Сыромятников. Стыковка — это всегда событие

Много раз провожая на Байконуре космические корабли в полет, вглядываясь в элементы стыковочных агрегатов, невольно думаю о тех ситуациях, которые могут встретиться на длинном пути от взлетной площадки космодрома до конечной цели в космосе. Отсеки корабля укутаны со всех сторон одеялом, так называемой экрановакуумной изоляцией, состоящей из многих слоев пленки. Основное ее назначение — свести к минимуму потерю или поглощение тепла и попутно защитить элементы конструкции от земной или космической пыли. Но есть на космических аппаратах узлы и поверхности, которые нельзя защитить, к ним относятся элементы стыковочного механизма с центральной штангой, втянутой сейчас до предела, и торцы стыковочных шпангоутов. Они выглядят такими незащищенными, особенно эти электроразъемы, с сотнями торчащих контактов, гидроразъемы с прецизионными уплотнениями, миниатюрные штырьки датчиков.

С опытом почти 20 лет орбитальных стыковок выработалась строгая процедура конечного этапа подготовки космических аппаратов. Перед так называемой накаткой головного обтекателя ракеты, защищающего аппарат от воздушных потоков при полете в атмосфере, проводятся авторский осмотр конструкции и заключительные операции. Снимаются все защитные крышки, выкрашенные специально в красный цвет, чтобы их случайно не забыли, конструкторы и разработчики отдельных систем последний раз оценивают состояние своего детища. Протираются, проверяются и кое-где смазываются в последний раз сам стыковочный механизм и элементы стыковочного шпангоута. «Влажной уборкой» и с помощью пылесоса очищается головной обтекатель со всеми его бесчисленными шпангоутами, стрингерами и механизмами, опутанными десятками кабелей. И, наконец, «фотография на память» — снимки стыковочного агрегата и его важнейших узлов станут важным техническим документом. В грамотно спроектированной и планомерно проверенной технике отказы происходят редко. В космической технике благодаря целому ряду мер — очень редко. И все же происходят. Поздней осенью и в начале зимы 1977 года стыковщики переживали, пожалуй, самые трудные для них дни. Именно тогда космонавты Ю. Романенко были подняты по тревоге, чтобы проинспектировать оказавшийся под подозрением после неудачной стыковки передний узел первой двухпричальной станции «Салют».

А в апреле 1987 года сразу два неожиданных события — сначала неудачное сближение, а затем неполная первая стыковка модуля «Квант» со станцией «Мир». Первопричина неудачи, как потом выяснилось, не какая-нибудь ворсинка, нарушившая герметичность стыка, а довольно крупный, размером с кулак, предмет, застрявший где-то в приемном конусе стыковочного механизма.

Мы не знаем и наверняка уже не узнаем точно происхождение этого предмета (космонавты, удалив его, на радостях отпустили в «свободный полет»), но твердо известно, что это не было нечто забытое в стыковочном агрегате при подготовке станции или модуля «Кванта» на Земле. Во всяком случае, в отличие от космических кораблей модуль летел на ракете стыковочным механизмом вниз, и ничто не могло попасть на этот механизм с головного обтекателя. Более того, перегрузки на активном участке полета отбросили бы со стыка все лишнее.

После неудачной первой попытки сближения с «Миром» было выработано решение, которое снимало определенные ограничения на характеристики системы управления модуля «Квант». И когда уже поздно ночью, точнее ранним утром 7 апреля, обо всем договорились, большинство верило в успех следующей попытки.

Успешный полет сложных больших систем, к которым относятся ракеты и космические аппараты, работающие к тому же в очень напряженных режимах, приходится оценивать вероятностными характеристиками — 99% успеха, 90% и т. д. Очевидно, что эти вероятности должны быть как можно ближе к своему практически недостижимому пределу 100%. Многие знают, что одновременное появление двух маловероятных событий еще намного менее вероятно. Практикой проектирования ракетно-космических систем даже выработалось правило: не рассчитывать на сохранение работоспособности одновременно при двух серьезных маловероятных отказах.

Мы не поверили своим глазам, когда после успешного сближения и в конце концов сцепки, после нормального начала стягивания штанги и полного выравнивания модуля и станции стыковочный механизм вдруг остановился, не дойдя каких-то 40 миллиметров до совмещения шпангоутов. Телеметрический параметр, показывающий линейное перемещение штанги на экранах наших мониторов в Центре управления полетом, застыл на отметке 370 мм. Первое, что пришло в голову, — остановилась телеметрия. Но оказалось, что никакого прерывания в передаче нет, бесстрастные датчики четко отразили реальную картину, в системе стыковки было какое-то препятствие.

Начался анализ, сначала лихорадочный, а затем все более планомерный. Оценка того, что произошло там, за сотни километров, затруднялась рядом обстоятельств. Компоновка модуля, да и самого стыковочного агрегата была во многом новой, а главное, остановка штанги произошла в положении, в котором начинаются окончательное совмещение стыковочных шпангоутов и их выравнивание с помощью расположенных на торцах направляющих штырей длиной 56 миллиметров. Здесь можно придумать десятки правдоподобных причин остановки, и специалисты, искренне заинтересованные в общем успехе, давали самые разные советы.

Довольно быстро решились на повторную попытку стягивания. При этом на всякий случай отвели одну из «подозрительных» антенн на базовом блоке станции — она выходила в сторону модуля «Квант». Включили по командной радиолинии привод штанги, раздвинулись без видимых по телеметрии затруднений, а затем снова стали стягиваться и снова остановились, продвинувшись по сравнению с предыдущим рубежом только на 5 миллиметров. Стало окончательно ясно — атака захлебнулась, и без выяснения причины дальше не продвинуться. Можно только усугубить положение. Так и застыл стыковочный агрегат на отметке 375 мм до памятной ночи 12 апреля.

Рассказать подробно обо всем, что было передумано за этот период, за 5 дней, просто невозможно — анализировались все возможные и невозможные причины, все версии неполной стыковки. Космонавты вскоре увидели через торцевой иллюминатор тросик, он остался от одного из датчиков, установленных на последней ступени ракеты-носителя, тросик скрывался из поля зрения где-то в районе стыковочных агрегатов.

Обозначения: 1 — приемный конус, 2 — стыковочный механизм с приводом штанги, 3 — штанга, 4 — гнездо, 5 — головка штанги, 6 — рычаги выравнивания, 7 — направляющий штырь, 8 — направляющее гнездо, 9 — замок герметизации стыка, 10 — ограничитель — «жабо», 11 — привод герметизации крышки, 12 — привод крышки.

Один из методов обеспечения высокой надежности космической техники — предполетный анализ так называемых нештатных ситуаций. Однако практика отечественной и зарубежной космонавтики многократно демонстрировала сильные и слабые стороны этого подхода. Один из руководителей американской космической программы во время работы над проектом «Союз-Аполлон» как-то сказал: никогда не случается того, на что рассчитываешь заранее, но чем больше предусмотрено выходов из аварийных или опасных ситуаций, тем более надежна и живуча система. Жизнь подтверждает правильность этих соображений.

В архиве хранятся магнитные ленты, на которых телеметрия зафиксировала основные параметры процесса стыковки в самих экстремальных случаях. Только эти стопроцентные вещественные доказательства позволяют воспроизвести картину того, что происходило в недоступном космосе иногда в считанные доли секунды.

Одна часть телеизмерений начинается в самом стыковочном механизме, в автоматике системы стыковки. Здесь большинство измеряемых параметров несет минимум информации, например, показывает, есть механическое касание головки или его нет. Регистрируются и более информативные параметры, к ним относится и точное измерение перемещений штанги. Есть датчики деформации боковых амортизаторов и многие другие.

Проектирование системы телеизмерений космических систем непростое искусство. Зато искусно спроектированная система позволяет творить настоящие чудеса. Иногда просто удивляешься, как по косвенным параметрам удается определить точку первого касания штанги о приемный конус или, скажем, величину и направления вектора скорости удара. На самом конусе остаются следы, по которым с помощью космонавтов потом удается проверить результаты, полученные по данным телеметрии, и совпадение здесь, как правило, просто потрясающее.

Если вернуться к рассказу о трудной стыковке «Кванта», то на этот раз именно телеметрия сослужила неоценимую службу, она была той основой, на которой базировался анализ, велись наземные эксперименты и планировались практические действия.

Прежде всего по телеметрии были зафиксированы некоторые странности в процессе ударов головки штанги о приемный конус. Почему-то уже при первом касании сработал датчик сцепки, обычно он замыкается в гнезде приемного конуса. Логично предположили, что «промах» при попадании штыря в конус был близок к предельно допустимому — при этом головка штыря может коснуться цилиндрической части дополнительного кольца в приемном конусе и дать ложный сигнал сцепки. Большой «промах» подтверждали и другие параметры. Однако поведение всех датчиков объяснить не удавалось, полной ясности не было.

В тот момент не столько думали о первопричине и тем более о виновных, сколько старались получить конечный результат — обеспечить полную стыковку. Очень уж дорог нам «Квант», модуль, уникальный и по составу научной аппаратуры, и по его значению во всей системе. Не говоря уже о его роли в предстоящей международной научной программе, которая обсуждалась в научных кругах, да и не только научных — однажды даже на встрече в Ватикане.

Для нас, стыковщиков, этот модуль тоже имел особую ценность, путь к нему был непрост. Впервые требовалось состыковать две огромные конструкции — одна с массой 20 т, другая — 30 т. Пришлось модернизировать амортизационную систему, которая поглощает кинетическую энергию столкновения и гасит колебания. Сделали эту систему адаптивной, самонастраивающейся, применив новые управляемые демпферы. Динамику стыковки при всех возможных начальных условиях промоделировали на вычислительной машине и проверили на вновь созданном комплектном испытательном стенде. Провели испытания в глубоком вакууме, при высокой и низкой температурах.

Большая масса космических аппаратов — это не только большая энергия при стыковке. В совместном полете в состыкованном состоянии увеличиваются нагрузки на систему периферийных замков на шпангоутах, поэтому пришлось усилить эти замки на модуле и так изменить конфигурацию стыковочного шпангоута, чтобы образовать специальные пазы со стороны герметичного переходного тоннеля. Для увеличения несущей способности стыка в эти пазы можно изнутри вручную вставить специальные зажимы, разумеется, после полной стыковки и надежной герметизации. Ждали своего соединения и новые, рассчитанные на длительную работу в космосе гидравлические разъемы системы дозаправки станции топливом, трубопроводы которой проходят насквозь через весь модуль «Квант». Впервые должны были соединиться и высокочастотные разъемы для образования еще одного транзитного канала связи.

И до всего этого не хватало всего нескольких сантиметров, того самого количества, которое должно было перейти в качество.

Версий, как говорилось, вначале было довольно много. Часть подозрений довольно быстро рассеялась после тщательного анализа технической документации, протоколов испытаний и предполетных фотографий торцевой части модуля, стыковочных шпангоутов и отдельных элементов. В этих материалах не было обнаружено ничего криминального. Хотя, конечно, находились любители представить блики на фотографиях как лишние детали или неправильно установленные элементы.

Все оставшиеся версии распадались на три группы, они соответствовали местонахождению возможного препятствия. Оно могло быть: 1 — между торцами модуля и станции; 2 — между стыковочными шпангоутами; 3 — в стыковочном механизме.

Для подтверждения или отклонения этих версий была проведена серия наземных экспериментов, аналоги застрявших в космосе стыковочных агрегатов вывесили на установке для контрольной стыковки. Искусственные препятствия, мешавшие стягиванию, переносились в разные плоскости, главное внимание обращалось на показания телеметрических датчиков. Если земные данные совпадали с «небесными», значит, относительное положение стыковочных агрегатов одинаково: нельзя сказать, нашли, но можно считать — на правильном пути.

Картина относительного положения застопоренных агрегатов получалась различной, в зависимости от того, куда помещалось препятствие — между стыковочными шпангоутами или между приемным конусом и ограничителем на стыковочном механизме; этому кругу с вырезами уже давно дали красивое название — «жабо».

Кстати, довольно быстро выяснилось, что наматывание тросика на направляющий штырь приводило практически к полному заклиниванию этого штыря в ответном гнезде, и расстыковать такое соединение не удалось бы никогда. А поскольку при второй попытке расстыковка прошла без затруднений, то версия «тросик» сразу стала менее вероятной. В то же время эксперимент с заклиниванием многих так напугал, что были брошены сразу все попытки довести стягивание до конца, и усилия сосредоточены на подготовке действий экипажа, который готовился к выходу в открытый космос.

В официальном заключении версия с попаданием постороннего предмета фигурировала как второстепенная и главным образом рассматривалась возможность поломки, в частности поломки специальных регулировочных накладок — одну из них могли повредить при столкновении «Кванта» со станцией при максимальном промахе.

Для нас, стыковщиков, это была крайне неприятная версия, но в тот момент об этом никто не думал, важно было выработать план действий экипажа, уложиться при этом в ограниченное время выхода, привязать работу к освещенности на орбите, к зонам связи, зонам действия командной радиолинии и другим конкретным ограничениям.

Передо мной копия «Циклограммы В-1, ЭО-2» точное описание первого выхода в открытый космос экспедиции основной второй. Между основными реперными точками ОВЛ (открытие выходного люка — 22 ч. 35 м. по зимнему московскому времени) и ЗВЛ (его закрытие) чуть меньше четырех часов работы в открытом космосе. И еще более полутора часов до ОВЛ на надевание скафандров, сброс давления в переходном шлюзовом отсеке, контроль герметичности и многие другие операции. На процедуру снятия скафандров после ЗВЛ и возвращение в исходное состояние всех систем — 40 минут.

Руководили подготовкой и проведением операции В. Рюмин и В. Соловьев, их личный опыт по работе в открытом космосе сыграл не последнюю роль в успехе. Во всей программе почти не оказалось пробелов или неточностей. Небольшое замешательство вызвало лишь неожиданное падение давления в скафандре А. Лавейкина, когда, проходя через открытый выходной люк, бортинженер задел за рукоятку клапана, управляющего уровнем наддува.

Весь ЦУП, а с ним и большой командно-измерительный комплекс в нашей стране и на плаву, как один живой организм переживал этот долгий выход: сначала люди волновались и надеялись, затем удивлялись и ждали, а в конце радовались и смеялись.

Телевизионной передачи из космоса не было, решили не загружать экипаж дополнительной аппаратурой и не отвлекать от основного дела. Зато на большом экране, справа от карты со схемой полета, видно, как работают испытатели в лаборатории гидроневесомости, где установлен макет станции и имитируется ситуация на орбите. Испытатели, одетые в скафандры, в реальном времени делают то же самое, что и космонавты на орбите.

И вот, наконец, принятый кораблем «Космонавт Георгий Добровольский» первый рапорт с переднего края. Наконец орбитальный комплекс достигает зоны. Осмотр окрестности стыковочных агрегатов, как и ожидалось, не выявил никаких аномалий. Злополучный тросик не дотянулся до нашего стыка и не мог стать причиной остановки штанги. Между торцами шпангоутов не оказалось ничего лишнего. Торцы, как и ожидалось, параллельны друг другу и сдвинуты в боковом направлении. Значит, уперлось «жабо»! «Сейчас, ребята, над Евпаторией дадим команду на выдвижение штанги на 150 секунд», — сообщает В. Рюмин. За 150 секунд штанга выдвигается на 150 миллиметров, а расстояние между стыками 250 миллиметров. Это — положение полного выравнивания стыковочного механизма, при котором ограничены относительные колебания модуля и станции,— можно работать, не опасаясь того, что тебя, дорогой космонавт, прищемят многотонные блоки. Тем не менее командир занимает наблюдательный пункт на срезе, а бортинженер — у самого края стыковочных шпангоутов. Даем рекомендацию: «Саша, смотри прежде всего в направлении первой плоскости». Именно там, судя по всему, находится «черная кошка». Снова пауза, и опять ждем, ждем зоны связи, откуда можно выдать радиокоманды. Пошла телеметрия, наши мониторы фиксируют включение привода. Сообщает бортинженер: «Штанга пошла рывками, со скрипом». Он скорее всего не слышит, скорее ощущает, осязает такое движение. Неужели все-таки что-то заело и придется возиться с расклиниванием?

«Пока ничего не видим»,— сообщают «Таймыры». На орбите темно. Ждем, голубая точка на большом экране не спеша приближается к границе «дня и ночи». Самый напряженный момент, вижу, как главный конструктор вертит монету между пальцами, тоже волнуется.

На свету все сразу прояснилось: между «жабо» и приемным конусом, именно в районе первой плоскости, находился посторонний предмет. Никаких поломок не было. Теперь требовалось обеспечить рабочее место для ремонта. «Сейчас, ребята, мы разведем стыки, и вы сможете туда добраться». Снова посылаются команды на включение стыковочного механизма, на этот раз до полного выдвижения штанги. Ю. Романенко страхует товарища и докладывает об отсутствии колебаний, многотонные блоки, повинуясь законам орбитальной механики, сохраняют соосное положение, и человеческие усилия не в состоянии его нарушить. «Сейчас, сейчас, вот он поддается»,— пыхтит бортинженер. Но раньше кончилась зона связи, чем удалось довести дело до конца. Опять часовое ожидание, гадаем, удалось ли извлечь НЛО, как тут же окрестили посторонний предмет.

Стыковочное устройство модуля «КВАНТ» и орбитальной станции «МИР» после сцепки и подтягивания. Обозначения: ЛПШ — линейный потенциометр штанги. «НЛО» («неопознанный летающий объект») — предмет, препятствовавший завершению стыковки, ПШ — привод штанги, Ш — штанга, О «Ж» — ограничитель «жабо».

Схема работы космонавтов в открытом космосе 12 апреля 1986 года.

Наконец доклад «Таймыров» — стыковочный узел очищен от посторонних предметов. Еще 10 минут ожидания, и снова выдаются команды на включение стыковочного механизма. Опять, в который раз, на экранах мониторов пошли накручиваться миллиметры пройденного пути — 10, 15, 50... Космонавты не уходят со среза агрегатного отсека станции, а весь ЦУП отсчитывает эти медленные миллиметры. Но вот уже пройдено 375, 380, 390 и, наконец, 427 миллиметров — штанга остановилась. Но это уже долгожданная остановка, сработали четыре ДЗС — датчики закрытия стыка. Дело сделано.

«Пошли крюки» — это заработал привод замков, которые должны связать «Квант» и «Мир» в единое герметичное целое. Но почему-то не останавливается привод стыковочного механизма, неужели еще что-то случилось? В. Рюмин вопросительно смотрит на меня. У меня нет прямой связи со своими, бросаю наушники и мчусь через ступеньки на второй этаж в группу анализа — во все времена связь дублировалась ногами.

Оказалось, чтобы сократить процедуру, решили не включать электрическое питание системы, это потребовало бы нескольких дополнительных радиокоманд. Вот и пришлось нашему стыковочному механизму поработать еще несколько минут на предохранительном устройстве. Обжалось уплотнение стыка, об этом сообщили всем известные датчики обеспечения герметизации, ДОГи — сторожевые псы герметичности. Вот и замки дошли до конечного мертвого положения, еще несколько радиокоманд, и стыковка будет окончена. Но в который раз чуть-чуть не хватает времени. Так и скрылся «за горизонтом» почти состыкованный орбитальный комплекс с космонавтами за бортом.

И опять ждали больше часа, что-то делали, что-то друг другу объясняли, шутили. Волновались не за стыковку, чуть-чуть не законченную, а за непростую, требовавшую точных скоординированных действий операцию возвращения в станцию, за закрытие люка, наддув, снятие скафандров.

Как правило, стыковка корабля «Союз» или «Прогресс» со станцией выполняется автоматически, занимает около 12 минут и не требует вмешательства ни экипажа, ни наземного персонала. Стыковка модуля «Квант» заняла четверо суток и потребовала от всех ее участников высокого профессионализма, изобретательности и выдержки.

В четыре часа двадцать минут по текущему московскому времени «Таймыры» сообщили, что находятся в переходном отсеке и завершают проверку герметичности шлюза. Нам оставалось закрыть второй комплект крюков со стороны станции «Мир», как кто-то пошутил, чтобы не упустить этот непредсказуемый модуль «Квант», и ждать результатов контроля герметичности вновь образованного стыка.

Эта стыковочная история для меня лично чуть не получила печального продолжения. Выйдя из ЦУПа в 5 часов утра и с трудом вычистив небольшое окошко в толстом слое инея на лобовом стекле автомобиля, я наконец двинулся домой и лишь каким-то чудом не «состыковался» с неизвестно откуда появившимся в этот час пик «Запорожцем». Но это последнее инородное тело тяжелой недели, как и то, что чуть было не сорвало стыковку, ушло куда-то в неизвестность, к огромной моей радости. А через 3 с небольшим часа по аннулированному накануне билету я уже летел в Париж на встречу с французскими специалистами. Первый раз удалось заснуть даже не в самолете: в голове снова и снова прокручивались события последней ночи. Заснул я, сидя на скамейке в соборе «Нотр дам де Пари» на воскресном органном концерте. Да простят меня классики.