Ровно 50 лет назад, 30 октября 1967 года СССР первым в мире провел полностью автоматическую стыковку двух космических аппаратов – беспилотных кораблей «Союз» под названиями «Космос-186» и «Космос-188».
Благодаря аппаратуре стыковки страна получила возможность создавать долговременные орбитальные станции, где можно жить и работать длительный период. Стыковка была осуществлена с использованием аппаратуры стыковки первого поколения «Игла», разработанной специалистами НИИ точных приборов (НИИ ТП, сегодня входит в холдинг «Российские космические системы») под руководством главного конструктора Евгения Кандаурова. Благодаря этой аппаратуре страна получила возможность создавать долговременные орбитальные станции, где можно жить и работать длительный период.
За полвека со дня первой в мире стыковки первые изобретатели и разработчики системы взаимных измерений положений космических кораблей из НИИ ТП разработали три поколения систем автоматической стыковки, не считая различных ее модификаций:
- 1 поколение: «Игла-А» и «Игла-П»
- 2 поколение: «Курс-А» и «Курс-П»
- 3 поколение: «Курс-НА» и «Курс-МКП»
Каждое поколение аппаратуры стыковки создавалось на новых принципах обработки сигнала, используя перспективную элементную базу. Аппаратура становилась легче по весу, меньше по потреблению питания по бортовой сети, но сохраняли неизменно с высокую степень надежности. Так, если резервированная «Игла-А» весила 200 кг, то резервированный «Курс-А» – уже 100 кг, а резервированный «Курс-НА» с современной цифровой обработкой согнала – уже 50 кг, а перспективный Лунный «Курс» («Курс-ЛА») не должен превысить 25 кг. Для каждого поколения системы взаимных измерений была разработана контрольная проверочная аппаратура, построены уникальные стенды и безэховые камеры для отработки и проведения испытаний. В среднем за год НИИ ТП обеспечивал 6 стыковок космических аппаратов, за 50 лет – почти 300 стыковок! Для этого было изготовлено множество комплектов «активной» и «пассивной» аппаратуры, проведены регулировки, испытания и проверки, как отдельных блоков, так и штатного комплекта в составе кораблей и станций.
Идеология режима сближения кораблей в космосе разрабатывалась в знаменитом ОКБ-1, которым руководил генеральный конструктор Сергей Павлович Королев (ныне РКК «Энергия»). Разрабатывая алгоритм этого процесса, «королевцы» понимали, самое сложное — комплекс проблем, связанных с режимом автоматического сближения и стыковки. Дело новое, неведомое и очень интересное. Систему стыковки надо было не просто разработать, ее было необходимо изобрести с нуля. Первый главный конструктор системы стыковки «Игла» Евгений Васильевич Кандауров так вспоминал об этом:
«В конце 1962 г. в наш институт (НИИ-648), ныне – НИИ ТП)) обратилось руководство ОКБ-1 с предложением рассмотреть возможность разработки и изготовления аппаратуры для сближения и причаливания космических кораблей. Предложение исходило лично от С.П. Королева и было встречено со всеми знаками уважения. Делегация специалистов ОКБ-1 с техническим заданием была направлена в отдел, которым руководил крупнейший специалист по самонаведению Н.А. Викторов, он тогда вел разработку головок самонаведения для ракет «воздух-воздух». Задачи сближения управляемого снаряда с целью и сближения двух космических аппаратов казались весьма близкими, что должно было ускорить разработку аппаратуры стыковки.
…Но, проанализировав требования и сроки, специалисты этого отдела пришли к выводу, что отличий гораздо больше, чем общего. Общая задача – как можно точнее попасть в цель – одинакова. Но если снаряд должен достигнуть цели максимально быстро, то космический корабль должен подойти к цели – пассивному кораблю – как можно медленнее, чтобы при механическом соприкосновении они не повредили друг друга. Также нужно было мерить углы взаимной ориентации с точностью до одного градуса; нужно было осуществить поиск выведенных на орбиту кораблей, а на заключительном участке причаливания – измерить взаимный угол крена. Такие задачи ранее не ставились для головок самонаведения. По существу, это означало, что нужно осуществить разработку принципиально новой радиотехнической системы. Н.А. Викторов от этой работы отказался, и, когда мы спросили, не будет ли он возражать, если «мы перехватим этот заказ», его реакция была однозначной: «Претензий не будет: хотите сломать шею – воля ваша». Такое неверие в возможность реализации этой задачи радиотехническими методами сопровождала весь процесс создания системы взаимных измерений. Даже маститый ученый, конструктор автономных систем управления, академик Н.А. Пилюгин говорил разработчикам: «Зря, ребята, стараетесь. Ничего путного у вас не выйдет». Такую точку зрения разделяли тогда многие – до момента удачной стыковки … 30 октября 1967 г. Прошел первый успешный вывод на орбиту двух косметических кораблей с установленной на них аппаратурой «Игла». Началось измерение параметров взаимного движения и маневрирование активного корабля в процессе сближения. Но маневрирование длилось намного дольше расчетного времени, и корабли ушли из зоны видимости средств наблюдения не состыкованными. В ЦУПе воцарилось тревожное молчание. Примерно через час вбежал Константин Петрович Феоктистов с криком: «Есть контакт!». Василий Петрович Мишин, который к тому времени возглавил ОКБ-1 после смерти С.П. Королева, отмахнулся: «Не может быть!» Тем не менее, первая в мире автоматическая стыковка космических кораблей «Космос-186» и «Космос-188» при помощи радиотехнической системы «Игла», разработанной и созданной в НИИ ТП (НИИ-648), состоялась с первой попытки».
Разработка первой в мире аппаратуры для стыковки космических кораблей, как и вся история отечественной космонавтики, – это история успешной кооперации предприятий отрасли. Более 40 лет в РКК создание аппаратуры СВИ «Игла» и «Курс», курировала Нина Ивановна Кожевникова, разработчик алгоритмов управления в режиме сближения. Вот как она вспоминает об этом:
«Стратегию режима сближения определяли специалисты знаменитого королевского ОКБ-1, ныне – РКК «Энергия». Они определили, что один из сближающихся объектов должен быть активным, совершающим необходимые маневры и включения двигателей в соответствии с алгоритмами по сигналам от системы взаимных измерений (СВИ) параметров относительно движения. Второй объект – пассивный, он должен постоянно ориентироваться в направлении штыря /сигнала, аппаратуры/ активного объекта. Ориентация должна осуществляться также по сигналам от СВИ вплоть до касания.
Правительство СССР выпустило постановление о необходимости разработки бортовой системы взаимных измерений. ОКБ-1 получило предложения от четырех организаций, которые уже занимались проработками измерителя. Одной из них был Ленинградский НИИ-158, специализирующийся на авиационных радиомоторах. Второй – НИИ-648 (НИИ ТП) во главе с А.С. Мнацаканяном. Главный разработчик этого направления – Е.В. Кандауров – давно занимался проблемой систем самонаведения ракет. Эту задачу также готов был решать главный конструктор ОКБ МЭИ – А.Ф. Богомолов. Четвертым был – главный конструктор тепловых и оптических головок самонаведения ЦКБ «Геофизика» – Д.М. Хорол. После тщательного рассмотрения предложенных материалов группа специалистов ОКБ-1 во главе с Б.Г. Невзоровым остановила свой выбор на НИИ-648. С.П. Королев согласился с выводами своих коллег и дал добро на работы.
Так в историю космонавтики вошла радиотехническая многопараметрическая система взаимных измерений параметров относительного движения двух кораблей «Игла». Она неразрывно связана с именами тогдашнего директора НИИ ТП А.С. Мнацаканяна и главного конструктора стыковочной системы Е.В. Кандаурова».
Нина Ивановна Кожевникова вспоминает:
«Несмотря на то, что от полета к Луне было решено отказаться, программа их развития по-прежнему предусматривала сближение и стыковку «Союзов» в космосе в автоматическом режиме. Специалисты ОКБ-1, анализируя поставленную задачу, пришли к выводу, что с помощью наземных средств можно сблизить объекты в космосе до расстояния 25 км. Далее должна вступить бортовая автономная система, не зависящая от Земли и действий экипажей. Один из сближающихся объектов должен быть активным, совершать необходимые маневры и включения двигателей в соответствии с алгоритмами по сигналам от системы взаимных измерений (СВИ) параметров относительно движения. Второй объект – пассивный, он должен постоянно ориентироваться в направлении штыря (сигнала, аппаратуры) активного объекта. Ориентация должна осуществляться также по сигналам от СВИ вплоть до касания.
Первая стыковочная система создавалась для стыковки космических кораблей серии «Союз», который пройдя множество модернизаций, до сих пор исправно доставляет космонавтов и астронавтов на борт Международной космической станции.
Название «Союз» было дано кораблям этой серии позднее, первоначально эти космические аппараты назывались «Космос» и предназначались не для работы в околоземном пространстве, а для пилотируемого облета Луны. Эти корабли должны были стыковаться на орбите Луны.
Стыковка вне зоны видимости
В течение трех суток проверялась работа систем корабля, и 30 октября был старт «Космос-188».
Убедившись, что все системы кораблей работают без замечаний, Евпаторийская группа управления во главе с П.А. Агаджановым и Б.Е. Чертоком вышла на Госкомиссию в Тюратаме (сейчас известен, как космодром «Байконур») с предложением выдачи на корабли команд на сближение. Госкомиссия дала «добро», хотя в успех мало кто верил.
Оба корабля ушли из зоны видимости советских наземных измерительных пунктов (НИП). Вмешаться в процесс было невозможно. Оставалось только ждать.
Первым встретил летящие корабли Евпаторийский НИП. Он зафиксировал по телеметрии, что есть признаки захвата и стыковки. Телекамера активного корабля передала изображение неподвижного относительно него пассивного корабля. Теперь уже сомнений не было. Стыковка состоялась!
Обработка телеметрической информации показала, что процесс сближения начался на расстоянии 24 км между кораблями. Взаимная ориентация длилась 127 секунд. На активном корабле двигатель включался 28 раз, в режиме причаливания – 17 раз. Расход топлива существенно превышал расчетный. Весь процесс до механического захвата продолжался 54 минуты, «Игла» выключена на обоих кораблях, но процесс стягивания не закончился, штепсельные разъемы, обеспечивающие электрическую связь, не состыковались, им что-то мешало. Тем не менее, корабли были состыкованы жестко.
«Стыковочным» вектором в работе НИИ точных приборов (НИИ ТП, входит в холдинг космического приборостроения «Российские космические системы») с 2001 года по настоящее время руководит главный конструктор направления радиотехнических систем взаимных измерений (СВИ) НИИ ТП Сергей Борисович Медведев. Накануне полувекового юбилея со дня первой в мире автоматической стыковки он ответил на несколько вопросов:
— Сергей Борисович, момент стыковки, который вы и ваши коллеги из НИИ ТП обычно наблюдаете в знаменитом королевском ЦУПе, каков он? Что Вы испытываете в этот момент?
— Любой специалист, работающий в ЦУПе, скажет вам, что стыковка – одна из наиболее сложных и ответственных технических операций, которые проводятся в космосе. Для того, чтобы состыковать вместе два космических аппарата (корабль и станцию) необходимо их с ювелирной точностью сблизить, причем, очень аккуратно, на нужный узел, особенно на конечном участке, чтобы исключить соударение друг с другом. Для нас, сотрудников НИИ ТП, отвечающих за этот процесс, любая стыковка заканчивается докладом космонавтов: «Есть касание». Когда-то главный конструктор пилотируемых программ РКК «Энергия» В.П. Легостаев ввел традицию – после этой фразы он громко, так что б было слышно всем в главной оперативной группе управления ЦУП, объявлял: «Одним выговором меньше». Его преемник, Е.А. Микрин, эту традицию продолжил. Поздравляя своих коллег с юбилеем, я буду желать им только мягких касаний с мехзахватами в каждой будущей стыковке и никаких выговоров!
— Как полувековой путь развития систем взаимного измерения (СВИ) для стыковки космических аппаратов (КА) на орбите связан с совершенствованием современных космических кораблей и орбитальных станций?
— Все наши успехи в модернизации систем стыковки связаны с достижениями и новыми возможностями их систем управления, совершенствованием элементной базы. Первые стыковки КА серии «Космос» сменялись стыковками с орбитальными станциями (ОС) серии «Салют», затем со станцией «Мир», и, наконец, с Международной космической станцией (МКС). Каждая новая ОС становилась более сложной и габаритной, появлялись новые дополнительные стыковочные узлы, позволяющие осуществить стыковку большего количества транспортных кораблей, оснастить ее новыми модулями. Создание в космосе таких дорогостоящих крупногабаритных конструкций требовало увеличения сроков их активной работоспособности. Довольно трудно восстановить точное число проведенных с помощью наших СВИ стыковок, в среднем в год НИИ ТП обеспечивало 6-7 операций стыковки, но, думаю, важно воспроизвести здесь хронологию наших СВИ.
Фотоматериалы
От «Иглы» к «Курсу»: поколения СВИ
СВИ первого поколения – «Игла»: охватывает период с 1967 по 1986 гг., «Игла-1» – запросчик, «Игла-2» – ответчик. Разработана под руководством Е.В. Кандаурова, 30 октября 1967 г. обеспечила первую в мире автоматическую стыковку КА «Космос-186» и «Космос-188», открыв эру создания орбитальных пилотируемых станций и комплексов. Построена преимущественно на транзисторах, в передатчике использованы металлокерамические лампы. В процессе эксплуатации были разработаны пять модификаций аппаратуры для резервирования и размещения на различных модулях: «Игла-1Г», «Игла-1Р», «Игла-1С», «Игла-2Р», «Игла-2Р2». Осуществляла стыковки различных космических кораблей и модулей с орбитальными станциями серии «Салют», «Мир» – 94 стыковки.
СВИ второго поколения – «Курс»: «Курс-А» – запросчик, «Курс-П» – ответчик. Разработана под руководством А.С. Моргулева. Построена преимущественно на интегральных микросхемах, в передатчике использованы СВЧ-транзисторы.
Используется с 1986 г. Эксплуатация ее заканчивается, сейчас эта аппаратура размещена только на модуле МЛМ, старт которого запланирован в следующем году. Осуществляла стыковки различных космических кораблей с орбитальными станциями «Мир», «МКС» – 172 стыковки.
Примечательно, что практически весь срок существования станции «Мир» на ее борту трудился комплект аппаратуры «Курс-П», изготовленный в цехах опытно-экспериментального производства НИИ ТП. При назначенном ресурсе его работы в условиях космоса – 3 года, он проработал почти 15 лет. Бессменно.
Предшественником аппаратуры «Курс» была СВИ «Мера», система с уменьшенным составом измеряемых параметров, на которой прошла отработка принципов построения СВИ «Курс». Использовалась для резервирования аппаратуры «Игла». Участвовала в 10-и стыковках с орбитальной станцией «Мир».
СВИ третьего поколения – «Курс-Н»: «Курс-НА» – запросчик, «Курс-П», «Курс-МКП-01» – ответчик. Разработана в последние годы для модифицированных пилотируемых и грузовых транспортных кораблей, с использованием современных возможностей систем управления, на высокоинтегрированных цифровых микросхемах с мощным трехпроцессорным вычислителем.
Первая стыковка в качестве основной СВИ проведена в 2014 г. в составе грузового корабля «Прогресс М-21М». На сегодняшний момент с ее помощью осуществлено 14 стыковок с орбитальной станцией «МКС».
С учетом проведенных автоматических перестыковок, общее количество успешно проведенных этими СВИ режимов сближения и стыковки превышает 300.
«Воспоминания очевидцев»
«Нас называли «Игольщики»
События 30 октября 1967 года вспоминает Виктор Владимирович Риман, в то время молодой инженер, а ныне – главный конструктор научно-технического комплекса по созданию радиолокационной аппаратуры для дистанционного зондирования Земли НИИ ТП.
«Эталон частоты для стыковки»
О легендарной стыковке космических аппаратов «Космос-186» и «Космос-188» вспоминает Рафайль Галиевич Китабов. Он работает в НИИ ТП с 1953 года, во время разработки СВИ «Игла» возглавлял отдел по разработке и изготовлению изделий кварцевой стабилизации частот и селективных устройств, сейчас – директор музея истории и технических достижений НИИ ТП.
