100 рассказов о стыковке. Часть 1

Относительное движение двух стыкуемых космических кораблей воспроизводится на так называемом гибридном стенде прежде всего за счет того, что один стыковочный агрегат перемещается относительно другого с помощью силовых следящих приводов, управляемых компьютером. В математической модели, решаемой компьютером в реальном времени, корабли представлены в виде свободных твердых тел, которые, как известно, имеют 6 степеней свободы. Таким образом, чтобы физически воспроизвести относительное движение ввзаимо–действующих частей — стыковочных агрегатов — в свободном пространстве, нужно 6 независимых приводов.

Сначала привода управляются компьютером, решающим дифференциальные уравнения движения так, чтобы смоделировать относительные перемещения кораблей вплоть до первого соприкосновения агрегатов, характеризуемого определенными начальными условиями стыковки: скоростями и отклонениями от соосного положения. Чтобы дальше правильно воспроизводить процесс, необходимо учитывать силы взаимодействия между агрегатами, для чего 6 компонент этих сил требуется измерять и вводить в уравнения, решаемые компьютером. Используя данные измерителей сил, компьютер продолжает вычислять траектории движения кораблей от момента первого касания и управлять приводами. В итоге стенд воссоздает такое же относительное движение стыковочных агрегатов, как в космосе. На этом этапе испытательная система работает в замкнутом контуре (привода — стыковочные агрегаты — измерители сил — компьютер — привода) в отличие от этапа воспроизведения начальных условий, когда она функционирует в разомкнутом контуре. В результате процесс стыковки воспроизводится на стенде комбинированным способом: реальные стыковочные агрегаты работают так, как на космической орбите, а корабли представлены математической моделью. Отсюда название: гибридный стенд и гибридное моделирование. Такая комбинация, гибридность, обусловливает преимущества метода: моделируются любые космические корабли, практически с любыми инерционными и другими характеристиками, а при этом испытываются настоящие стыковочные агрегаты.

Особенностью гибридного стенда является то, что для решения дифференциальных уравнений в реальном времени требуется довольно быстродействующий компьютер. При стыковке относительные скорости могут достигать больших значений (порядка 1 м/с), а силы — превышать несколько десятков килоньютонов. Поэтому мощность приводов составляет несколько десятков киловатт. В то же время привода, другие подсистемы и элементы стенда должны иметь прецизионные характеристики. В целом гибридный стенд представляет собой комплексную систему, одновременно очень мощную и тонкую, требующую хорошей оснащенности и сбалансированности.

Все эти особенности делают гибридный стенд деликатным и в то же время сложным механизмом, относящимся к высоким технологиям, а для его создания и эксплуатации требуются высококвалифицированные специалисты.

НАСАвская наземная диковина состояла из двух основных частей: шестистепенного гидравлического устройства и управляющей вычислительной машины, которые располагались в двух соседних зданиях центра — № 13 и № 16. С подобной испытательной системой будет многое связано в нашей совместной деятельности, в технике стыковки после ЭПАСа и 20 лет спустя — на новом витке международных проектов. Поэтому мне еще не раз придется возвращаться к его описанию.

Большое впечатление на всех нас произвели такие достопримечательности, как ЦУП — Центр управления полетом, который постоянно притягивал многочисленных посетителей, от конгрессменов до туристов. ЦУП — важнейший узел астронавтики, штаб–квартира полета, можно сказать, ставка космического главнокомандования. В то время мы только мечтали о подобном ЦУПе: с глобальной связью, соединившей его практически со всем земным шаром, и насквозь компьютеризированный, с удобными автоматизированными мониторами. Кроме того, он располагался рядом, под боком, а не за полторы тысячи километров, в Крыму, как это было в те времена у нас.

Размерами и техническими средствами поразила большая термобарокамера, в которую целиком помещался корабль «Аполлон». Впечатляла и центрифуга с вибростендом внутри вращающейся кабины. Как завороженные, мы смотрели также на глыбы лунного грунта в специальной лаборатории, которая разместилась на краю территории Центра, обнесенного, почти как у нас, колючей проволокой.

Естественно, меня больше всего интересовало стыковочное оборудование. В комнате, где работала РГЗ, установили стыковочный механизм, который использовался для соединения корабля «Аполлон» с лунной кабиной. Именно его демонтировали астронавты, когда после стыковки требовалось освободить переходный тоннель. Не что иное, как эта непростая операция, по словам Джонсона, заставила НАСА приступить к проектированию периферийного устройства. Нам дали возможность поработать с этим космическим домкратом.