и методов управления процессом сближения. Между теоретически наилучшим решением всех вопросов и проектным решением была здесь изрядная дистанция.
Итак, нужно было выбрать метод сближения, то есть те параметры относительного положения и сближения объектов, которые нужно было измерять и корректировать, и последовательность включения двигателей коррекции.
Наиболее выгодным представлялся метод «свободных траекторий». При использовании этого метода измеряются параметры относительного движения объектов, по которым, в свою очередь, вычисляется необходимое по величине и направлению изменение скорости, нужное для прямого попадания одного объекта («активного») в другой («пассивный»). Конечно, с одного раза попасть не удастся вследствие неточностей в измерениях, ориентации и отработке двигательного импульса. Поэтому необходимо эту операцию повторить два-четыре раза. В результате можно сблизиться настолько, что останется произвести лишь причаливание одного объекта к другому.
Метод этот казался чуть ли не идеальным, если бы не одно важное условие: необходимые вычисления в ходе сближения очень сложны, и без ЭВМ на борту их провести практически невозможно. Но в те годы малогабаритной, легкой и надежной ЭВМ еще не было. Пришлось применить другой метод — «параллельного сближения», известный из теории зенитных управляемых ракет.
Суть метода в том, что двигатель «активного» объекта при своих включениях гасит, сводит к нулю угловую скорость «линии визирования», связывающую два объекта. Замерить составляющие относительной скорости (одна перпендикулярна «линии визирования», другая — вдоль нее), как и расстояние между объектами, сравнительно нетрудно с помощью радиолокатора. Вычисления при этом оказываются также достаточно просты, с ними могли справиться небольшие аналоговые счетно-решающие устройства.
Метод «параллельного сближения» решено было применить, начиная с расстояния между кораблями около 20 километров, а до этого осуществлять сближение на основе наземных радиоизмерений. Прежде всего предстояло создать устройство, которое бы замеряло все нужные параметры: угловую скорость линии визирования, дальность и радиальную скорость, а также выдавало сигналы на взаимную ориентацию сближающихся объектов. Причем сразу было решено автоматизировать весь процесс сближения и стыковки и в то же время предусмотреть возможность ручного управления на расстоянии менее 200―300 метров.
Далее предстояло решить задачу причаливания и создать стыковочный узел. И здесь было много вариантов, вплоть до самых фантастических. Специалисты по системам управления во главе с Виктором Павловичем Легостаевым предложили, например, установить на одном из кораблей («пассивном») большую петлю, а на другом крючок, который бы цеплял за петлю и подтягивал корабль. Точность сближения действительно требовалась при этом небольшая (и это нравилось самим управленцам), но проектанты это посчитали не просто технически неубедительным, но даже несерьезным.
Однако легостаевцы настаивали на своей идее. Обсуждалась она едва ли не на каждом совещании по проблеме стыковки. Проектанты же называли эту петлю «удавкой» и доказывали, что захват и стягивание таким способом очень сложная конструкторская задача. Нужно придумать механизм раскрытия петли, создать специальные лебедки для стягивания объектов и в конце концов все равно сделать стыковочный узел для обеспечения жесткого контакта. К тому же реализация этой идеи непроста с точки зрения динамики: нужны демпфирование объектов после сцепления тросом и стабилизация их вокруг него.
Значительно проще и надежнее, считали проектанты, осуществить сближение объектов до контакта, а затем жесткую стыковку. Необходимой точности сближения вполне можно было достигнуть. Споры между проектантами и управленцами по этому поводу шли долго и иногда были очень острыми.
Еще в 1961 году проектантами прорабатывался узел жесткой стыковки по схеме «штырь — конус» с винтовой системой стяжки. Конкретный вариант конструкции позже предложил ветеран КБ Александр Михайлович Коновалов. Это был очень изобретательный человек, не имевший, кстати, даже инженерного диплома. После того как эту схему исследовали специалисты по механизмам, к ее окончательной разработке приступила группа конструкторов во главе с В. С. Сыромятниковым.
Намного труднее на этот раз было с весами, хотя теперь проектанты исходили из существенно большей грузоподъемности ракеты-носителя — 6,5 тонны вместо 4,5 (была создана более мощная третья ступень). Ведь решено было создать принципиально новый корабль, на котором можно было бы не только осуществлять сближение и стыковку, но летать двум-трем космонавтам в течение нескольких недель (если помните, предел «Востока» был 10 дней), а в условиях совместной работы со станцией (подразумевалось, что на базе этого корабля позже будет создано транспортное средство для обслуживания долговременных орбитальных станций) — до нескольких месяцев.
Должны были быть существенно лучше условия жизни и работы экипажа, значительно больше возможности для проведения исследований и экспериментов, а также улучшены условия возвращения и посадки на Землю и т. д.
Важнейшей задачей было создание и отработка средств измерения параметров движения двух космических аппаратов относительно друг друга, управления процессом сближения и причаливания, механической и электрической стыковки двух кораблей, создание маршевых и координатных двигателей, обеспечивающих процессы сближения и стыковки, а также систем ориентации и управления, спуска на Землю с использованием подъемной силы и мягкой посадки.
На «Востоке» спускаемый аппарат имел форму сферы, которая при движении в атмосфере не имеет подъемной силы, и поэтому спуск его идет по довольно крутой, баллистической траектории. В результате при входе в плотные слои атмосферы возникают большие перегрузки — до 8―10 единиц. Для космонавтов, недолго пробывших на орбите, это не страшно. Но при длительных полетах ослабленному невесомостью организму космонавта большие перегрузки противопоказаны.
Если у корабля есть хотя бы небольшая подъемная сила, еще лучше регулируемая, корабль идет в атмосфере по более пологой траектории, тормозится медленнее, перегрузки снижаются. Кроме того, регулирование подъемной силы позволяет менять по необходимости точку приземления в диапазоне нескольких сот километров с точностью до нескольких километров.
Для возвращаемых космических аппаратов можно было бы предложить несколько способов получения подъемной силы: жесткое крыло, крылоподобная форма самого аппарата, авторотирующие винты, надувное крыло типа дельтаплана, специальные реактивные двигатели. Нужно было выбрать наиболее выгодный, исходя из условий выведения, полета и возвращения корабля, а также его компоновки.
Изучив все известные методы, специалисты по аэродинамике и проектанты пришли к выводу, что наиболее выгодно… не применять никаких средств, а использовать способность любого несферического тела развивать подъемную силу при определенных углах атаки. Говоря о «Востоке», мы упоминали различные формы тел, оптимальных с точки зрения объема, веса, теплозащиты и подъемной силы. На этот раз все эти формы были исследованы заново и выбор пал на бочкообразный усеченный конус с небольшим, в несколько градусов, углом раскрытия. Подобную форму имеет автомобильная фара. Такая форма при смещении центра тяжести от оси симметрии позволяет при движении в атмосфере получить подъемную силу. Вообще-то спускаемый аппарат с подъемной силой прорабатывался на предприятии еще с 1960 года, и проектанты имели в своем распоряжении результаты обширного анализа.
Спускаемые аппараты всех американских кораблей имели
