С такого расстояния ручная стыковка была выполнена впервые. Нужно понимать, что на орбите корабль не подходит к станции по прямой линии, как один автомобиль к другому на дороге. Импульс на разгон, который получает корабль, не означает только поступательное движение вперед. Одновременно поднимается и орбита корабля. Тормозящий импульс снижает орбиту. Космонавт должен так управлять кораблем, чтобы и приблизиться к станции и выйти на высоту ее орбиты. Так что кривая дальнего подлета получается очень сложной. Вот почему инструктор так характеризовал Джанибекова:
–Он представляет во время стыковки все обозримое и необозримое пространство, объемную картину происходящих процессов, а не только знает куда двинуть ручку – вниз, вверх, вправо или влево. Он МЫСЛИТ!
Как доказательство его виртуозности в управлении кораблем можно привести такой пример. Максимальная угловая скорость вращения по крену пассивного аппарата, при которой еще можно стыковаться, равна 0, 5 градусов в минуту. Но из отряда космонавтов добиваются умения стыковаться при таких скоростях только некоторые. Джанибеков может стыковаться при угловых скоростях вращения по крену до 1 градуса в минуту.
Вот почему, когда на станции "Салют-7" произошла крупная авария, спасение поручили именно ему. Бортинженера он выбрал себе сам. Это был В. Савиных.
1985 год. Станция "Салют-7" прекратила передачу на Землю информации о состоянии бортовых систем, не подчинялась командам управления с Земли. Сориентировать станцию в нужное положение для стыковки с очередным кораблем не представлялось возможным. Предполагалось, что станция находится в состоянии беспорядочного вращения с неопределенными скоростями.
И с такой станцией необходимо было попытаться состыковаться, восстановить ее работоспособность, чтобы другие экипажи могли продолжить на ней работу в штатном режиме.
Баллистики, рассчитав все возможные ситуации, обещали вывести корабль в район, довольно близкий к станции. Затем, как дальнее, так и ближнее наведение, должны были осуществлять сами космонавты.
Задачу свою баллистики выполнили блестяще. После двухсуточного сближения, что-тоже было новым в программе стыковок, космонавты увидели на экране станцию, а затем смогли увидеть ее и визуально. Дальше все зависело от космонавтов и реального положения станции.
Джанибеков вел корабль к станции осторожно, но уверенно. Савиных с помощью ручного лазерного дальномера через иллюминатор определял скорость и расстояние до станции. Джанибеков, прогнозируя взаимное движение и положение относительно друг друга корабля и станции, выдавал управляющие команды на работу двигателей. И снова шли замеры скорости и дальности. Снова ювелирные по точности и управляющему воздействию движения космонавта ручкой, и корабль медленно, но уверенно приближался к станции.
Несколько раз Джанибеков прекращал взаимное сближение, оценивая обстановку, и снова начинал сближение.
При подходе к станции выяснилось, что корабль подошел к станции со стороны агрегатного отсека, на который в будущем должны были стыковаться беспилотные корабли "Прогресс". Стыковаться с этой стороны было нежелательно. Да и обстановка складывалась неважная. Солнце било своими лучами прямо в глаза космонавтов, мешая четко и ясно ориентироваться в обстановке, искажая силуэты возможных ориентиров.
Джанибеков принял решение на облет станции. Он четко выполнил необходимый маневр и сходу, с первой попытки, состыковался со станцией со стороны переходного отсека. К счастью, угловые скорости вращения станции едва превышали 0, 5 градусов в минуту.
Опыт Джанибекова и Савиных стал значительным вкладом в разработку методов стыковки космических аппаратов на орбите. Особенно в вопросах стыковки с неориентированными объектами. А ведь именно такими объектами могут быть корабли, экипажам которых необходима срочная помощь. Сами они не смогут помочь возможным спасателям, а операцию спасения осуществлять все же надо.
Двухсуточный цикл сближения показал, что является более экономичным, сберегая для возможных маневров драгоценное топливо. Сближение по этой методике происходит медленнее, но двигатель включается реже и на более короткое время. В дальнейшем такой метод стыковки стал уже обычным, и при стыковке с новой станцией "Мир" все экипажи подходили к ней по новой схеме.
Продолжая разговор о стыковке, следует сказать и о перестыковке. Эта задача возникла после того, как в космосе стала работать станция "Мир" с шестью стыковочными узлами. Корабли могли стыковаться к любым узлам, а вот беспилотные с запасом дополнительного топлива для станции, только со стороны агрегатного отсека. Только там имелась возможность перекачки топлива. Если по программе ожидался беспилотный корабль, а пилотируемый в это время находился на стыковочном узле агрегатного отсека, то пилотируемому кораблю необходимо было перелететь на другой узел.
Перестыковка не очень сложная операция с технической стороны, но довольно трудная, по мнению психологов, по части эмоционального напряжения.
Космонавты в период полета на станции неизбежно теряли навыки по стыковке. Особенно при длительных полетах. Не исключалось, что у некоторых космонавтов в моменты перелета могла возникнуть мысль о желанном возвращении на Землю по причине возможного отказа техники. Но таких случаев не было.
Заканчивая разговор о стыковке, следует сказать, что динамические операции сближения и причаливания завершаются взаимным касанием двух космических аппаратов стыковочными узлами с последующим стягиванием. Не будем рассматривать все многообразие требований к стыковочным механизмам. Рассмотрим лишь сам механизм, обеспечивающий надежный контакт и взаимный полет двух космических аппаратов.
После длительного анализа конструкторы выбрали схему стыковочного узла, состоящую из приемного пассивного конуса и активного жесткого штыря \штанги\. При этой системе на активном космическом корабле, который совершает маневры для сближения со вторым кораблем, устанавливается штанга с утолщенной головкой и раскрывающимися лепестками на головке.
На пассивном корабле устанавливается приемный конус с приемным гнездом \отверстием\ в усеченной его части.
Приемный конус устанавливается на корабле жестко, а штанга может выдвигаться и втягиваться в свой корабль.
При взаимном сближении кораблей, штанга активного корабля выдвигается и входит в приемный конус пассивного корабля. Она скользит своей оконечностью по стенкам конуса и в конечном итоге попадает головкой штанги в приемное гнездо.
Головка фиксируется в приемном гнезде, лепестки раскрываются"как ерш" и обратно штанга без специальной команды выйти не может.
Активный корабль начинает втягивать в себя штангу. Корабли сближаются, и происходит стыковка по периметру приемного кольца. Соединяются гидро– и электроразъемы, обеспечивая совместную работу двух космических аппаратов.
После проверки герметичности образовавшегося стыка, приемный конус и штырь уходят внутрь своих кораблей. Образуется лаз, через который космонавты переходят из корабля в корабль или станцию.
Однако такая конструкция стыковочных узлов не позволяет оказывать помощь экипажам космических кораблей, имеющих одинаковые типы стыковочных узлов – пассивные или активные. Поэтому во время стыковки советского и американского космических кораблей в 1975 году были впервые использованы андрогинные периферийные стыковочные узлы.
Такой стыковочный узел, в зависимости от задачи, которая на него возлагается, может быть как активным, так и пассивным. Он имеет подвижное стыковочное кольцо с тремя выступающими лепестками, расположенными под углом 120 градусов друг к другу. В пассивном состоянии кольцо втянуто, в активном выдвинуто вперед на шести, шарнирно закрепленных, штангах. Они же являются и своеобразным демпфером взаимных колебаний кораблей после стыковки.
Активный корабль движется для стыковки так, чтобы лепестки его стыковочного устройства вошли в промежуток между лепестками пассивного стыковочного узла. Это как пальцы одной руки входят между пальцами другой, крепко сцепляясь. Лепестки имеют трапециевидную форму и при сближении гасят определенную неточность в ориентации кораблей по крену.
Имеющиеся неточности на момент касания в углах крена или курса гасятся кольцом при касании. Демпферы в точке касания сжимаются, подворачивая кольцо навстречу пассивному кольцу, и происходит быстрое совмещение одного кольца относительно другого. Допустимые углы рассогласования осей активного и пассивного кораблей при этом значительно больше, чем во время стыковки по узлам типа штырь-конус. После такого совмещения и касания пассивного и активного колец срабатывают замки и защелки, расположенные на кольцах, происходит взаимное выравнивание кораблей и гашение возникших колебаний. Активное кольцо притягивается к своему кораблю, совмещаются гидро– и электроразъемы.
Собственно процесс стыковки отрабатывается экипажем на специализированном тренажере стыковки, на контрольных приборах которого воспроизводится точный процесс сближения, причаливания и механической стыковки двух аппаратов. Этот тренажер состоит из макета космического корабля, на пультах которого космонавты видят параметры стыковки по дальности и скорости сближения, а также космический аппарат, с которым предстоит стыковка.
Вся динамика процесса стыковки отрабатывается специальной программой в вычислительном комплексе. Управляет тренировкой инструктор. Он же дает оценку действиям экипажа.
Чтобы научиться действовать безошибочно в любых условиях и вариантах стыковки, экипаж повторяет этот процесс в продолжение подготовки к полету сотни раз. Те, кто решился стартовать в космос, понимают, что работать им придется, используя только свои теоретические знания и навыки, приобретенные во время занятий и тренировок на Земле.
Правда, по принятой сейчас методике, в каждый экипаж назначается один из космонавтов, ранее уже побывавший в космосе. Он выполняет и роль своеобразного инструктора. Важен именно опыт космического полета.
Опыт многих экипажей не пропадает зря. Орбитальная станция "Мир" завершила свой полет, но появилась новая международная космическая станция. К ней пойдут экипажи различных стран.
НА ОРБИТЕ
Ко времени полета Ю. Гагарина еще не была до конца отработана терминология в науке о космических исследованиях. Вот почему Гагарин совершил полет на "корабле-спутнике". А не на космическом корабле. И он сам, по первому сообщению ТАСС, был "пилот-космонавт". Только в последующем ему присвоили звание "Летчик-космонавт СССР".
На шести кораблях серии "Восток" космонавты совершили полеты от исторических 108 минут Ю. Гагарина до 119 часов В. Быковского.
Ю. Гагарин и Г. Титов не покидали кресел и не выполняли динамических операций по управлению кораблем. Главной их задачей было доказать, что человек может совершать космические полеты и выполнять в космосе не только умственную, но и физическую работу.
А. Николаев и П. Попович в своем групповом полете, отделившись от кресла, совершали свободный полет по кабине спускаемого аппарата, проводили медицинские исследования и некоторые эксперименты по наблюдения за поведением предметов и живых существ в длительной невесомости.
На корабле "Восток-6" в космосе впервые побывала женщина – Валентина Терешкова.
Космический корабль "Восток" по принципиальному построению не отличался от "Востоков", но имел уже не один, а два парашюта для возвращения на Землю и вторую \резервную\ тормозную двигательную установку. Кресло космонавта стало не катапультируемым. Возвращаться теперь можно было только в спускаемом аппарате. Космонавтов в корабле помещалось трое, но без скафандров.
К люку корабля "Восход-6", через который совершали катапультирование первые космонавты, была пристыкована шлюзовая камера. Из нее и вышел в открытый космос А. Леонов. Командиром экипажа в этом полете был П. Беляев, который находился в корабле и четко руководил действиями своего товарища. Он был готов в любую секунду прийти на помощь коллеге, если бы в этом возникла необходимость.
Очередной космический корабль "Союз" был уже принципиально новой разработкой, в которой конструкторы учли все недостатки и преимущества предшествующих космических кораблей. Он состоял из трех отсеков: спускаемого аппарата, орбитального обитаемого отсека \бытовой отсек\ и приборно-агрегатного отсека.
В дальнейшем, сохраняя в неизменности корпус корабля, разработчики почти полностью заменили оборудование и бортовые системы. Существенно менялись при этом характеристики корабля. Он получал соответственно и новые названия: "Союз-Т", "Союз-ТМ", "Союз-ТМА".
Масса заправленного и укомплектованного корабля, в зависимости от решаемых задач, составляла от 6.38 до 685 тонн. Экипаж составлял 2-3 человека. Длина корабля 6, 98 – 7, 13 метра. Максимальный диаметр 2, 72 метра. Размах панелей солнечных батарей 8, 37 и до 10, 6 метра. Свободный объем для экипажа 6, 5 кубических метров.
На первых кораблях экипаж из трех человек мог уходить в космос только без скафандров. Сейчас уже трое в скафандрах спокойно размещаются в возвращаемом аппарате.
Возвращаемый \спускаемый\ аппарат имел в отличие от "Востоков" каплевидную форму. Свободный объем для экипажа составлял 2, 5 кубометра.
Корпус аппарата выполнялся из алюминиевого сплава и имел значительную защиту. Основной теплозащитный экран на участке парашютирования, после выполнения своей задачи, отстреливался. В верхней части корпуса имелся люк диаметром0, 8 метра для сообщения с орбитальным отсеком. Через этот же люк экипаж покидает спускаемый аппарат после приземления. Имеются три иллюминатора – два боковых свободных и один в центре для визира ориентатора. В корпусе размещены два контейнера – основного и запасного парашютов.
В орбитальном обитаемом отсеке \БО\ экипаж во время автономных полетов спал, обедал, проводил практически все научные исследования. В верхней части БО конструктивно размещен стыковочный узел.
Приборно-агрегатный отсек \ПАО\ предназначен ля размещения аппаратуры и оборудования большинства систем корабля.
Бытовой и приборно-агрегатный отсеки не имеют тепловой защиты и после разделения со спускаемым аппаратом сгорают в плотных слоях атмосферы.
В состав космического корабля входят:
–система ориентации и управления движением при полете на орбите и в процессе спуска,
–система двигателей причаливания на завершающем этапе стыковки и ориентации,
–сближающе-корректирующая двигательная установка,
–система электропитания,
–система стыковки,
–радио и телевизионные системы,
–система жизнеобеспечения,
–система управления бортовым комплексом с различных пультов космонавта и другие.
Корабль "Союз" мог находиться в автономном полете с экипажем до трех недель, но основное его назначение – доставка экипажей и грузов на орбитальную станцию.
При автономных полетах корабль в обязательном порядке имел солнечные батареи для подзарядки аккумуляторных батарей. При выполнении транспортных операций наличие солнечных батарей определялось конструкцией орбитальной станции.
На базе корабля "Союз" специально для доставки грузов был разработан автоматически управляемый с Земли, корабль "Прогресс". В нем нет ничего, что должно обеспечивать жизнедеятельность человека на орбите, а все свободное пространство заполняется продуктами, водой, топливом, новыми научными приборами и аппаратурой. "Прогресс не имеет теплозащиты. Экипаж, разгрузив корабль, заполняет освободившееся пространство ставшим ненужным оборудованием и отходами жизнедеятельности экипажа. Отделившись от станции, корабль направляется в плотные слои атмосферы и сгорает.
Начиная с 1971 года, развитие пилотируемой космонавтики в СССР и сейчас в России полностью связано с работой космонавтов на орбитальных станциях. Освоение работы на этих станциях в реальных космических условиях шло трудно.
Первый экипаж со станцией состыковался, но войти не сумел.
Второй экипаж в составе: Г. Добровольский, В. Волков, В. Пацаев отработал на станции 22 суток, но погиб при возвращении.
На следующей станции "Салют-2" экипажи вообще не работали, так как сразу же после выведения была обнаружена ее разгерметизация. Это заставило Главного конструктора Челомея и ученых с особой тщательностью осуществлять подготовку и запуск своей очередной станции "Салют-3".
3 июля 1974 года к станции отправился экипаж в составе П. Попович и Ю. Артюхин. Работать на станции им пришлось практически с новыми компановками приборов и оборудования. Рациональнее чем прежде были использованы внутренние помещения, улучшена система энергопитания, значительно больше внимания уделялось физической подготовке космонавтов на орбите. Кроме того, на станции впервые опробовалась система точной ориентации панелей солнечных батарей. Они поворачивались относительно корпуса станции и устанавливались под оптимальным углом к Солнцу, что обеспечивало получение максимальной электроэнергии. Особо следует отметить тот факт, что перед возвращением космонавтов, на Землю ими был отправлен специальный возвращаемый аппарат с результатами научных исследований экипажа.
Следующая станция "Салют-4" была разработана уже научно-производственным объединением "Энергия" и на ней отработали два экипажа по 30 и 63 суток, доказав возможность длительной работы человека на орбите.
На этой станции были ведены значительные технические новшества, облегчавшие работу и жизнь космонавтов на орбите. Среди них можно назвать систему "Дельта", которая управляла полетом стации в автоматическом режиме. Вместо двух пар панелей солнечных батарей на станции было три панели на ее центральном корпусе, каждая из которых ориентировалась на Солнце. В конструкции станции были предусмотрены и специальные шлюзы для удаления в открытый космос контейнеров с отходами жизнедеятельности космонавтов. Впервые к станции, после ухода экипажа, пристыковали и беспилотный корабль "Союз-20", на котором отрабатывались многие системы беспилотного корабля "Прогресс".
Однако, как и первый "Салют" станция имела один стыковочный узел и ограниченный запас топлива, а орбита ее постоянно снижалась. Это не позволило работать на ней другим экипажам.
На станции Челомея "Салют-5" вновь могли отработать только два экипажа. Они выполнили на станции абсолютно новую программу научных исследований и испытали новую электромеханическую систему стабилизации с помощью гиродинов, которая затем нашла свое воплощение только через 10 лет, при работе связки космической станции "Мир" с модулем "Квант". Больше Челомей орбитальных станций не запускал.
Все эти полеты по существу явились предварительной проверкой решений, которые потом в полной мере были воплощены в станциях "Салют-6", "Салют-7", "Мир" и даже ныне летающей международной станции "МКС". На этих станциях "Салют" было уже два стыковочных узла, что позволяло при работе на станции основного экипажа принимать на второй стыковочный узел экипажи с экспедициями посещения и беспилотные корабли "Прогресс" с грузами.
На станции "Салют-6" побывало уже 16 экипажей. Были выполнены 31 стыковка. Достигнута продолжительность полета экипажа 185 суток: Л. Попов и В. Рюмин.
На станции "Салют-7" Кизим, Соловьев и Атьков уже отработали за один полет 237 суток.
На станции "Мир" Ю. Романенко отработал 326 суток, а экипаж В. Титов и М. Манаров летали в течение целого года.