«Техника-молодежи» 1966 г №9, с.3-4

инженер

С

тартовавшая с Земли ракета приближается к космической станции. Семьдесят пять таких станций разбросано по удаленным и близлежащим орбитам вокруг земного шара. Регулярное сообщение с ними поддерживают космические корабли типа «Сломар». Они снабжают персонал станций необходимыми припасами, проводят техническое обслуживание, а в случае необходимости и ремонтно-спасательные работы. Приближающийся корабль выполняет маневр, и вот он уже пришвартовался к космическому причалу.

Не на далекого будущего выхвачен этот эпизод — события происходили в 1961 году. Космические станции и космические корабли — плод «воображения» электронной вычислительной машины. Пять лет назад американская фирма «Мартин» решила подробно изучить операцию встречи в космосе, как необходимый этап при обслуживании обитаемых спутников. Исследования проводились методом математического моделирования на электронной вычислительной машине. Так родились несуществующая, гипотетическая система космических станций вокруг Земли и обслуживающие их космические корабли, получившие даже специальное название «Сломар». И хотя для решения задачи были применены наиболее современные математические методы, в воображаемой космической системе, к явному неудовольствию ее создателей, возникли неполадки: то в космосе, то на Земле создавались заторы и очереди. А раз такие неприятности возникают даже в идеальной модели, они наверняка могут встретиться и на практике. Поэтому уже сейчас следует подумать обо всех этих случаях. Ведь с ними придется столкнуться на деле, когда Земля будет окружена целым хороводом искусственных космических станции.

И прежде всего необходимо отработать маневр встречи в космосе...

ВЫСТРЕЛ В ТОЧКУ ОРБИТЫ

Б

ез этой операции невозможно производить сборку больших космических аппаратов на орбите, заправку кораблей топливом в полете, инспектирование спутников. Встреча и стыковка на орбите — ступень, которую не может обойти современная космическая техника.

Но даже космическим кораблям, движущимся по одной орбите, не так-то просто соединиться друг с другом. Слишком уж необычны правила движения в космосе. Чтобы поравняться с отставшим кораблем, передний корабль должен сначала... удалиться от него. Сделав резкий рывок вперед, он перескакивает на более высокую орбиту. Теперь каждый его виток вокруг Земли длится дольше. По скорости обегания своей орбиты корабль явно проигрывает нижнему кораблю. Но вопреки известной пословице у космических кораблей свое правило: тише едешь — ближе будешь. А сближение — это первый необходимый этап для стыковки в космосе. Не сходя со своей орбиты и не затратив никаких усилий, нижний корабль быстро нагоняет партнера. Только после этого кочующий корабль-спутник может снова опуститься на прежнюю орбиту рядом со вторым кораблем.

Не лучше ли сразу запускать космические корабли на одну орбиту как можно ближе друг к другу? Ведь так им легче сблизиться в полете.

Самое трудное в таком запуске — слишком высокая точность. За первым космическим кораблем, запущенным на орбиту искусственного спутника Земли, зорко следят наземные станции. В любой момент времени они оповещают о точном его положении. Благодаря вращению Земли орбита корабля-спутника через некоторое время снова пройдет над местом старта. Если и сам корабль в тот же момент окажется в нужной точке орбиты, то наступила решающая минута для старта второго корабля. И даже не минута, а всего лишь секунда. Стоит запоздать или поспешить с запуском на несколько секунд, и корабли разойдутся на десятки километров друг от друга.

ГОНКИ ПО КРУГУ

Н

е часто случается такое удачное двойное совпадение, чтобы корабль на орбите и сама орбита одновременно заняли нужное положение. Дело усложняется еще больше непомерно высокой точностью запуска. Избавиться от ювелирной точности запуска можно, только снабдив космические корабли собственными ракетными двигателями. Переоборудованные в самоходные спутники, они уже не будут прикованы к одной орбите. Первым таким кораблем был советский космический аппарат «Полет-1», запущенный в космос в ноябре 1963 года. Для маневрирующих космических кораблей ученые предлагают целый набор «готовых» траекторий сближения. Разумеется, все эти маневры были уже не один раз опробованы на бумаге, с карандашом в руке. Не обошлось и без мудрых советов электронной вычислительной машины.

Расчеты показывают; наилучший вариант встречи в космосе — это сближение кораблей-спутников с орбит, лежащих в одной плоскости. Можно, например, запустить второй космический корабль не на орбиту первого корабля, а на некоторую промежуточную, расположенную в той же плоскости, но несколько ниже. Тогда для запуска удобен любой момент, когда орбита первого корабля-спутника проходит над местом старта. Никаких дополнительных условий не требуется. Два раза в сутки, когда тень воображаемой орбиты падает на космодром, можно подавать сигнал к старту. И не имеет значения, где в это время находится преследуемый спутник — пусть даже на противоположной стороне земного шара. Старт освобождается от жестких оков точности, заставляющих вести счет долям секунды.

На орбитах, отличающихся своей высотой, корабли-спутники обегают земной шар за разное время. Они напоминают двух конькобежцев, скользящих по двум круговым дорожкам с различной скоростью. На более низкой, внутренней орбите корабль совершает каждый оборот вокруг Земли быстрее, чем корабль на внешней, более удаленной орбите. С каждым мгновением разрыв между кораблями сокращается. Космическое соревнование неизбежно выигрывает нижний корабль, который за несколько витков нагоняет верхний. Как только «соперники» поравняются, маневрирующий корабль может включить свой двигатель и переселиться на вышележащую орбиту рядом с первым кораблем.

ЭКОНОМИЯ ТОПЛИВА — ГЛАВНЫЙ ПРИНЦИП МАНЕВРИРОВАНИЯ

Н

о теперь самое время вспомнить первое правило движения по космическим трассам — строжайшая экономия горючего! Слишком дорого обходится каждый его килограмм на орбите. Поэтому переход с одной орбиты на другую с непрерывно работающим двигателем — непозволительная роскошь. Еще К. Циолковский показал, что при движении в поле тяготения мгновенные изменения скоростей ракет более выгодны с точки зрения расхода топлива. Повинуясь этому неумолимому закону экономии, двигатель включают только на короткие мгновения, двумя скупыми порциями в начале н в конце маневра. Точно рассчитанные толчки лишь сталкивают корабль с одной орбиты и вталкивают его на другую. Весь промежуточный путь корабль свободно пролетает по половине эллипса, касающегося обеих орбит. Если же нужно сократить время полета, к услугам пилота другие эллипсы, не касающиеся орбит, а пересекающие их. Правда, расход топлива при этом сразу увеличивается — за поспешность приходится платить дорогой ценой.

Стремление любым путем сэкономить горючее приводит порою к самым неожиданным результатам. Если внешняя орбита, на которую переходит маневрирующий корабль, очень удалена от него, то двух толчков ракетного двигателя становится слишком много. Чересчур много горючего съедают эти две «вспышки». Поэтому предлагают ограничиться всего... тремя толчками. Вопреки обычной арифметике расход топлива при трехтолчковом маневре значительно меньше, чем при двухтолчковом. Толчки растут в числе, но уменьшаются по мощности. При этом путь космического корабля усложняется и удлиняется до неузнаваемости. Но с точки зрения экономии горючего такая окольная дорога «ближе»», чем напрямик.

ПОЧЕМУ НЕ УДАВАЛАСЬ СТЫКОВКА Полет 17 мая 1966 года американского космического корабля «Джеминай-9» с космонавтами Томасом Стаффордом и Юджином Сернаном, как и полет «Джеминай-8», запущенного на орбиту незадолго до этого, окончился неудачей. Оказалось, что Сернан, выйдя из космического корабля в свободное пространство на высоте 300 км, вынужден был прекратить свой свободный полет минут за 30 до намеченного срока. Из-за неисправной работы терморегулятора скафандра сердцебиение космонавта достигло 160 ударов в минуту. Сернану пришлось срочно вернуться в космический корабль, так как дальнейшее пребывание в условиях свободного космоса угрожало его жизни. Как известно, основная цель полета «Джеминай-9» — стыковка в космосе с капсулой, предварительно запущенной на орбиту ракетой «Атлас». Отработка стыковки имеет огромное значение для дальнейших шагов в космосе. При помощи стыковки отдельных частей, запускаемых на орбиту, в космосе в недалеком будущем должны быть созданы обитаемые орбитальные станции значительных размеров, со всем необходимым оборудованием для научных исследований. Причиной вторичной американской неудачи в стыковке на этот раз оказалась недостаточно продуманная конструкция. Обтекатель капсулы не отделился от нее и не освободил стыковочного гнезда, в которое должен был войти носовой конус космического корабля «Джеминай-9» (см. рис.). попытки исправить положение, предпринятые с Земли и космонавтами, ни к чему не привели. Космонавтам пришлось совершить срочную посадку в океане, не выполнив главной задачи своего полета. Только спустя два месяца кораблю «Джеминай-10» удалось стыковаться с ракетой «Аджена-10». Л. ВАСИЛЕВСКИЙ

ЛИШЬ БЫ ПУТИ ПЕРЕСЕКЛИСЬ...

М

ожно вообще освободиться от всяких ограничений при старте и запускать маневрирующий космический корабль с любого места земного шара и в любой момент времени. Лишь бы его орбита рано или поздно пересеклась с орбитой уже запущенного корабля-спутника. Тогда при встрече кораблей на космическом перекрестке один из них включает свой ракетный двигатель и, резко изменив скорость и направление движения, переходит на орбиту другого космического корабля. Если же угол между плоскостями орбит очень велик, то требующийся толчок становится чересчур мощным. Более выгоден в этом случае «окольный» трехтолчковый маневр, сберегающий запасы топлива.

Когда космические корабли окажутся на одной орбите рядом друг с другом, им останется только постепенно сближаться и уравнивать свои скорости. И если раньше управлять кораблем могли автоматы, то на заключительном этапе встречи не обойтись без участия человека. Большая ответственность ложится теперь на пилота-космонавта, берущего штурвал управления кораблем в свои руки. Вот расстояние между кораблями сократилось до 100—200 м. В это время скорость одного космического корабля относительно другого не должна превышать 3 м/сек. Когда же корабли сблизятся до нескольких метров, их относительная скорость может расходиться лишь на малые доли метра в секунду.

Только теперь, когда космические корабли взаимно неподвижны, как два поезда, мчащихся рядом с одинаковой скоростью, можно попытаться как-то соединить их. Устройство и опыт стыковки можно позаимствовать с некоторыми изменениями из авиации. Ведь сейчас умеют на большой скорости сцеплять самолеты в воздухе для заправки топливом в полете. Представим себе, что из борта одного космического корабля выдвигаются два гибких шланга. Распираемые изнутри воздухом, они распрямляются и входят в воронкообразные гнезда на борту другого космического корабля. Защелкивается автоматический замок, и оба корабля уже спаяны крепкой, гибкой связью. С помощью тросов, протянутых внутри шлангов, они могут вплотную подтягиваться друг к другу.

Есть спасительные рецепты и для космических кораблей, неудачно совершивших маневр сближения. Некоторые специалисты предлагают вылавливать их сетями. Забрасывает космическая станция в окружающее пространство свой «невод» и выуживает оттуда корабли, не сумевшие пришвартоваться. Пойманный корабль подтягивается космическим «сачком» к станции. Окончательная стыковка производится экипажем с помощью дистанционных манипуляторов. Такое принудительное причаливание освобождает от необходимости точно уравнивать скорости сближающихся космических аппаратов. Следует лишь подумать о том, как погасить закрутку станции, которую ей сообщит захваченный корабль.

Пути, по которым космические экипажи устремятся к новым встречам и космосе, предугаданы и уже рассчитаны учеными. Космонавтов ждут надежные, проверенные маршруты.