«Техника-молодежи» 1980 №8, с.23-25
Пилотируемые орбитальные станции (ПОС) — самые сложные из существующих ныне космических аппаратов. На борту современной ПОС типа «Салют» размещается около ста научных и технических систем, каждая из которых представляет собой целый комплекс приборов и агрегатов. Для обеспечения длительной надежной работы все это хозяйство требует регулярного технического обслуживания, профилактики и ремонта непосредственно в космическом полете. И чем продолжительнее трудовая вахта ПОС, тем сложнее сохранить работоспособность ее бортовых систем. А ведь от них зависит не только выполнение программы, но и безопасность экипажа. Да и с космонавтов орбитальной станции гораздо больший спрос, чем прежде. Разнообразие задач по проведению исследований, с одной стороны, и по обеспечению функционирования сложных бортовых систем станций — с другой, при немалой ценности — каждой минуты полетного времени предъявляет к ним весьма высокие требования. Знать столько о своей машине и ее системах, сколько космонавт, и иметь столько разнообразных отработанных практических навыков, как у него, не требуется ни от одного земного специалиста. Но для успешного выполнения программы полета ПОС и этого может оказаться недостаточно.
На Земле в подобных случаях прибегают к дублированию. В авиалайнер, например, сажают второго пилота, который в любой момент может взять управление на себя. В космонавтике такой возможности до сих пор нет. Каждый член экипажа полностью загружен своими обязанностями в течение всего полета. А дублеры могут заменить космонавтов только до старта. Но это еще не значит, что они не могут помочь экипажу своими знаниями, опытом, советами. Могут — правда, с Земли. Ведь подготовка их ни в чем не уступает подготовке стартовавших. Нужно только, чтобы они всегда были начеку и находились по возможности в таких же рабочих условиях, что и космонавты. Следовательно, на Земле нужно иметь аналог станции, работающей в космосе. Это может быть и физическая копия станции, и ее математическая модель, которая позволит точно скопировать реальный полет ПОС.
Сказанное и осуществлено в советской космической программе, где создание аналога как основной части комплексной комбинированной модели ПОС учитывается на всех этапах проектирования, конструирования, изготовления и испытаний станций «Салют». Для того чтобы яснее показать значение физического аналога на практике, рассмотрим его работу на примере полета «Салюта-5», итоги которого уже полностью подведены и широко известны.
Напомним, что эта станция за 412 суток совершила 6631 оборот вокруг нашей планеты. На протяжении полета работа всех систем соответствовала нормам. Высокая точность ориентации при исследованиях Земли и околоземного космического пространства позволила выполнить запланированную программу эффективно и с высоким качеством. В отсеках станции постоянно поддерживались комфортные условия: температура — в пределах 20-23° С, давление 780— 850 мм ртутного столба. Всего проведено более 300 астрофизических, геофизических, технологических, медико-биологических и других исследований и экспериментов.
Станцию посетили две экспедиции космонавтов, доставленные на орбиту транспортными кораблями «Союз-21» (В. В. Волынов и В. М. Жолобов) и «Союз-24» (В. В. Горбатко и Ю. Н. Глазков).
Полет «Салюта-5» был крупным успехом советской космонавтики. И в его достижении значительную роль сыграла работа аналога станции на Земле.
НАЗНАЧЕНИЕ АНАЛОГА
Создание аналога было вызвано необходимостью решения целого ряда технических задач. Даже простое перечисление основных из них говорит само за себя: определение оптимального распределения «обязанностей» между экипажем и автоматическими системами, обеспечение ремонтопригодности конструкции станции, реализация сложной программы полета, прогнозирование возможных отказов на борту путем сравнения работы бортовых систем станции и аналога, моделирование выявленных неисправностей и недостатков для их анализа и своевременного принятия решений, предварительная проверка режимов работы систем станции и деятельности экипажа, обучение технического персонала, проведение тренировок экипажей, качественное и оперативное управление полетом и обеспечение безопасности экипажа.
После выпуска конструкторской документации по «Салюту-5» на заводе изготовили первый экземпляр орбитальной станции, которому суждено было встать на «вахту» в наземных условиях. Этот аналог сразу же сыграл свою роль по совершенствованию конструкции. Ведь его монтаж являлся одним из этапов программы обеспечения ремонтопригодности станции. Именно при монтаже бортовых систем определялись и уточнялись основные конструктивные характеристики ремонтопригодности (доступность, рациональная расчлененность, процессы ремонта, инструмент, запасные части и т. п.). В конструкции практически претворялись основные принципы взаимодействия экипажа с системами станции (обеспечение возможности технического обслуживания или ремонта, определение рабочих зон обслуживания и маршрутов перемещений, достаточность средств фиксации, свободный доступ к органам управления и т. п.).
При электрических испытаниях аналога отрабатывались методики быстрого и правильного поиска и устранения возможных неисправностей. По результатам этих работ корректировалась вся эксплуатационная документация, которая направлялась на производство, где к тому времени приступили к монтажу основной станции.
Кроме оборудования и систем самой ПОС, в комплекс наземной аппаратуры аналога входили необходимые контрольно-измерительные и радиотелевизионные системы, электронно-вычислительные машины, средства отображения и анализа информации. Это позволило воспроизводить все фазы космического полета, имитировать всевозможные нештатные и аварийные ситуации и производить точный расчет орбит полета, параметров коррекционных импульсов и траекторий спуска.
 На орбите — пилотируемый комплекс «Салют» — «Союз». Там трудятся космонавты. Одновременно их дублеры на Земле работают в физическом аналоге станции «Салют», а группа специалистов контролирует действия обоих экипажей, следит за выполнением программы и корректирует ее, если случается что-нибудь непредвиденное.
Вместо «Союза» к аналогу станции подстыкован компьютерный аналог корабля. |
Эксплуатация всего аналогового комплекса производилась группой высококвалифицированных специалистов. Работа бортовых систем аналога и действия дублеров (при воспроизведении пилотируемого полета «Салют-5») контролировалась группой инженеров-испытателей, прошедших полную подготовку к космическому полету, знавших программу и устройство станции.
Они имели телефонную, телеграфную и радиосвязь с Центром управления полетом и наземными измерительными пунктами. Поддерживалась непосредственная связь и с «Салютом-5». В необходимых случаях аналог мог функционировать по автономной программе независимо от наземной аппаратуры.
Таким образом, аналоговый комплекс представлял собой комбинированную информационную модель пилотируемой орбитальной станции «Салют-5», отвечающую всем основным техническим и медико-биологическим требованиям.
РАБОТА ПЕРЕД ЗАПУСКОМ
Еще задолго до старта ракеты «Протон», которая вывела на орбиту «Салют-5», были завершены организация и подготовка к действию всего комплекса. На нем сразу же началось моделирование запланированной программы полета станции. Выли выбраны оптимальные режимы работы бортовых систем, скорректированы типовые сеансы связи со станцией, уточнены перечень операций, поручаемых космонавтам, методики и инструкции по их выполнению, составлены конкретные нормы расходных материалов. Итогом явилось утверждение общего плана и программы полета.
По окончании этих работ аналог включили в режим проверки бортовой документации: журналов и инструкций. В результате они были скорректированы.
На следующем этапе аналог использовали в роли интегрального комплексного тренажера, на базе которого прошел техническую подготовку весь персонал, участвующий в обслуживании полета ПОС. При этом специалистами были освоены бортовые системы станции, методы и органы управления ими, изучены типовые операции, которые предстоит выполнить космонавтам при проведении исследований.
Такая подготовка проводилась для того, чтобы получаемая с борта информация оперативно использовалась для качественного управления полетом. Ведущие специалисты значительное время отработали на борту аналога в качестве операторов.
Конечным этапом подготовительных работ на аналоге стали комплексные тренировки всего технического персонала, выделенного для обслуживания ПОС «Салюта-5». Во время них были разыграны основные этапы полета, апробирована готовность всех наземных средств и точность взаимодействия с группой аналога при имитации нештатных и аварийных ситуаций, незамедлительной выработке рекомендаций и выдаче их на борт космического объекта.
В это время на аналоге трудились и космонавты, выполняя роль операторов. Хотя их основная подготовка к полету проходит на комплексном тренажере в Центре подготовки космонавтов имени Ю. А. Гагарина, программой предусмотрены и такие тренировки. В содружестве с инженерами — проектантами, конструкторами, испытателями — они практически отрабатывают отдельные операции по техническому обслуживанию бортовых систем, моделируют особо ответственные ситуации, возникающие при управлении станцией.
Тренаж космонавтов на аналоге способствовал продуктивному обучению и выработке устойчивых профессиональных навыков. Он положительно сказался на их адаптации к шумам, освещению, жилому интерьеру, привыканию к маршрутам переходов от одного рабочего места к другому. Это обеспечило повышение производительности труда в условиях космоса.
Аналог действовал в таком режиме до тех пор, пока не приступили к подготовке «Салюта-5» к старту. С этого момента он перешел в дежурный режим. Синхронно с предстартовой подготовкой станции производились такие же работы и на аналоге. Малейшие отклонения от нормы в функционировании любой из бортовых систем ПОС немедленно проигрывались на аналоге, анализировались причины их появления и выдавались рекомендации, как их устранить.
СТАРТ И АВТОНОМНЫЙ ПОЛЕТ
С момента запуска орбитальной станции «стартовал» на Земле и аналог.
Первые 15 суток осуществлялся автономный полет «Салюта-5». На его борту производилась проверка работоспособности систем, готовности станции к стыковке и совместному полету с космическим кораблем «Союз». В эти дни аналог также действовал в беспилотном режиме.
И когда «Салют-5» бороздил небесный океан, наматывая витки на земной шар, аналог «летал» на Земле, отсчитывая свои «орбиты» на бортовом глобусе. Ни на минуту не прекращался его «полет». Круглосуточно наблюдали за станцией специалисты группы аналога, производя сравнительный анализ информации, поступающей с обоих бортов. И если поступал сигнал предупреждения со станции о сбое в какой-нибудь системе, аналог сразу же «приходил» на помощь. Такие случаи оперативно парировались мероприятиями, проверенными и отработанными на нем.
Работа специалистов на борту аналога регламентировалась только необходимостью. Они контролировали действие бортовых систем и агрегатов на пультах аналога, производили предварительную отладку всех основных этапов программы полета, моделировали неисправности и отказы бортовых систем станции, участвовали в анализе и выдаче методик по устранению их, проводили консультации и тренировки экипажей станции, проверяли правильность функционирования бортовых систем при предварительном «проигрывании» суточных программ.
Тренировки космонавтов на аналоге в этот период приобретали особую целенаправленность. Они информировались о ходе полета, о текущих исследованиях, о состоянии бортовых систем. А если на станции выявлялись какие-то отклонения в функционировании, то экипажи принимали самое активное участие в разработке мероприятий по их устранению. Например, перед стартом первой экспедиции в радиотехнической системе ПОС были обнаружены сбои. Космонавты Б. В. Волынов и В. М. Жолобов еще на аналоге практически освоили методику ее восстановления.
Во время второго этапа автономного полета станции космонавты В. В. Горбатко и Ю. Н. Глазков, готовящиеся к новой экспедиции, тщательно отработали на Земле необходимые действия по техническому обслуживанию «Салюта-6». Особенно такие операции, как ремонт бортового вычислительного комплекса и полная замена атмосферы станции (впервые в мире). Около ста часов посвятили будущие хозяева станции этой тренировке!
ПИЛОТИРУЕМЫЙ РЕЖИМ
Когда на станцию прибывали космонавты и она переходила на пилотируемый полет, в аналог поселялся экипаж, состоящий из двух инженеров-испытателей. В отличие от космического он регулярно сменялся, что обеспечивало его круглосуточное «бодрствование». Эксплуатация бортовых систем аналога по программе полета станции требовала не только контроля правильности работы аппаратуры, но и своевременного обнаружения возможных причин отказа того или иного прибора. По таким «симптомам» составлялись «прогнозы» возможных отказов на ПОС и немедленно принимались меры к их предупреждению.
Теперь группа аналога, помимо функций, которые она выполняла при беспилотном режиме, дополнительно контролировала работу экипажа станции в соответствии с программой полета, моделировала его действия при устранении неисправностей или отказов, оценивая затраты времени и удобство выполнения каждой операции. При этом все делалось строго по бортовой документации станции.
Все ответственные операции на борту станции одновременно воспроизводились дублерами на аналоге. Так, регламентное обслуживание радиотехнической системы проводили четыре космонавта, хотя из них на орбите было двое — Волынов и Жолобов. Экипажи станции и аналога держали непосредственную радиосвязь. Такой метод, исключающий возможность появления ошибок в работе, способствовал успешному выполнению программы.
И во время второй экспедиции (Горбатко и Глазков) синхронно с космонавтами действовали дублеры, а группа аналога, как и прежде, контролировала работу. Проводя какую-либо операцию, экипаж станции докладывал о всех своих действиях. И если на орбите возникли бы затруднения, с Земли сразу бы порекомендовали, что делать. Однако этого не потребовалось — экипажи станции все операции выполнили безукоризненно. Сказалась продуманная до мелочей подготовка.
Следует заметить, что аналог не всегда находился в синхронном со станцией режиме. Словно машина времени, иногда он забегал вперед, иногда возвращался в прошлое, чтобы «проиграть» предстоящие или минувшие события. «Добро» на выполнение очередного пункта программы выдавалось только после получения положительного результата на аналоге. Если же на «Салюте-5» возникала какая-то неисправность, то на аналоге немедленно воспроизводились действия экипажа, предшествовавшие ей, ставился «диагноз» и выдавалась рекомендация по оптимальным действиям экипажа в сложившейся ситуации.
Метод синхронного моделирования полета ПОС на ее аналоге зарекомендовал себя хорошо. Максимальное использование его возможностей позволяет эффективно решать проблемы обеспечения ремонтопригодности и безопасности полета на всех этапах подготовки и эксплуатации орбитальных станций.
