Я попытаюсь, иногда нарушая хронологическую последовательность и опуская подробности наших обсуждений, описать процесс рождения схемы полета.
Одним из первых встал вопрос: какой корабль выводить на орбиту первым? Допустим – «Аполлон». Плоскость его орбиты выведения должна быть наклонена к экватору на 51,8 градуса. Не иначе, так как именно эта величина отвечает возможностям участка выведения «Союза». А если не получится? Ведь выведение всегда происходит с некоторым отклонением от расчетных данных, а при серьезных неполадках в носителе – с большим, в том числе и по наклонению. Но для «Союза» выведение с наклонением 51,8 градуса предопределено, то есть мы не сумеем на участке выведения скомпенсировать возможные погрешности выведения «Аполлона», и поэтому кораблям придется расходовать топливо на совмещение плоскостей орбит.
Мы уже говорили, что эти расходы могут быть неоправданно велики: для изменения наклонения орбиты на 1 градус «Аполлону» необходимо израсходовать около 500 килограммов, а «Союзу» – около 300 килограммов топлива. Конечно, вероятность такой большой ошибки чрезвычайно мала, но она существует, и это следовало учесть. А самое главное – мы понимали, что затраченное на исправление ошибки топливо фактически потеряно для решения задачи сближения.
Ну, а если первым уйдет на орбиту «Союз» и при этом тоже появится ошибка по наклонению? В этом случае все гораздо проще. На «Сатурне» перед стартом лишь незначительно подкорректируют программу выведения, проведут оперативное переприцеливание с тем, чтобы добиться совпадения плоскостей орбит. Такая операция не вызовет расхода топлива «Аполлона», практически не потребует дополнительных запасов топлива на носителе и позволит в полной мере использовать гибкость системы управления «Сатурна».
Кроме того, было принято решение о том, что сближение проведет «Аполлон», причем на заключительном участке – с помощью бортовых измерительных средств, дающих возможность определить движение «Союза» относительно «Аполлона». Для работы этих средств крайне желательно, даже необходимо, чтобы «Союз» не маневрировал, то есть совершал «пассивный» полет по монтажной орбите. Такая ситуация наступала после завершения «Союзом» формирования монтажной орбиты. Значит, чем раньше завершится формирование, тем быстрее произойдет стыковка и тем больше станет протяженность полета состыкованных кораблей. А это еще один довод в пользу старта «Союза» первым.
Разумеется, вопрос об очередности старта не выглядел столь просто, поскольку мы учитывали множество других дополнительных соображений. Высказывались доводы и за иную очередность старта. Но обсудив и взвесив все «за» и «против», советские и американские специалисты пришли к решению: «Союз» стартует первым.
Строим схему полета дальше. «Союз» вышел на орбиту, но над мысом Канаверал – гроза, старт «Аполлона» отложен. Такая ситуация может повториться и в последующие дни, более того, не исключена задержка по техническим причинам. Мы обязаны учитывать вероятность таких ситуаций. И учитываем, предусматривая для «Аполлона» пять стартовых возможностей, то есть обсуждаем схему полета в случае старта «Аполлона» в любой из первых пяти дней полета «Союза». Это не перестраховка, просто все мы понимаем: совместный полет – уникальное событие, и требуется сделать все возможное для того, чтобы вероятность его успешного выполнения стала максимальной.
Почему только пять возможностей? Да потому, что уже при шестой «Союз» и «Аполлон» не успевали бы сблизиться и состыковаться до того момента, когда наш корабль должен будет идти на посадку. Дело в том, что корабль «Союз», подготовленный к совместному эксперименту, рассчитан на полет с посадкой не позже, чем в начале седьмых суток (плюс одни сутки, предусмотренные в качестве резерва для проведения спуска).
 Последовательность событий для всех пяти стартовых возможностей «Аполлона» (время отсчитывается от момента старта «Союза»). |
Теперь допустим такую ситуацию: оба корабля выведены на орбиту, но стыковка и совместный полет невозможны из-за неполадок на «Союзе». Значит, совместный эксперимент не удался? Нет, мы не упускаем из вида и такую ситуацию; тогда основной корабль «Союз» произведет посадку, а ему на смену выведут на орбиту второй, резервный корабль «Союз». А что же случится, если аналогичная ситуация возникнет из-за «Аполлона»? Совместный полет не осуществится, поскольку программа «Аполлон» завершена и физически не существует второго корабля «Аполлон». Да, мы делаем все возможное, но нельзя забывать, что наши возможности ограниченны.
Вот так появились первые детали схемы полета: «Союз» первым выводится на орбиту с наклонением 51,8 градуса. Предусмотрено пять стартовых возможностей для «Аполлона» и использование при необходимости второго корабля «Союз». Орбита выведения «Союза» имеет минимальную высоту 188 километров и максимальную – 228 километров.
Высотные параметры орбиты выведения – результат расчета участка выведения «Союза», результат, который обеспечивает выполнение требований как по районам падения ступеней, так и по оптимальному использованию топлива ракетой-носителем.
После выведения «Союз» должен сформировать монтажную орбиту. Наш опыт и опыт наших коллег подсказал – монтажной орбите лучше быть круговой. Но какой высоты? Этот вопрос решили, опираясь на исследования наших американских коллег. Рассмотрев возможности своего носителя и своего корабля, учтя все пять стартовых возможностей, они сочли высоту 225 километров оптимальной. Следует сказать, что такая высота была принята не сразу – мы брали для расчетов 222 километра, 230 километров, обсуждали и согласовывали различные детали схемы полета, где некоторая неопределенность знания высоты не была существенной. Коллеги наши тем временем продолжали исследования, и окончательное решение было принято в 1973 году: высота монтажной орбиты – 225 километров.
Нам было ясно, каким образом «Союз» сформирует монтажную орбиту; нашим партнерам – как «Аполлон» будет сближаться с «Союзом». Была неясность в одном – на каком витке и в какой его части должны произойти стыковка, первое рукопожатие экипажей и начаться первый в истории интернациональный полет космической связки. При решении этого вопроса учитывались различные его стороны, в том числе и технические. Во-первых, было решено, что при первой стартовой возможности сближение кораблей проводится «медленно и спокойно» за двое суток (для всех других стартовых возможностей – менее чем за сутки). Во-вторых, принималось во внимание, что наземные станции слежения СССР и США расположены в различных местах и только со станций «Евпатория» и «Мадрид» можно «видеть» корабли почти одновременно. В-третьих, учитывалось, что непосредственно перед стыковкой «Аполлон» проведет серию маневров по сближению и для этого желательно иметь связь «Аполлона» с достаточным числом станций США. Хотя в полете каждый из экипажей смог бы осуществлять связь со «своим» Центром управления через «чужую» наземную станцию, все высказанные соображения были учтены и обе стороны удовлетворил вариант: стыковка произойдет на 36 витке полета «Союза» через 51 час 55 минут после его старта. Этому моменту соответствует начало зоны связи со станцией «Евпатория».
Если мы теперь вспомним, что посадка «Союза» запланирована в начале седьмых суток (142,5 часа полета «Союза»), а подготовительные операции к спуску начинаются за сутки до посадки, то сразу определим: продолжительность полета кораблей в состыкованном состоянии – около двух суток.
Следует отметить, что не всегда согласование основных положений схемы полета проходило в последовательности, описанной выше. Отрабатывая детали отдельных этапов полета, подходя к одному и тому же вопросу с различных сторон, мы уточняли и отшлифовывали предварительные соглашения, приводя их, насколько это было возможно, в соответствие с бесчисленными пожеланиями и требованиями разработчиков систем кораблей и служб управления полетом. Были ситуации очень сложные, прямо-таки безвыходные для баллистиков, и тем более приятно вспомнить, что и мы, и коллеги наши не теряли при этом чувства юмора и даже «согласовывали» юмористические проекты, дающие рекомендации по выходу из создавшейся ситуации.
НА СВИДАНИЕ НУЖНО
ПРИХОДИТЬ НЕ ТОЛЬКО
ВОВРЕМЯ, НО И
В НАЗНАЧЕННОЕ МЕСТО
Наиболее ответственная часть полета, и не только с точки зрения баллистики, – участок сближения и стыковки двух различных кораблей. Задачи советских и американских баллистиков при этом различны: наш корабль должен сформировать монтажную орбиту и ожидать на ней «Аполлон», а «Аполлон» – сблизиться с «Союзом». Фактически же «Союз» тоже сближается, но с «тенью», которая превратится в «живой» «Аполлон» в момент стыковки. При этом последний из своих маневров «Союз» проводит за сутки до стыковки.
Сближение «Аполлон» проводит по типовой, принятой в США шестиимпульсной (шесть маневров) схеме; такая схема использовалась, например, в программе «Скайлэб». «Союз» проводит формирование орбиты по двух- или трехимпульсной схеме; при сближении с «Салютом» у нас используется трех-или четырехимпульсная схема. Расчет характеристик маневров, то есть времени включения и продолжительности работы двигателя, направления тяги двигателя во время работы делается на основе нашего знания исходной орбиты корабля и конечной цели. Основной источник знания орбиты – данные станций слежения; с помощью этих же станций проводится обмен информацией (голосовой, командной, телеметрической, телевизионной) с бортом корабля.
Все наши наземные станции слежения расположены на территории СССР, американские – в Австралии, Африке, Европе, Южной и Северной Америке, на островах Тихого и Атлантического океанов. Таким образом, два измерительных комплекса взаимно дополняют друг друга и в сумме охватывают большую часть земного шара. То, что мы договорились об их совместном использовании для связи с любым из кораблей, тоже шаг в достижении совместимости.
Еще несколько слов о сближении кораблей. В момент выведения «Аполлона» на орбиту «Союз» находится выше и впереди него вдоль орбиты приблизительно на 6 тысяч километров. Как же это огромное расстояние между кораблями сводится до нуля? Это одновременно и просто и сложно.
Действительно, просто. Средняя скорость движения корабля по орбите определяется периодом или средней высотой орбиты. Если два корабля проходят над экватором (начало витка) одновременно, но при этом высоты орбит отличаются на 9 километров (периоды – на 10 секунд), то уже через виток один из кораблей пройдет над экватором на 10 секунд раньше другого, то есть будет находиться на 80 километров впереди. За 10 витков расстояние увеличится до 800 километров. Именно таким образом и сокращается огромное расстояние между «Аполлоном» и «Союзом». Скорость сближения на различных его этапах регулируется разностью высот орбит кораблей: в начале полета «Аполлона» его орбита значительно ниже орбиты «Союза» и скорость сближения, или, как мы говорим, фазирования, составляет 480 километров за виток; на конечном этапе сближения «Аполлон» идет немного ниже «Союза» и фазирование происходит со скоростью 160 километров за виток.
Действительно, сложно. Точность расчета и выполнения маневров должна быть высокой. Если «Аполлон» пришел в заданную точку с опозданием на 1 секунду, «Союз» уйдет вперед на 8 километров; если двигатель «Союза» выключился с отклонением в 1 секунду от расчетного момента, максимальное отличие высоты орбиты от расчетного значения может составить до 2 километров, а через сутки положение корабля вдоль орбиты будет отличаться от расчетного на 250 километров.
В задаче сближения в полной мере проявляется баллистический парадокс. Для того, чтобы просто догнать другой корабль или быстрее догнать, нужно уменьшить период орбиты, то есть провести тормозной маневр и понизить орбиту. Так что, хочешь догнать – тормози!
«ДОБРЫЙ ВЕЧЕР,
ПРОФЕССОР БУШУЕВ» –
«ДОБРОЕ УТРО,
ДОКТОР ЛАННИ»
«Добрый вечер, профессор Бушуев», – говорит доктор Ланни, начиная очередной телефонный разговор технических директоров. В Москве в этот момент 5 часов вечера. «Доброе утро, доктор Ланни», – отвечает профессор, поскольку в Хьюстоне по местному времени 9 часов утра.
Разница в 8 часов между московским и хьюстонским временем для нас не просто житейское неудобство. Ведь важнейшие баллистические характеристики, например, положение и скорость корабля (или, как принято говорить, вектор состояния), привязаны ко времени.
Как правило, все операции на орбите и работа всех служб по управлению полетом у нас традиционно планируются и проводятся по московскому времени. Но такая же традиция и у наших коллег. Жаль только, что время у них хьюстонское!
И в этом случае выход из положения был найден. Приняли компромиссное решение: для временной привязки всех полетных событий как в предполетном проектировании, так и в ходе полета решили взять гринвичское среднее время и полетное время «Союза». Первое отстает от московского на 3 часа, а отсчет второго ведется от момента старта «Союза». Гринвичское время необходимо, чтобы сориентироваться, в какое же время суток происходит то или иное событие. Полетное же время удобно, поскольку оно не зависит от фактического момента старта «Союза» – будь то 15 часов 20 минут по московскому времени 15 июля или другое время, или даже другая дата.
СТАРТОВЫЕ
ОКНА
Еще до того, как гринвичское и полетное время выбрали для совместного пользования, еще до того, как решили, кому стартовать первым, мы обменялись с нашими коллегами данными о желательном времени старта для нашего «Союза» и для американского «Аполлона». Обменялись, ужаснулись и доложили директорам – стартовые окна для совместного полета отсутствуют.
Что же такое стартовое окно? Время старта корабля выбирается так, чтобы на определенных участках полета были соблюдены необходимые требования по освещенности на орбите или на поверхности Земли. Промежуток времени, при старте в котором эти требования будут выполнены, и есть стартовое окно.
Не надо, правда, понимать так, что вне стартового окна полет начинать нельзя. Просто при планировании полета мы должны сделать все возможное, чтобы поставленные требования были удовлетворены.
 Так шутя иллюстрируют стартовое окно американские коллеги. |
Для «Союза» они сводились к следующему:
а) приземление спускаемого аппарата «Союза» должно произойти не позднее чем за 1 час до захода Солнца в районе приземления;
б) не менее чем за 8 минут до включения двигателя при сходе с орбиты на посадку корабль должен лететь над освещенной поверхностью Земли.
Первое требование объясняется естественным желанием эвакуировать экипаж из района приземления при дневном свете. (Хотя посадка не раз происходила и ночью.)
Второе требование вызвано опять же понятным желанием проконтролировать и продублировать работу автоматической системы ориентации корабля визуально с помощью ручной системы ориентации, а для этого экипаж должен видеть на экране прибора бег освещенной поверхности Земли. (Хотя ручная система является дублирующей.)
Не такие, но подобные требования выдвигались и ко времени старта «Аполлона». Они тоже не были абсолютны, но «крайне желательны». И одно из них не совпадало с нашим требованием «б» – в случае аварии на участке выведения «Аполлона» командный модуль должен приводниться в Атлантику не позднее чем за 3 часа до захода Солнца в районе приводнения. Это требование понятно: при аварии посадка может произойти в любой точке океана от Флориды до Великобритании, а найти и эвакуировать экипаж, особенно при волнении океана, дело сложное и ответственное. (Но это не нормальный ход полета, а нештатная ситуация.)
И вот, прикинув, к чему приводит выполнение этих требований, мы обнаружили, что попали в классическую ситуацию «лебедь, рак и щука»: при старте 15 июля для выполнения наших требований «Союз» должен был стартовать не раньше 16 часов 30 минут московского времени, а требования «Аполлона» могли быть выполнены при старте «Союза» не позднее 15 часов московского времени.
Ситуация оказалась настолько сложной, что притихли даже самые смелые оптимисты. Правда, мы и здесь не потеряли чувства юмора, но он стал мрачноватым – шутили, что единственным спасением будет старт 30 февраля. Ясно было одно – решение необходимо найти, а для этого придется поступиться некоторыми требованиями в зависимости от того, насколько они серьезны.
Вопрос о стартовых окнах неоднократно обсуждался у директоров проекта. Часто обсуждения принимали острый характер: стороны с трудом соглашались отступать от выполнения традиционных требований. Но стремление к компромиссу победило, и в итоге была согласована стартовая «форточка» – от 15 часов 20 минут до 15 часов 30 минут московского времени 15 июля, а номинальным временем старта выбрали 15 часов 20 минут. Эта «форточка» далась нам столь нелегко, что мы все-таки назвали ее солидно – «стартовое окно».