Пятьдесят лет в космической баллистике
Шрифт:
В эскизном проекте нам предстояло разработать предложения по составу и размещению измерительных средств, по требуемой точности измерений, по составу проводимых циклов измерений, а также предложить программу баллистического обеспечения управления полётом этих двух видов космических аппаратов.
У нас уже был большой опыт выполнения таких работ по спутникам, поэтому, уяснив суть работы и распределив её по исполнителям с учетом их специализации, нам удалось достаточно быстро решить поставленную задачу. В июле 1958 года нами был представлен проект для «попадающего» варианта космического аппарата («Луна А» — «Луна-1», «Луна-2»), а в конце 1958 года — для «облётного» варианта («Луна Б» — «Луна-3»).
Теперь нам предстояло готовить математическое обеспечение для решения задач по определению орбиты, прогнозированию движения и подготовке различного рода информации для заинтересованных соисполнителей.
Эти работы были выполнены к пуску первого космического аппарата на Луну, который состоялся 2 января 1959 года. Полёт проходил успешно.
Таким образом, наши задачи, поставленные перед первой серией космических аппаратов лунной программы, были успешно завершены. Доказана возможность надёжной радиотехнической и телевизионной связи с космическими объектами на больших расстояниях. Опасности для человека на трассе полёта к Луне и у Луны не обнаружено. Что касается американцев, то с августа 1958 года по март 1959 года они провели пять попыток запуска «ПИОНЕРА» в район Луны, но все окончились неудачей!
В части баллистического обеспечения управления полётом КА при подготовке каждого пуска основная нагрузка ложилась на наш институт, так как он исполнял роль головного центра по баллистическому обеспечению пуска. Подготовка каждого пуска начиналась с составления приказа по институту, которым определялся состав рабочих групп, их задачи и взаимодействие, назначался руководящий состав координационно — вычислительного центра (КВЦ). На пуски лунных космических ракет руководителем КВЦ был назначен Павел Ефимович Эльясберг, а я — его первым заместителем.
Теперь к моим обычным обязанностям научного характера прибавились «новые» организационные. И надо отметить, что этих новых организационных обязанностей было много, даже слишком много. Обусловлено это было тем, что наш КВЦ во время подготовки и проведения пусков действительно был центром, куда стекалось много информации от разработчиков различных систем объекта, от соисполнителей, от средств командно — измерительного комплекса. А из нашего центра выходили документы как на согласование с другими организациями, так и директивные. В связи с этим общий поток информации был очень велик.
Наиболее напряженный период лично для меня пришелся на конец 1950–х и начало 1960–годов. Уже первые пуски искусственных спутников Земли показали заманчивую перспективу использования их в интересах обороны страны. У нас появился целый ряд предложений создать целевые ИСЗ, которые могли бы решать, к примеру, задачи разведки, навигации, связи, геодезии, картографии и др. Мне пришлось участвовать в качестве руководителя в разработке предложений по созданию единого командно — измерительного комплекса для баллистического обеспечения управления полётом этого класса спутников. На это же время пришлась и подготовка эскизного проекта комплекса средств измерений, службы единого времени и связи для нового варианта лунного космического корабля, предназначенного для мягкой посадки на Луну. В части проведения баллистических исследований (ответственные П. Е. Эльясберг и я) основная нагрузка легла на меня, так как Павел Ефимович был до предела загружен работами, связанными с отработкой пилотируемого космического корабля «Восток» (пять пусков в беспилотном варианте в 1960–1961 годах) и следующими затем пусками кораблей с космонавтами.
Эскизный проект командно — измерительного комплекса посадочного варианта лунного космического аппарата «Луна Е» (индекс «объект Е-6») был завершен в установленные сроки. Теперь предстояли работы по подготовке к пуску космического аппарата. И хотя у меня в это время появились новые заботы (в августе 1960 года меня назначили начальником научной лаборатории «дальнего космоса»), обусловленные подготовкой пусков космических аппаратов к Венере и Марсу («Венера-1» пуск 12 февраля 1961года и «Марс-1» пуск 1 ноября 1962), я также участвовал (в апреле 1961 года) в подготовке и проведении пуска пилотируемого корабля «Восток» с Юрием Гагариным на борту (и даже удостоен за эту работу ордена), однако основной моей работой осталась подготовка к пускам объектов Е-6.
Лунный космический аппарат «Луна Е»
В отличие от первых вариантов лунных космических аппаратов (объекты первого поколения «Луна-1», «Луна-2», «Луна-3»), каждый из которых направлялся к Луне прямым стартом с Земли и в полёте не корректировался, посадочный вариант нового лунного аппарата (Е-6) относился ко второму поколению лунных космических аппаратов и представлял собой сложнейшую систему, оснащенную большим набором различных систем и агрегатов предназначенных для старта с промежуточной орбиты, для коррекции движения на участке полёта от промежуточной орбиты до Луны, для определения момента фиксации «лунной вертикали», для осуществления разворотов датчиков поиска Солнца и Луны, для проведения торможения и отделения автоматической лунной станции. Этот уникальный объект особенно ярко
Подтверждением этому могут служить следующие два обстоятельства, имевшие место в период проектирования объекта Е-6 и реализации его пусков при выполнении целевой задачи.
Один из принципов, на которых базировалось конструирование Е-6, состоял в обеспечении «вертикального» прилунения аппарата. В этом случае траектория полёта к Луне в идеале должна была совпадать с вертикалью к местному горизонту в точке посадки аппарата на поверхность Луны. Тогда при торможении аппарата перед посадкой обеспечилось бы полное отсутствие боковой составляющей скорости и надежная посадка. Однако в действительности реализованная орбита будет представлять собой лишь одну из «пучка» возможных орбит, обусловленного наличием целого ряда объективно существующих погрешностей, возникающих при старте с промежуточной орбиты и при реализации коррекции движения в полёте. Таким образом, действительная орбита может отличаться от идеально — расчетной, которая обеспечивает требуемые условия посадки, и, как следствие, всегда можно ожидать появления боковой составляющей скорости посадочного аппарата. Так вот, проведенный в процессе проектирования анализ показал, что в этом «пучке» возможных траекторий очень велика вероятность реализации такой траектории, у которой боковая составляющая скорости торможения будет существенно больше допустимой и надежность посадки автоматической лунной станции не обеспечится. Выход их создавшегося положения искали как конструкторы (за счет создания новых устройств для погашения боковой скорости), так и баллистики (изыскание путей уменьшения размеров «пучка» орбит). При этом требовалось найти решения при очень и очень ограниченных возможностях увеличения веса аппарата. У баллистиков был ясный и реалистичный путь решения проблемы: «уменьшить» размеры «пучка» за счет перенесения коррекции движения КА на более позднее время. Тогда за счет уменьшения влияния ошибок исполнения «корректирующего импульса» на рассеивание точек прилунения достигалось бы решение проблемы. Однако расчеты показали, что потребное увеличение импульса коррекции, а следовательно, и запаса топлива приведет к недопустимому увеличению веса аппарата. К аналогичному выводу пришли и конструкторы. Мало того, что увеличится вес аппарата, ещё потребуется время для разработки и отладки новых приборов. Создалось безвыходное положение!
Автоматическая лунная станция
И вот здесь космические баллистики блеснули творческой смекалкой. Методом «мозговой атаки» им удалось установить, что на номинальной траектории движения к Луне в пределах «пучка» траекторий, обусловленных наличием погрешностей, существует точка, в которой направление на центр Луны (вертикальное направление) совпадает с направлением скорости на участке торможения у Луны. Следовательно, если в реальном полёте найти положение этой точки и «запомнить» относительно абсолютного пространства направление из этой точки на центр Луны, то независимо от того, как будет дальше двигаться объект, включение тормозного двигателя, выставленного по «запомненному» направлению, обеспечит вертикальную посадку. Но самое главное, что за счет использования приборов, которые имелись на борту аппарата, баллистики нашли способ отыскания такой точки без увеличения веса объекта. Весь этот процесс подготовки торможения у Луны получил название «момент фиксации лунной вертикали».
Космические баллистики спасли лунный космический аппарат Е-6, который впоследствии с успехом выполнил все поставленные перед ним задачи, и обеспечил приоритет нашей страны в совершении мягкой посадки на Луну автоматической лунной станции.
Второе обстоятельство связано с работой космических баллистиков по оперативному обеспечению управления полётом при реализации пусков второго поколения лунных космических аппаратов. Впервые, в практике запусков космических аппаратов, которые обслуживались одновременно несколькими центрами управления (один головной, а остальные дублирующие), разработчики «инструментария» для обеспечения оперативного управления полётом столкнулись со столь сложным объектом, как по составу и объёму информации, которую требовалось оперативно передавать на борт космического аппарата, так и по сложности математического моделирования работы систем этого объекта. Поэтому в головном центре было принято решение, в отличие от уже сложившегося традиционного подхода, разрабатывать этот «инструментарий» в каждом центре независимо. А сравнение вести лишь по конечным результатам. Так удалось создать надёжный моделирующий комплекс (наш «инструментарий»), который давал возможность провести надёжное баллистическое обеспечение управления тремя центрами при головной роли центра НИИ-4. В частности, все центры успешно справились со своими задачами при отработке первых пяти пусков Е-6 («Луна-4» — «Луна-8») и блестяще завершили работы по обеспечению запуска космического аппарата, стартовавшего к Луне 31 января 1966 года и осуществившего мягкую посадку на Луну 3 февраля 1966 года. Аппарат получил индекс «Луна-9». Он полностью выполнил всю намеченную программу исследований и завершил своё существование примерно через 47 часов. Некоторых из нас награждали, дарили подарки. Получал подарки и я.