Ошибки мировой космонавтики
Шрифт:
Температуру планеты спутники тоже могут измерять благодаря электромагнитным волнам инфракрасного диапазона. Длины этих волн еще меньше, чем у видимого излучения. Все предметы имеют излучение, и чем предмет горячее, тем более короткая у него волна.
Отраженные от поверхности Земли радиоволны при проведении локации могут дать очень много информации об особенностях поверхности. Легко можно обнаружить айсберги и торосы в морях и океанах. Гладкие поверхности отражают волны лучше шероховатых, и потому можно определять породы и свойства грунта. Металлы и соли в почве также видны на радарных снимках. Собственно, металлические самолеты, корабли и танки – главные цели локации, и другие металлические объекты обнаружить несложно. По результатам радиолокации можно даже определить уровень зрелости пшеницы на полях. Возможности огромны.
Глава 7
Логика работы и автоматика
Срубил Иван Царевич Змею Горынычу 256 голов – и умер змей. Потому что был он восьмибитным.
Неудача, связанная с логикой работы ракеты, произошла при первой же попытке ее запустить. Это было еще в далеком 1933 году. Тогда на полигоне установили ракету
При разработке первой зенитной ракеты ЗУР-205 возникла похожая проблема с двигателем и его электрической схемой. В трубопроводах имелись клапаны, которые должны были открываться в определенной последовательности. При подаче электрического тока на пиропатрон в клапане тот взрывался и открывал дорогу топливу и окислителю или газу для наддува. Но почти каждый раз один клапан открывался, а остальные нет, или открывалось несколько клапанов, но в случайном порядке. Проблема была в схеме подключения проводов. В качестве контакта, на который подавался минус, использовался сам корпус ракеты, а для плюса использовался провод. Такая схема имеет название однопроводная. Хотя материалов для соединения элементов электрической цепи она требует меньше, что для ракет важно, но надежность у нее невысокая. Любой случайный контакт с корпусом – и цепь замыкается, возникает короткое замыкание. Правда, электрики предприятия сразу этого не поняли, и чтобы узнать, в чем проблема, пришлось собрать совещание чуть ли не со всеми главными конструкторами и министром вооружения СССР. Во время разбирательства возникла идея внедрить двухпроводную схему. Хотя реализация данного предложения заняла бы очень много времени и привела к срыву установленных сроков, Министр дал на это разрешение. Через два месяца ЗУР-205 стала работоспособной. В двухпроводной схеме к каждому клапану подходили два изолированных провода: плюс и минус. Мелочь, но надежность выросла в разы.
Трагичный пример упрямства и чрезмерной уверенности в своей правоте связан с самой массовой в СССР ракетой шахтного базирования УР-100. Она являлась основой ядерного щита СССР с 1966 по 1972 годы, а ее современные модификации стоят на вооружении и сейчас.
УР-100 размещалась в скрытой пусковой установке, взводилась и могла в готовом положении находиться на боевом дежурстве несколько лет. Военные иногда проводили технический осмотр ракет. В ходе одной из таких проверок в августе 1967 года включился двигатель второй ступени, он в свою очередь прожег топливный бак первой ступени, в котором воспламенилось топливо. Произошел взрыв. Никто не пострадал, кроме уверенности в надежности стратегического щита СССР. Причину включения нашли далеко не сразу, так как она была до банальности проста. Один из лейтенантов, который проводил подготовку ракеты, перепутал два одинаковых штепсельных разъема. Можно сказать, что он воткнул вилку не в ту розетку. Тут же во все части, где такая ракета была размещена, пришло предписание нанести маркеры на разъемы, чтобы исключить возможность их перепутывания. Однако почти сразу после этого произошел точно такой же инцидент. В ходе разбирательства выяснилось, что предписание в военной части получили, но один из офицеров стал утверждать, что указания не верны, и что даже если разъемы перепутать, ничего страшного не произойдет. Чтобы доказать свою точку зрения, он решил провести эксперимент, который закончился для него трагически. После этого на предприятии эту проблему решили раз и навсегда. Конструкторы изменили размер разъемов так, что перепутать их теперь было просто физически невозможно.
В первых ракетах и космических аппаратах система автоматики представляла собой последовательность электрических схем и аналоговых механизмов. Сложные расчеты на борту не проводились, а выполнялись на Земле и потом передавались по радиоканалу. В основе работы лежали механические часы и переключающие реле. С этими системами тоже были проблемы, причем даже во время первого полета человека в космос. Но началось все с перевеса. За три дня до старта Юрий Гагарин проходил контрольное взвешивание вместе с креслом. Оказалось, что космонавт тяжелее требуемого на 14 кг. Похудеть, конечно, за такое время космонавт не мог, и потому инженеры решили уменьшить массу корабля, сняв с него некоторые автоматические системы, которые требуются только для беспилотных полетов. При дальнейшем анализе оказалось, что специалисты срезали еще и несколько нужных датчиков, но, к счастью, они не пригодились в процессе полета. Когда же Гагарину пришла пора возвращаться на Землю, его немного подвели двигатели. Топливо кончилось на секунду раньше времени. Так как клапан двигателя залипал, часть горючего попала в полость, а не в камеру сгорания. В данном случае одна секунда много не решала, процесс посадки все равно осуществился, только космонавт по инерции пролетел чуть дальше. Однако для автоматики это было важно. Поскольку штатная программа (циклограмма) полета уже была не расчетной, все остальные команды на отделение отсеков и закрытие клапанов наддува не прошли. Это привело к разбалансировке и раскрутке корабля, а также последующим проблемам, ранее описанным в главе о статике.
Инженеры исправили ситуацию с клапанами и добавили автоматическую систему, которая фиксирует время залипания клапанов. Если оно превышает 100 мс, закрывается подача топлива. Это время было выбрано, так как, согласно наземным экспериментам, время ответа на команды в вакууме не больше 80 мс. Правда, в полете корабля «Восход-2» обнаружилось, что это время ошибочно. Космонавты Павел Беляев и Алексей Леонов также собирались возвращаться на Землю после сопряженной с ошибками, но успешной миссии и запустили процесс автоматической ориентации корабля. Он начался, но практически сразу прекратился. Оказалось, что для маневра требовалось включить два двигателя. У одного задержка клапана составляла 40 мс, а у другого – 80 мс. Для автоматики эти данные сложились. Так как время получилось более 100 мс (120 мс), согласно логике своей работы система дала команду на отключение подачи топлива, без которого ориентация прекратилась. Космонавты взяли управление на себя. Чтобы не свалиться кому-нибудь на голову, так как прицеливались «на глаз», Беляев и Леонов выбрали для посадки глухую тайгу.
Они успешно сели недалеко от города Березники в Пермском
При стыковке станции «Салют» и корабля «Союз-10» тоже возникла проблема из-за жесткой и фиксированной последовательности действий. В процессе стыковки специальный штырь в передней части корабля выдвигается и входит в конус на станции, как вилка в розетку. Затем защелкивается захват штыря, чтобы создать единую связку. Далее специальный механизм по направляющей на штанге стягивает и прижимает обода стыковочных узлов плотно друг к другу. На них есть контакты для электрического соединения и прочные замки для механической фиксации. В случае «Союза-10» весь процесс дошел до стягивания. Вероятно, во время этого процесса включились боковые двигатели системы ориентации, которые согласно логике программы продолжали работать даже после связывания. Это была первая ошибка. Резкое ускорение привело к движению корабля в сторону. Так как штырь был уже закреплен, то он не давал кораблю сдвинуться. Поскольку полной фиксации не было, «Союз-10» все же начал раскачиваться на штыре. От этого металл штанги погнулся и теперь не давал плотно соединиться и закрепиться. Что же, раз стыковка не прошла, программа не выполнена и надо возвращать космонавтов на Землю. Вот только освободить корабль из «пасти» станции оказалось не так просто. Команда на отсоединение запускала механизм, который представлял собой обратный порядок действий, то есть сначала разделялись механические замки, затем электрические контакты и так далее. В случае «Союза-10» они и так соединены не были. Начать расстыковку с середины процесса было невозможно ни с помощью автоматики, ни вручную. Можно было отделить часть стыковочного узла «Союза» и таким образом освободиться, но в таком случае стыковочный узел «Салюта» больше использовать было нельзя, так как в нем остались бы части корабля. Космонавтам В. А. Шаталову, А. В. Елисееву и Н. Н. Рукавишникову были даны инструкции, как закоротить схему, чтобы раскрылся замок. Также с Земли давали радиокоманды на борт станции, чтобы она «отпустила» корабль. Что именно из этого помогло, неясно, но расстыковка все-таки произошла. По результатам полета инженеры сделали несколько исправлений: двигатели теперь отключались после начала стягивания, вручную можно было отдельно провести все операции по стыковке, и, наконец, основание штыря усилили, чтобы он мог выдерживать большие нагрузки.
Пожалуй, самой страшной катастрофой стала ошибка в работе программного токораспределителя. Этот прибор является основой автономной системы управления ракетой. Он представляет собой вал с кулачками, которые при вращении замыкают различные управляющие электрические цепи механизмов и агрегатов ракеты. По сути, этот механизм очень похож на часовой. Крутятся шестеренки, которые в определенный момент замыкают контакт, заставляя ту или иную систему включиться или выключиться.
На космодроме Байконур 24 октября 1960 года начались предстартовые операции во время испытаний баллистической ракеты Р-16. Руководители боевого расчета дали команду на запуск системы. Друг за другом начали происходить операции, последней из которых было включение двигателей. В данном случае использовался программный токораспределитель (ПТР) А-120. Но в нем имелись некоторые дефекты, поэтому часто происходили короткие замыкания. Плотность проводов в приборе была очень большой, и если внутрь что-то попадало, пусть даже просто пыль или пары воды, то система ложно срабатывала. Так и произошло в тот злополучный день. Баллистическую ракету вывезли на стартовую площадку и заправили топливом. В определенный момент, когда сработал пиропатрон для подачи окислителя, инженеры заметили срабатывание других пиропатронов, которые открывали доступ топлива в газогенератор другого двигателя. Оказалось, что от взрыва и воздействия едкого окислителя токораспределитель оплавился.
Программный токораспределитель
На проводах частично отделилась изоляция, и они стали задевать друг друга, несвоевременно замыкая цепи и запуская команды. Прибор требовал замены.
Чтобы уложиться в сроки, руководство решило не снимать токораспределитель, а отложить старт и сбросить систему на начало работы, а неверные команды выполнить вручную. Сливать топливо и отключать электропитание не стали.
Как и часы, токораспределитель не мог идти назад, поэтому, чтобы установить его параметры на начало, инженерам требовалось прогнать прибор по всему циклу заложенных в него последовательных команд. Так как электрические цепи работали, когда токораспределитель дал команду на включение двигателя второй ступени, он включился, как и было положено. Пламя от него прожгло бак с топливом первой ступени, и начался сильнейший пожар. Самовоспламеняющееся топливо, растекаясь от ракеты с большой скоростью, мгновенно начинало гореть. В это время на стартовой площадке было около 120 человек, и далеко не всем удалось скрыться от адского пламени. Среди погибших был главный маршал артиллерии Митрофан Иванович Неделин, присутствовавший на старте, поэтому этот трагический случай иногда называют «неделинской катастрофой».
После этого была проведена огромная работа над ошибками. В первую очередь руководители космических запусков запретили работать на заправленной ракете. Топливо должно быть слито. Токораспределитель доработали, а также были усовершенствованы системы отключения питания при коротких замыканиях (проще говоря, предохранители).
Тем не менее это не давало гарантий того, что не возникнут новые ошибки. 11 февраля 1985 года на долговременной орбитальной станции «Салют-7» произошел скачок напряжения первого комплекта передатчика системы дальней радиосвязи. Он был автоматически отключен от питания. По сути, механизм похож на выбивание пробки в электрическом щитке. В дело вступил второй (резервный) комплект. На стации в это время космонавтов не было, но полет продолжился. На Земле в Центре управления полетами специалисты заметили отказ, но дело было в конце рабочей смены, поэтому предпринимать ничего не стали, а только передали информацию заступившим на службу коллегам. Те, в свою очередь, вместо того чтобы разобраться, в чем дело, решили включить основной комплект. Это было нарушением инструкции, согласно которой на это сначала должен был дать добро специалист по токовой защите – космический электрик.