине 80–х годов. На стенде отрабатывали стыковку по программе станции «Мир», для корабля «Буран» и других проектов. Построить механические стенды для этих космических комплексов со всеми вариантами конфигураций при стыковке было бы просто невозможно. «Конус» стал нашим незаменимым инструментом.

Игра стоила свеч, а дело — затраченных усилий.

Это рассказ о создании «Конуса» и о том, что произошло потом.

Будущему стенду предстояло воспроизводить движение многотонных кораблей в невесомости. Это требовало от его создателей мобилизовать немалую часть интеллекта страны и создать технику самых высоких технологий, соединить все вместе и заставить работать.

Можно представить себе, как свободно двигаются в невесомости многотонные корабли, сначала каждый из них свободно с 6–ю степенями подвижности, а затем стыковочные механизмы сталкиваются и начинается динамика стыковки. На стенде воспроизводится лишь относительное движение, с 6–ю степенями свободы, этого достаточно. Шесть приводов почти свободно перемещают подвижную платформу с установленным на ней стыковочным агрегатом, пока он не столкнется со вторым, ответным агрегатом, закрепленным на неподвижной платформе. Неподвижно, но не совсем: 6 силовых датчиков измеряют микронные перемещения, пропорциональные 6–ти компонентам силы удара — это тоже своя, пространственная кинематика и микродинамика. До столкновения платформа движется свободно, так как пожелает испытатель, исследователь, задающий скорость и начальный промах, начальные условия стыковки: 6+6 компонентов пространственного движения. Как только произошло столкновение, силы, замеряемые датчиками,

начинают поступать на вход в компьютер. Он запрограммирован так, что интегрирует уравнения движения обоих кораблей. Его пространственного «воображения» хватает на то, чтобы решать все 6+6 пространственных уравнений. Не только это: один из важнейших параметров — это скорость вычислений. Компьютер должен успевать за реальным процессом стыковки. Как говорят, требуется решать задачу в реальном времени. Тогда — все реально, тогда — агрегаты движутся, амортизируют и сцепляются на виду у их создателей, наземных экзаменаторов–испытателей, почти так же, как в космосе. Остается только додумать, вообразить, что все это происходит на орбите высоко над Землей, и, может быть, представить себя космонавтом за пультом космического корабля.

В космосе, как известно, может быть очень холодно или даже жарко. Об этом тоже позаботились создатели стенда: между подвижной и неподвижной платформами можно закрепить чехол и подавать туда охлажденный или подогретый воздух.

Стенд в целом содержит в себе самую современную технику, связанную между собой. Начиная от вычислительной машины, прецезионных измерителей сил и мощных длинноходовых гидроприводов до аппаратуры регистрации результатов испытаний и системы гидропитания. Все эти компоненты отличались высокими, я бы сказал, уникальными характеристиками. Например, привода рассчитывались на очень высокое быстродействие и на максимальную скорость при стыковке, а это около одного метра в секунду, и на максимальную силу при столкновении в несколько тонн.

В то же время большая мощность приводов, быстродействие, высокое давление в гидроконтуре порождали потенциальную опасность. Выйдя из?под контроля, стенд в состоянии разрушить не только испытуемые образцы, но и все сооружение, он стал «взрывоопасным», а это требовало аварийной защиты от всяких случайностей при всевозможных отклонениях. Эту проблему решили, введя специальную аппаратуру контроля и управления, готовую не только выключить стенд в нужный момент, но и остановить движение в сотые доли секунды.

Так работает стенд. Такова была идея, концепция. Оставалось спроектировать его, построить и заставить работать.

Подготовительный период по созданию гибридного стенда относится к началу 1976 года. После того как решение ВПК состоялось, началась настоящая практическая работа. Этот проект стал новым этапом в моей инженерно–организационной деятельности. Диапазон действий значительно расширился, пришлось заниматься новыми, доселе не известными мне областями, включая большое, как говорили у нас, капитальное строительство. Требовалось координировать работу многих подразделений НПО «Энергии» и других предприятий.

Для выполнения и координации работ в нашем отделе создали специальное подразделение. Его руководителем стал один из членов моей американской команды В. Кудрявцев. Лаборатория занялась инженерным проектированием стенда, его систем и организационными проблемами. Инженеры–механики приступили также к разработке теоретических основ гибридного стенда, без теории, без математики было невозможно построить управляюще–вычислительную систему. На этих основах строились программы для ЭВМ, а также структура стенда в целом. Этот важный раздел работ возглавил Л. Остроухов, один из первых стыковщиков из команды А. Никифорова и Э. Беликова, тоже в конце концов присоединившийся к нам.

Важную работу по управлению стендом в рабочем и аварийном режимах, электронное оснащение лаборатории возглавял талантливый, самобытный инженер В. Стоялов. Позднее он стал моим аспирантом и защитил диссертацию, которая базировалась на технике стенда «Конус».

Всеми этими разделами нам пришлось заниматься, начиная от составления технических заданий заканчивая поиском подрядчиков и субподрядчиков, подбирать компоненты и увязывать все и всех между собой.

Когда выбирали компьютер, меня поразило то, что наиболее быстродействующей оказалась старушка БЭСМ-6, разработанная еще в середине 50–х годов (!) первым поколением советских кибернетиков под руководством академика Лебедева. В начале 50–х годов, когда я поступил в МВТУ, кибернетика, цифровые ЭВМ причислялись к буржуазной лженауке. В результате знаменитого письма трех академиков самому Сталину было выпущено постановление партии и правительства о развитии вычислительной техники в стране. Благодаря значительным усилиям и энтузиазму многих настоящих ученых и талантливых инженеров, среди которых был первый завкафедрой МВТУ Б. Анисимов, в короткий срок стал наверстывать упущенное, создав первые отечественные компьютеры.