Инженеры, проектировавшие "Молнию-1" в начале шестидесятых, стали уважаемыми учеными, имеющими многочисленных учеников. Но ни они сами, ни их ученики теперь не решили бы подобной задачи без десятков персональных компьютеров и парка мощных машин вычислительного центра, без отработки системы на аналого-цифровых моделях! В то время никто не помышлял о таких возможностях.
Впрочем, изобретатель центробежного регулятора для паровой машины Уатт владел математикой в пределах четырех действий, а первые паровозы Стефенсона, развивавшие скорость до 50 км/ч, создавались в начале XIX века даже без использования логарифмической линейки. В XX веке теория центробежных регуляторов и паровозостроения обросла таким математическим аппаратом, в котором, будь живы сами изобретатели, они бы не скоро разобрались.
Для управления современными спутниками просто невозможно создать систему без использования бортового компьютера, который берет на себя заботу о выборе динамических режимов работы в соответствии с программой полета, включении в нужное время бортовой аппаратуры, проводит диагностику, контролирует расход "рабочего тела", выполняет еще много расчетов, которые в то далекое время возлагались на бортовое программно-временное устройство (ПВУ) и наземные службы.
Исаак Сосновик и Нина Квятковская изобрели транзисторное ПВУ, управлявшее бортовыми системами в соответствии с программой, которую можно было заложить с Земли по командной радиолинии. Саму командную радиолинию, объединенную с аппаратурой контроля орбиты и передачи телеметрии в виде единого комплекса, заказали СКБ-567. Ходарев, Малахов и вся набравшаяся горького опыта на автоматических аппаратах "Марс" - "Венера" (MB) радиокомпания создали для "Молнии-1" служебную радиосистему.
Труден был выбор головного разработчика бортового комплекса управления. Эту работу обычно возглавлял Юрий Карпов. В его активе были комплексные разработки идеологии и электрических схем всех первых спутников, "Востоков" и венеро-марсианских аппаратов. Очередной задачей для него был новый пилотируемый корабль 7К-ОК или изделие 11Ф615.
Для "Молнии-1" не без конфликтов и колебаний мы приняли решение: бортовой комплекс создавать одновременно с наземным испытательным оборудованием (НИО), так чтобы можно было сразу испытать весь космический аппарат и при этом вместо десятка операторов у пультов по каждой системе иметь одного-двух только у центрального пульта, дополнив его устройством для автоматической регистрации их действий, правильных или ошибочных. За такую комплексную разработку взялся радиоотдел Анатолия Шустова. Отдел значительно вырос за счет специалистов, влившихся в него после нашего объединения с коллективом Грабина.
Весь комплекс под руководством Шустова начала разрабатывать лаборатория Виктора Попова. Однако инженеры, ранее ушедшие от нас на работу в аппарат ВПК, сманили его в кремлевские апартаменты. Недолго проработав в Кремле, он перешел в аппарат ЦК КПСС и до 1991 года оставался "нашим человеком" в оборонном отделе ЦК.
Лабораторию Попова принял Петр Куприянчик. Он правильно рассудил, что чем проще схема "борта", тем легче автоматизировать ее испытания, но тем сложнее "земля".
В литературе по космонавтике я не встречал упоминаний о проблемах разработки наземного испытательного оборудования. И это несмотря на то, что такое оборудование является непременным вторым планом многочисленных фотографий, кино - и телекадров на ракетно-космические темы. Разработка наземных испытательных комплексов и всего наземного оборудования негласно считалась работой менее престижной, чем разработка бортовой аппаратуры. Такое предубеждение перешло в ракетно-космическую технику из авиации.
В современной авиации "земля": аэродромная, испытательная, навигационная, то, что называется УВД - управление воздушным движением, - приобретает все большее значение. Однако каждый пассажир современного лайнера знает, что он летит на "Иле", "Ту" или "Боинге", но понятия не имеет о фирме или главном конструкторе, разработавшем сложнейшее радиоэлектронное оборудование для УВД.
В ракетно-космической технике "земля" играет гораздо большую и более ответственную роль, чем в авиации, поэтому для этой техники недооценка "земли" - вредное заблуждение. Только хорошая "земля" дает возможность полноценно проверить и выпустить в космос надежный "борт". Плохая "земля" может привести к аварии еще до запуска. Катастрофа 24 октября 1960 года - жестокий, но поучительный тому пример. Мы имели сотни случаев, к счастью без человеческих жертв, отказов "борта" еще на Земле по причинам ложных команд, подаваемых испытательной "землей".
Петр Куприянчик организовал совместную разработку бортовой схемы "Молнии-1" и испытательной "земли".
Основной объем электрических испытаний был осуществлен наземной станцией, которая получила индекс 11Н650. Ее идеологию разрабатывали Анатолий Максимов, Борис Бугеря, Артур Термосесов. Я высказал идею о полной автоматизации испытаний. При этом потребовалась система регистрации всех испытательных операций. Спрос породил предложение. Инженер Борис Барун предложил Куприянчику устройство автоматической подачи команд на "борт" с помощью перфорированной ленты и автоматическую систему цифропечати всего происходящего на другой ленте. Такая автоматическая система получила название "Волна". Чертежи сложного по тем докомпьютерным временам испытательного оборудования были разработаны в приборном конструкторском отделе Чижикова под руководством Ивана Ивановича Зверева.
"У меня фамилия птичья, - говорил Чижиков, - со зверями я плохо уживаюсь". Идя навстречу "пожеланиям трудящихся", мы разделили конструкторские отделы. За Чижиковым остался "борт", а Звереву поручили всю испытательную "землю". Таким образом, "земля" получила полноценный конструкторский отдел. Нашим приборным производством было изготовлено только два комплекта станций 11Н650 вместе с "Волной": для КИСа и технической позиции полигона. Уже при испытании первой "Молнии-1" мы поняли, что эпоха полной автоматизации еще не пришла. Требовалось создать компромиссную полуавтоматическую систему, более универсальную, чем 11Н650. Как часто бывает, трудности, возникающие в процессе создания нового, приводят к решениям более удачным, чем первоначально предполагалось.
Идея создания унифицированной наземной испытательной станции "висела в воздухе". В поисках оптимальных решений Юрий Карпов вместе со своими уже обстрелянными на полигонах сподвижниками Владимиром Куянцевым, Владимиром Шевелевьм, Ремом Николаевым предложил структуру испытательной станции, в которой не было полной автоматизации, но зато обеспечивалась более глубокая диагностика, гибкость и возможность оперативного изменения технологии испытаний. В системе предлагалась уплотненная многоканальная линия телесигнализации.
К первым "Молниям" эта система "не успевала". Однако необходимость создания подобной системы была столь очевидной, что я предложил объединить и форсировать разработку всей "земли" в едином коллективе. Работу возглавили Петр Куприянчик и Артур Термосесов. В 1964 году появился изготовленный нашим приборным производством первый образец универсальной испытательной станции.
Соответствующее управление Министерства обороны узаконило эту разработку в качестве универсального средства для наземных испытаний космических объектов и присвоило станции индекс 11Н6110.
Впервые с помощью этой станции начали испытывать первые корабли 7К - будущие "Союзы". Опыт оказался столь удачным, что возникла потребность в изготовлении серии. Это было уже не под силу нашему производству. Без внешнего принуждения за серийный выпуск 11Н6110 взялся директор Азовского оптико-механического завода Георгий Васильев. Станция со временем нашла такое широкое применение, что всего их было выпущено более сотни. Удачные технические решения оказываются долгожителями несмотря на моральное старение. Даже в 1990-е годы, при триумфальном шествии цифровой вычислительной техники с ее безграничными возможностями для автоматизации самых различных видов испытаний, диагностики и обработки информации, старые станции 11Н6110 (спустя 30 лет!) остаются в эксплуатации на заводах и полигонах. В 1966 году, когда мы начали передавать "Молнию-1" Михаилу Решетневу в красноярский филиал, испытания ориентировались уже только на 11Н6110.
На современных спутниках связи выбор типа и конструкции антенн - одна из кардинальных проблем. Для "Молнии-1", не имея опыта, мы решили задачу "в лоб" и предложили две параболические антенны, резервирующие друг друга, диаметром по 1,4 метра. Они устанавливались на специальных штангах и управлялись электрическим приводом. Капланов поддержал наше предложение. Это придало уверенность антенщикам, которые отвечали за преобразование энергии передатчиков его ретранслятора в "конечный продукт" - энергию радиоволн.
Для передачи сигналов с "борта" на все наземные пункты, находящиеся одновременно в зоне радиовидимости, требовалось разработать бортовую антенну направленного излучения на прием и передачу одновременно.
К этому времени антенная лаборатория Михаила Краюшкина разрослась и выделилась в самостоятельный отдел. Коллектив отдела объявил, что антенные проблемы в радиотехнической части они берут на себя, начиная от расчетов и моделирования до сдаточных испытаний. Самую трудную часть задачи выполняли Владлен Эстрович, Иван Дордус, Геннадий Сосулин, Надежда Офицерова и механики макетной мастерской.
На этой и многих последующих разработках очень доходчиво было показано, какое значение для сокращения общего цикла разработки имеют смекалка и золотые руки квалифицированных рабочих, находящихся непосредственно при лаборатории, а не только в цехах завода. С появлением ЦВМ удалось значительно сократить продолжительность расчетно-теоретических работ, предшествующих выпуску чертежей. Однако ни одна остронаправленная антенна, при всей мощи современной вычислительной техники, не получалась без предварительной отработки на макетах. В этом процессе лабораторного моделирования трудно переоценить роли мастера и рабочего, которые понимают инженера с полуслова и не требуют детальных чертежей. Только после многоразовых переделок завод получал оформленные по всем правилам чертежи на изготовление летных образцов антенн. Те, кто окончательно изготавливали антенны в металле, не догадывались, что их проектирование начиналось с решения системы дифференциальных уравнений, открытых еще в прошлом веке.
На облучателе антенны устанавливались "трубы Медведева". Так мы называли оптические датчики, которые, захватив в свое поле зрения края диска Земли, посылали сигналы для управления приводом антенны и разворотом всего объекта так, чтобы в течение всего сеанса связи антенна ориентировалась на центральную часть видимого диска. Борис Медведев - инженер оптико-электрической "Геофизики" - тогда только начинал создавать свой ставший впоследствии богатым перечень всевозможных датчиков для космической техники, а затем и для подводных ракет.
Электромеханический привод для управления антенной оказался сложным механизмом. Он должен был работать в условиях космического вакуума непрерывно в течение каждого сеанса связи. Это была одна из труднейших задач обеспечения надежности. Лев Вильницкий, начальник отдела рулевых машин, приводов и механизмов, и Владимир Сыромятников основное время проводили в цехах завода, дожидаясь, когда можно будет выхватить первый образец привода для отработочных испытаний.
Я умолял Туркова и Казакова форсировать изготовление первых механизмов, чтобы мы могли до полета испытать их на ресурс в течение шести-восьми месяцев.
Идею создания бортовой электростанции, по нашей терминологии СЭП - системы электропитания, тоже изобретали заново. Для питания основного потребителя - ретранслятора и расходов на все прочие служебные системы за время сеанса связи, а это 8-9 часов, требовалось получать от солнечных батарей непрерывно до 1500 ватт.
В 1961 году такая мощность для космического аппарата казалась столь же грандиозной, как в 1921 году мощность Волховской ГЭС, первенца плана ГОЭЛРО. Ее мощность - 60 тысяч киловатт -тоже казалась фантастической.
Александр Шуруй, отличившийся у Грабина искусством управления по радио противотанковой ракетой, разработал электростанцию для "Молнии-1".
"СЭПом для "Молнии-1" я вправе гордиться", - говорил Шуруй, вспоминая героическую эпопею начала шестидесятых годов.
Разработку "Молнии-1" я решил использовать для "революции" в космонавтике: ввести новый единый для всех на "борту" и "земле" стандарт - 27 вольт, вместо той чехарды, которая была на космических объектах. На стандарт 24 - 27 вольт предполагала переходить и авиация. Нам грозило отставание.
После объединения с коллективом Грабина численность и квалификация электротехнических групп выросла настолько, что мы могли взять на себя головную роль по разработке нового стандарта и доказать его преимущества на реальном космическом аппарате. "Молния-1" была для этого очень подходящим объектом. Одновременно аналогичную революцию следовало провести и на "Зените", электрооборудование которого под началом Карпова разрабатывали Шевелев и братья Петросяны. После моих обвинений в твердолобом консерватизме они стали нашими союзниками по новому 27-вольтовому стандарту.
Убедившись, что поддержка "снизу" будет обеспечена, я должен был обзавестись союзниками среди смежников.
Основной потребитель - Капланов поддержал меня без всяких оговорок. Переход на 27 вольт позволял в два раза снизить массу бортовой кабельной сети. Мы понимали, что "Молния-1" - это только начало. Еще в 1959 году вышли постановления о проектах больших носителей и новых тяжелых космических кораблях. С учетом этой перспективы мы доказывали все преимущества 27 вольт.
После дискуссий, в которых новый номинал не встретил дружной поддержки большинства, я объявил решение о 27 вольтах как ультиматум головной организации. К такому приему я прибегал редко, стараясь избегать конфликтов, приводящих к арбитражу у Королева.
Неожиданно возразил Рязанский. Он должен был перенять у СКБ-567 изготовление управляющего радиокомплекса, аппаратурно заимствованного с 12-вольтовых венеро-марсианских объектов. Требовались переделки, и, как обычно, возникали осложнения на заводах.
Королев поддержал меня в самой решительной форме. Стандарт 27 вольт ± 3 вольта был узаконен и действует до сих пор во всей ракетно-космической технике.
Второй проблемой в СЭП оказался выбор буферных аккумуляторов с гарантированным ресурсом работы в режиме циклирования "заряд-разряд" не менее одного года. Серебряно-цинковые батареи имели неоспоримые весовые преимущества, но не выдерживали конкуренции по числу циклов с никель-кадмиевыми.
Во Всесоюзном научно-исследовательском аккумуляторном институте в Ленинграде Виктором Теньковцевым после совместных с нами обсуждений был создан новый тип герметичного никель-кадмиевого аккумулятора с встроенным датчиком давления. Такой датчик позволял нам разработать центральный регулятор, обеспечивающий напряжение в пределах 24-31 вольт за счет отключения от бортовой сети или подключения к ней отдельных аккумуляторов, составляющих бортовую батарею.
Основной источник электроэнергии космического аппарата - Солнце, а потому без Николая Степановича Лидоренко не обходилась подготовка ни одного космического полета. К этому времени ВНИИИТ - Всесоюзный научно-исследовательский институт источников тока, в котором Лидоренко был и директором, и главным конструктором, фактически стал монополистом в создании солнечных батарей.
Конструкцию солнечных батарей, механику их раскрытия после отделения от носителя мы разработали после того, как согласовали с Лидоренко все параметры кремниевых фотоэлектрических преобразователей.
Аркадий Ландсман и Валерий Кузнецов были во ВНИИИТе основными разработчиками преобразователей солнечной энергии. Забегая вперед, скажу, что "детские" болезни "Молнии-1" были связаны прежде всего с солнечными батареями.
На третьем и последующих полетах "Молнии-1" в космосе обнаружилась быстрая деградация ФЭПов - фотоэлектрических преобразователей. Сказалось малоизученное влияние облучения при пересечении околоземных радиационных поясов. Другим фактором, влиявшим на эффективность солнечных батарей, было термоциклирование - перепад температур от плюс 120 градусов на солнце до минус 180 градусов в тени на каждом витке.
Для снижения потерь и продления жизни солнечных батарей институт Лидоренко в 1966 году ввел покрытие рабочей поверхности ФЭПов кварцевым стеклом. Кроме того, мы пошли на увеличение массы, благо стараниями проектантов Дудникова резервы у нас были. За счет утяжеления установили дополнительные солнечные батареи, выполненные в виде специальных шторок. По мере необходимости шторки открывались и в работу включались свежие, не пострадавшие ни от радиации, ни от термоциклирования элементы.
Одной из немногих систем, заимствованных с венеро-марсианских объектов, была КДУ - корректирующая двигательная установка. От Исаева мы получили "добро" на ее использование. Он внес туда незначительные изменения, получив заверения, что включать ее для коррекции мы будем не более трех-четырех раз. Этого было достаточно для года эксплуатации. Более чем на год наши мечты не распространялись.
КДУ размещалась на корпусе таким образом, что вектор тяги совпадал с продольной осью, постоянно ориентируемой на Солнце. На обоих днищах корпуса были установлены приборы ИКВ - построители местной вертикали, чувствительные к инфракрасной области спектра по границам видимого из космоса диска Земли.
За два с половиной часа до подлета "Молнии-1" к перигею, пока еще спутник был в зоне видимости щелковского командного пункта, выключалась постоянная ориентация на Солнце.
Антенны, снабженные своими ИКВ, тоже "теряли" Землю. После этого включалась одна из двух ИКВ, расположенных на корпусе, и весь спутник разворачивался до тех пор, пока Земля не попадала в его поле зрения. Продольная ось постоянно ориентировалась на центр Земли до тех пор, пока спутник не достигал точки, в которой его ось располагалась параллельно вектору скорости в перигее. В этот момент ИКВ выключалась, и спутник продолжал полет в состоянии инерциальной ориентации с запомненной ориентацией продольной оси до точки перигея. В этой точке включалась КДУ и выдавался корректирующий импульс на разгон или торможение в зависимости от того, какой из двух приборов ИКВ был выбран с Земли.
После выключения КДУ включался солнечный датчик, восстанавливалась ориентация батарей на Солнце и "Молния-1" была снова готова дня проведения сеансов связи.
Последовательность описываемых операций не могла быть передана с Земли, потому что коррекция проходила над южным полушарием вне видимости наших НИПов. Наземного оператора и командную радиолинию в данном случае заменяло ПВУ - примитивный предшественник современных бортовых компьютеров.