#i_002.png

Автор этого раздела — Владислав Леонидович Горьков — имеет большой опыт научной и журналистской работы. Он кандидат технических наук. Такие книги, как «Полет космических аппаратов: примеры и задачи», «Советская космонавтика», «Салют-6» — «Союз» — «Прогресс», написанные с его участием, заслуженно пользуются успехом читателей. Он автор популярной книги «Космическая азбука», переведенной на многие иностранные языки.

Ниже он знакомит читателя с арсеналом технических средств космодрома Байконур, командно-измерительного и поисково-спасательного комплексов, непосредственно участвующих в работах по исследованию и использованию космического пространства.

#i_003.png

В поисках космодрома

Бескрайняя, выжженная солнцем казахстанская степь. На десятки километров тянутся пески. Суров здесь климат — изнурительно жаркое, сухое лето и морозная, малоснежная зима с сильными ветрами. Под стать климату и природа: буйно растущая весной и быстро выгорающая летом полынь, верблюжья колючка, перекати-поле, низкие кусты саксаула.

Почему эти дикие, суровые места были выбраны для строительства космодрома? Причин тому несколько. Еще К. Э. Циолковский в свое время писал, что при пуске ракеты-носителя в восточном направлении ей сопутствует «попутный ветер». И чем ближе к экватору, тем этот «ветер» сильнее. Так действует на полет ракеты-носителя наша планета. Вращаясь вокруг своей оси, Земля сообщает любому телу, покидающему ее атмосферу, дополнительную скорость. На экваторе она равна 465 метрам в секунду, а на широте Байконура — около 316 метров в секунду. Эта скорость существенна. Достаточно сказать, что топливо, затрачиваемое на придание космическому аппарату такой скорости, обеспечивает кораблю «Союз» не только выполнение всех операций по сближению и стыковке с орбитальной станцией «Салют», но и возвращение на Землю. В этой связи выбор дислокации космодрома играет не последнюю роль.

Испытание ракет во все времена считалось небезопасным занятием. Космодром же, где соседствуют источники электроэнергии, горючие материалы и самовоспламеняющиеся компоненты топлива, трубопроводы высокого давления и токсичные рабочие жидкости, не без основания можно сравнить с пороховой бочкой. Да и на трассе полета, особенно при отработке ракет-носителей, возможны неожиданные ситуации. Необходимо учитывать и то обстоятельство, что при каждом пуске отработавшие ступени ракеты-носителя должны падать в ненаселенные и желательно пожаробезопасные районы.

Кроме того, немаловажное значение имеет удобство подвоза строительной техники, а в дальнейшем транспортировки ракет-носителей, космических аппаратов и компонентов топлива — требования весьма существенные, от них зависят как сроки строительства космодрома, так и план запусков космических аппаратов.

По мнению специалистов, для космодрома как нельзя лучше подходили малонаселенные степной Казахстан и Восточная Сибирь. В 1954 году была создана комиссия, которой предстояло определить место строительства космодрома. Весной следующего года члены комиссии выехали в казахстанские степи. Здесь они распределились на три группы, каждая из которых имела частное задание.

Дело в том, что проектируемая ракета обладала рядом особенностей, которые ломали привычные представления о старте. Создавалась совершенно новая как по мощности, так и конфигурации ракета: к центральному блоку (второй ступени), похожему на сигару, на высоте около двадцати метров пристегивались своими «верхушками» четыре конусообразных боковых блока (первая ступень). Ракета в самом начале движения, как правило, не обладает достаточно высокой устойчивостью и при появлении возмущений (например, из-за ветра или неравномерной тяги двигателей) может отклоняться от строго вертикального подъема. В этот период ей требуется принудительная фиксация положения. Поэтому ракету планировалось опустить в своеобразную шахту. При этом она, не опираясь торцом о дно, должна была зависнуть в шахте на четырех опорных фермах. В таком положении ракета находится до тех пор, пока ее двигатели не выйдут на основной режим тяги. А когда она устремится вверх, опорные фермы отойдут в стороны, освобождая ей дорогу. Эта схема пуска упрощает и конструкцию установщика ракеты, так как за счет уменьшения высоты ее подъема сокращаются габариты домкратов и мощность гидравлической системы установщика.

Но переход к полузаглубленному стартовому сооружению требовал отвода газов от работающих двигателей в зоны, безопасные для ракеты и наземного оборудования, то есть строительства газоотводного канала. Чтобы рыть котлован, не опасаясь грунтовых и артезианских вод (а их в Казахстане около 75 тысяч кубических километров), предстояло среди гладкой как стол степи отыскать холм.

Вторая группа нашла высотку, рядом с которой находилась узкоколейная железная дорога. Дорога старая, но насыпь сохранилась, и ее можно было использовать при прокладке железной дороги к первой стартовой площадке. На этой высотке и решили остановиться. Никто не думал тогда, что ей будет суждено навеки войти в историю человечества…

А начиналось строительство так. Предстояло вырыть котлован объемом более миллиона кубометров. На стройку прибыло огромное количество машин. Одни вывозили грунт, другие доставляли строительные материалы и оборудование, третьи — продовольствие и воду. С раннего утра до позднего вечера эта армада, двигаясь по разбитым грунтовым дорогам, поднимала такое облако пыли, что даже днем во избежание столкновения включались фары. Не щадило и солнце. Ясных, погожих дней в году здесь около трехсот, то есть больше, чем на Южном берегу Крыма или Черноморском побережье Кавказа. Обожженные солнцем, покрытые песком и пылью люди, бывало, не узнавали друг друга, возвращаясь в поселок. Жили сначала в палатках, но очень скоро поняли, что из-за духоты в них не отдохнешь как следует. Стали рыть землянки. Часть строителей перебралась в вагоны. А к зиме были готовы первые бараки-общежития.

С наступлением холодов работы по строительству котлована усложнились. Скованный морозом, чрезвычайно плотный слой красной глины с трудом поддавался экскаваторам. Не менее сложным оказался и процесс бетонирования. Оборудовались тепляки, круглосуточно отапливаемые времянки, где поддерживалась температура, необходимая для проведения бетонных работ. Так эта древняя, привыкшая к звенящей тишине степь встретила первых строителей и энтузиастов-ракетчиков.

Одновременно приходилось думать о том, как рационально разместить оборудование в технологической схеме обеспечения космических полетов. Это решало главную задачу сложного многоотраслевого хозяйства космодрома — наилучшим образом подготовить ракеты-носители и космические аппараты к запуску. Предстояло разместить оборудование, которое условно можно разделить на три группы: специальное технологическое, специальное радиотехническое и общетехническое.

Первое должно непосредственно участвовать в технологическом процессе обеспечения всех работ с космическим аппаратом и ракетой-носителем с момента их прибытия на космодром до старта. Находится оно в двух основных зонах: на технической и стартовой позициях. На технической позиции следовало сосредоточить оборудование для приема ракет-носителей и космических аппаратов после транспортировки с завода-изготовителя, разгрузки, хранения, сборки, испытаний. На стартовой позиции предстояло установить стартовую систему, снабдив ее оборудованием для установки ракеты-носителя, проверки, заправки компонентами топлива и сжатыми газами, проведения последних операций перед пуском.

Необходимо было разместить специальное радиотехническое оборудование, предназначенное для обеспечения полета после пуска ракеты-носителя. Оно включает радиотехнические станции, осуществляющие телеметрический контроль и диагностику ракеты-носителя и космического аппарата, радиоконтроль траектории полета ракеты-носителя, выдачу на борт управляющих команд; вычислительный комплекс, позволяющий проводить автоматизированную обработку поступающей информации; аппаратуру приема и передачи телевизионной информации; средства связи с космонавтами и службы единого точного времени. Это оборудование должно располагаться на измерительных пунктах космодрома вдоль трасс пуска ракет-носителей.

Предстояло разместить общетехническое оборудование для обеспечения работы агрегатов и систем первой и второй групп оборудования. Это электросиловые подстанции, системы освещения, вентиляции, отопительное и противопожарное оборудование, системы связи, водоснабжения и канализации. Надо было подумать, где разместить жилой городок, учебный центр, вычислительную технику, как хранить компоненты топлива? Все элементы хозяйства космодрома должны быть подчинены единому управлению и сообщаться средствами связи и транспортными коммуникациями. Возникла и такая проблема: как создать и наладить вспомогательную, но не менее важную работу по отработке, испытанию и доводке ракетно-космической техники? Другими словами, речь шла о создании научно-испытательного центра по сбору и обработке статистического материала, о работе как отдельных видов оборудования, так и целых комплексов, о работе агрегатов и систем ракеты-носителя и космического аппарата как на этапе наземной подготовки, так и в полете.

В начале марта 1957 года на космодром была доставлена первая ракета, а в апреле сюда в длительную командировку прибыл и ее Главный конструктор С. П. Королев.

Итогом этой сложной деятельности было создание первого наземного комплекса для технического обслуживания космических аппаратов, подготовки и пуска ракет-носителей. Запуск первого искусственного спутника Земли показал уровень развития тяжелой промышленности, транспорта, мощь всего народного хозяйства СССР. Ведь только странам с развитой техникой и обладающим высоким промышленным потенциалом по плечу решение задач исследования космоса. И первой среди них стала наша Родина. 4 октября 1957 года в 22 часа 28 минут московского времени она открыла для человечества новую эру — теперь уже космическую.

Старты с Байконура

Часы только что пробили полночь. Начинается новый день, 10 декабря 1977 года. Большая часть населения нашей страны сейчас спит, а здесь, на маленьком пятачке казахстанской земли, кипит работа — идут последние предстартовые операции по подготовке к запуску космического корабля «Союз-26». Сегодня, как бы помогая труженикам этой тяжелой и беспокойной профессии, стоит хорошая погода. Тихая, безветренная, не по времени года теплая ночь. Необычно для этих мест и небо, затянутое тучами. Пропали звезды, не видно Луны, и от этого ночь кажется еще темнее. На этом черном фоне даже на значительном удалении от стартового комплекса хорошо видна освещенная лучами прожекторов ракета-носитель. Она стоит подобно высотному дому, одетому этажами ремонтных площадок. Так преобразили ее фермы обслуживания. Лучи прожекторов беспрестанно прыгают с одной площадки на другую. Постороннему человеку эта игра лучей может показаться праздничным фейерверком. Специалист же знает, что эти лучи, освещая определенные места, точно отслеживают временной график технологического цикла подготовки ракетно-космического комплекса (РКК) к пуску.

Заканчивается заправка ракеты-носителя компонентами топлива, а по степи, освещая мощными фарами асфальтированное шоссе, мчится автобус. В нем будущие космонавты корабля «Союз-26» Ю. Романенко и Г. Гречко. Автобус везет их в монтажно-испытательный корпус (МИК). Здесь, после надевания скафандров, коротко, буквально в течение нескольких минут, дают им последние наставления ведущие специалисты. И снова в автобус. Теперь их путь лежит на старт. Короткий рапорт председателю Государственной комиссии, небольшой митинг, и космонавты поднимаются в кабину корабля.

…Идут последние проверки систем космического корабля. Опускаются в горизонтальное положение фермы обслуживания. Освободившись от них, трехсоттонный РКК завис на четырех мощных опорах стартовой системы. С Землей его связывают только заправочная и кабельная мачты. Ракета-носитель стоит, окутанная белым облаком. Это пары жидкого кислорода выбрасываются через дренажные клапаны в атмосферу. А по вспомогательным трубопроводам, проложенным в заправочной мачте, проводится подпитка ракеты-носителя, компенсирующая эти выбросы.

Объявляется 15-, 10-, 5-минутная готовность.

Растет волнение собравшихся на наблюдательном пункте людей. Волнуются все: и члены Государственной комиссии, и обслуживающий персонал, и журналисты. И так каждый раз. Ведь к космическим стартам, да еще пилотируемым, привыкнуть нельзя. Каждый из них грандиозен и чем-то своеобразен.

Наступает самый ответственный момент. Одна команда спешит сменить другую:

— Ключ на старт!

Это вводится в действие автоматика запуска двигательных установок.

— Протяжка-один!

Телеметрическая система опрашивает датчики, установленные на ракете-носителе.

— Продувка!

Продуваются азотом магистрали системы горючего и камеры сгорания двигательных установок.

— Ключ на дренаж!

Закрываются все дренажные клапаны на борту ракеты-носителя. Прекращается подпитка топливных баков от наземных систем заправки.

— Пуск!

Включается бортовая система управления ракеты-носителя.

— Протяжка-два!

Последний контроль за работой всех бортовых систем.

— Контакт Земля — борт!

Отходят заправочная, а затем и кабельная мачты. Бортовые системы РКК переводятся на автономное питание и управление. С этого момента время старта соответствует расчетному с точностью до сотых долей секунды.

— Зажигание!

Керосин и жидкий кислород устремляются в камеры сгорания, где срабатывает пирозажигающее устройство. И тут же легкая, появившаяся откуда-то из-под Земли вспышка сменяется ослепительным заревом. Лавина огня и дыма заполняет газоотводный канал. Нарастает невероятной силы шум, но ракета-носитель еще неподвижна. Как передать те чувства, которые испытывают люди, наблюдающие запуск космического корабля?

Это и гордость за свой труд, и восхищение прекрасным мгновением красоты и величия увиденного, и где-то втайне тревожное ожидание. И, наконец, самая волнующая команда:

— Старт!

Двигатели вышли на номинальный режим тяги. Воздух, а вместе с ним, кажется, и земля дрожат, как при землетрясении, и эта дрожь невольно передается тебе. Яркий ореол света, подобно восходящему Солнцу, окружив РКК, осветил ночную степь на несколько километров. В противоборстве огня и тьмы распадаются опорные фермы, освобождая РКК путь в космос. Над Землей встает созданное руками человека искусственное Солнце. Яркими лучами факела и оглушительным ревом двигателей ракета-носитель прощается с теми, кто ее создал и подготовил на Земле.

Прошло несколько секунд, и ракета-носитель, разорвав серую пелену облачности, скрылась из виду. Облачность помогла ей скрыться от глаз людских, но ей никуда не уйти от «всевидящих глаз» измерительных пунктов (ИП). На каждом из них находится радиотехническая аппаратура, обеспечивающая контроль и диагностику полета РКК в зоне прямой видимости. Зона эта, как известно, ограничена, и для того, чтобы на всем активном участке траектории полета ракеты-носителя РКК находился под радионаблюдением, создана сеть ИП.

А необходимо ли проводить измерения для РКК «Союз»? Разве нельзя обойтись без них? Вообще говоря, можно. Но космодром — это не только место обеспечения запуска, это и научно-испытательный центр, под постоянным наблюдением которого проводятся все работы. Для этого на космодроме созданы специальные службы, которые дробятся на отделы по видам испытаний. В их распоряжении новейшая измерительная и вычислительная техника. Анализируя и систематизируя результаты запусков, космодром регулярно выдает свои рекомендации по совершенствованию техники. Какие же измерения проводят ИП?

Прежде всего траекторные. Ракета-носитель должна вывести космический корабль в соответствии с полетным заданием на заданную орбиту. Прошло 10 минут после старта, и космический корабль, отделившись от третьей ступени ракеты-носителя, вышел на орбиту, раскрылись его антенны, и он вступил в «разговор» с наземным пунктом командно-измерительного комплекса.

Ю. Романенко и Г. Гречко ушли на встречу с «Салютом-6», чтобы совершить свой 96-суточный полет.

В то самое время, когда «Союз-26» вышел на орбиту, выходят из своих домов на работу люди. Как в любом городе, им не хватает времени, и они спешат: кто к мотовозам — так называют здесь поезда местного назначения, кто к автобусам и машинам. Их путь к площадкам Байконура. С этих площадок регулярно уходят в космос автоматические и пилотируемые КА. Отсюда 29 сентября 1977 года ушел и «Салют-6». Дорог много, но мы выберем ту, которая ведет к площадке, откуда был запущен первый ИСЗ, а впоследствии стартовал Ю. А. Гагарин. Она и теперь исправно служит делу мира, отправляя в космос автоматические и пилотируемые космические аппараты, в том числе и с международными экипажами.

Через час езды появляется небольшой поселок. Это техническая позиция РКК «Союз». Ее основа — монтажно-испытательный корпус (МИК). Здесь готовятся к запуску очередной корабль «Союз-27» и ракета-носитель. Для РКК «Союз» принят горизонтальный способ сборки, поэтому и высота МИК не превышает высоты пятиэтажного дома. Длина же его более 100 метров, и тут одновременно могут готовиться к пуску несколько ракет-носителей. В зале два мостовых крана и несколько железнодорожных путей. По центральному доставляются ступени ракеты-носителя и космический корабль (КК). По нему же впоследствии собранный РКК вывозится на старт. На остальных путях находятся монтажно-стыковочные тележки, на которые укладываются для проверок и испытаний ступени ракеты-носителя. В МИК имеется как переносное, так и стационарное оборудование для полного цикла проверок и испытаний всех систем и агрегатов РКК. Здесь работают прибористы, электрики, химики, радисты, механики и другие специалисты. Поэтому МИК часто сравнивают со сборочным цехом большого завода. Какие же работы здесь проводятся?

Все работы по подготовке ракеты-носителя к пуску начинаются с внешнего осмотра с целью выявления механических повреждений конструкций, которые могли появиться во время транспортировки. После внешнего осмотра проводятся испытания на герметичность емкостей, трубопроводов и арматуры гидро- и пневмокоммуникаций ступеней с использованием сжатого воздуха, поступающего в МИК с компрессорной станции. За пневматическими следуют электрические испытания. Проверить подлежит бортовые приборы, источники и преобразователи тока, кабельную сеть.

Все проверки заканчиваются комплексными испытаниями ракеты-носителя, во время которых полностью имитируется процесс предстартовой подготовки, пуска и полета в штатных и аварийных ситуациях.

Подготовка и испытания космического корабля на технической позиции проводятся в основном по той же схеме, что и для ракеты-носителя. Однако их характер несколько отличен. Космический корабль, как правило, находится на орбите долгое время, и любое нарушение его герметичности может привести к серьезным нарушениям режима работы бортовой аппаратуры и экипажа. Поэтому проверка герметичности проводится особенно тщательно. Космический корабль или его отсек, заполненный гелием, дважды, первый раз после внешнего осмотра и второй — перед заправкой, отправляют на определенное время в барокамеру. Кроме того, космический корабль в отличие от ракеты-носителя имеет большой арсенал радиотехнических средств. Их испытывают в так называемой безэховой камере, поверхность которой не отражает радиоволн. Последним этапом проверок являются комплексные испытания РКК. Связанные между собой кабелями-удлинителями корабль и ракета-носитель проходят полный цикл имитационных испытаний от запуска до выхода на орбиту.

Затем космический корабль в железнодорожном вагоне направляют на заправочную станцию. Заправочная станция — большое, цехового типа помещение, через которое проходят железнодорожные пути. Вдоль дороги расположены заправочные колонки. Заправочных колонок, как и емкостей, тут много. Ведь на корабле стоят различные двигательные установки, причем каждая из них, как правило, выполняет свою функцию. Здесь же расположены колонки для заправки космического корабля гелием и азотом, колонки вакуумирования. Несмотря на то, что по времени заправка корабля в общем процессе подготовки к запуску занимает незначительное время, все операции здесь очень ответственны.

Прежде всего компоненты топлива должны быть точно дозированы в соответствии с полетным заданием. Для этого, еще до взвешивания, их охлаждают до требуемой температуры. Кроме охлаждения, проводится деаэрация, то есть удаление из топлива газовых пузырьков. Газовые пузырьки особенно опасны в невесомости, где нет четкой границы между жидкой и газовой фазами, и они могут в любой момент нарушить работу двигательной установки. Поэтому перед заправкой стараются уменьшить концентрацию газа. После этого производится тщательное взвешивание компонентов топлива и заправка космического корабля.

Затем корабль доставляется в МИК. На космический корабль «надевают шапку» — двигательную установку системы аварийного спасения, которая в случае аварии ракеты-носителя уводит корабль с космонавтами на безопасное расстояние. Производится пристыковка космического корабля к ракете-носителю, и мощный мостовой кран укладывает их на железнодорожный установщик лафетного типа, который используется, с одной стороны, как транспортное средство для доставки РКК с технической на стартовую позицию, а с другой — как средство установки ее в вертикальное положение на пусковую систему. Раскрываются ворота МИК, и РКК вывозится на стартовую позицию.

10 января в 15 часов 26 минут «Союз-27» с космонавтами В. Джанибековым и О. Макаровым на борту ушел в космос, чтобы через день известить мир о создании на околоземной орбите пилотируемого научно-исследовательского комплекса, состоящего из орбитальной станции «Салют-6» и двух транспортных кораблей «Союз-26» и «Союз-27».

Полет двух экипажей подтвердил техническую возможность дальнейшего наращивания орбитальных станций. 16 января В. Джанибеков и О. Макаров возвратились на Землю, а всего через четыре дня, 20 января, с Байконура ушел грузовой корабль «Прогресс-1», созданный на базе корабля «Союз». Он «повез» космонавтам воздух, воду и пищу, оборудование и топливо для станции. Раньше путешественники, отправляясь в незнакомые края, стремились брать с собой всего как можно больше. Мало ли что может случиться в пути? На корабль «Союз», да и на станцию «Салют» ничего лишнего не возьмешь. Ведь ракета-носитель может вывести в космос только такой вес, который ей «под силу». Поэтому и был создан корабль «Прогресс». Запуском «Союза-27» и «Прогресса-1» орбитальный комплекс был подготовлен к приему интернациональных экипажей.

В феврале на космодром прибыли первый интернациональный экипаж в составе А. Губарева и В. Ремека и их дублеры. Они прошли здесь предстартовую подготовку, «отсидку» в корабле и переход на «орбитальный» режим жизни.

Ранним морозным утром 28 февраля начался вывоз РКК из МИК на стартовую площадку. Исключительно красивое и величественное зрелище представляет собой этот поезд, медленно движущийся по возвышающейся над степью железнодорожной насыпи.

Вот она, знакомая и неузнаваемая, закованная в сталь и бетон высотка, у подножия которой стоит скромный обелиск в память о запуске первого в мире искусственного спутника Земли. На его пьедестале начертаны слова: «Здесь гением советского человека начался дерзновенный штурм космоса. 1957 год». На этой высотке и обосновалось стартовое сооружение. Основная его часть — огромный железобетонный квадрат с 16-метровым проемом под ракету-носитель. Удерживаемый с трех сторон мощными колоннами, со стороны он похож на помост, стоя на краю которого ракета-носитель, кажется, должна «оттолкнуться», прежде чем улететь в космос. Специалисты назвали его козырьком. Внизу, под козырьком, простирается газоотводный канал, берущий свое начало от лоткового газоотражателя, установленного под соплами ракетных двигателей. Подобно плотине, он укрощает и направляет мощный поток пламени, извергаемого двигателями ракеты-носителя при старте.

К основанию козырька по нивелированной насыпи подведены железнодорожные пути от технической позиции. Здесь прибывающий РКК встречает пусковая система, смонтированная концентрично проему. Основу ее составляет поворотное основание с шарнирно закрепленными на нем четырьмя опорными фермами. В рабочем положении, когда фермы сведены, конструкция напоминает усеченную пирамиду, внутри которой висит ракета-носитель. Своим весом она удерживает пирамиду в сомкнутом состоянии. Однако, подвешенная лишь в силовом поясе опорных ферм, ракета-носитель под действием ветра или неравномерной тяги двигателей может качаться, подобно маятнику. Поэтому внизу ракета-носитель крепится специальными устройствами — направляющими. Окончательная выверка вертикальности РКК производится с помощью гидравлической подвески пусковой системы с последующей жесткой фиксацией.

Пусковая система имеет кабельную и заправочную мачты, фермы и кабину обслуживания. Само название ферм и кабины обслуживания определяют их назначение. Две фермы обслуживания, высотой почти с ракету-носитель, шарнирно крепятся на основании пусковой системы. В рабочем состоянии фермы обхватывают ракету ярусом раскрывающихся выдвижных и стационарных площадок с ограждениями и лестничными маршами, что позволяет обслуживать ее со всех сторон. А внутри одной из ферм проходит лифт, который доставляет персонал обслуживания к рабочим местам. Он же поднимает к космическому кораблю и космонавтов. Перед стартом фермы опускаются до горизонтального положения в разные стороны.

Кабина обслуживания представляет собой платформу, расположенную под пусковым столом и оборудованную многоярусными выдвижными площадками. Таким образом, и под проемом пускового стола создаются подвижные рабочие места, с которых обеспечивается свободный доступ к хвостовой части ракеты-носителя и горловинам заправочного коллектора стартового сооружения. По окончании подготовки ракеты-носителя к пуску кабина обслуживания убирается в нишу стартового сооружения.

По кабельной и заправочной мачтам проходят коммуникации для подачи на борт топлива, кабели к телеметрическим датчикам и приборам РКК. Они почти до самого пуска связывают ракету-носитель с наземным оборудованием стартовой позиции.

За откосом газоотводного канала находится бункер командного пункта, имеющий связь со всеми оперативными службами космодрома. Здесь размещена аппаратура для дистанционного и автоматического управления по установке РКК на пусковую систему, заправке ракеты-носителя компонентами топлива и проведению пуска.

Недалеко от места старта в заглубленных, хорошо защищенных железобетонных сооружениях размещается заправочное оборудование. Мощные бетонные своды предохраняют емкости с топливом, насосы и трубопроводы на случай аварийного пуска. Здесь накануне заправки проводят охлаждение топлива для повышения его плотности. Ведь чем выше его плотность, тем меньше его объем, и, следовательно, в те же баки можно залить больше топлива и тем повысить эффективность ракеты-носителя. Процесс заправки автоматизирован и строго контролируется, поскольку эта операция одна из ответственнейших. Достаточно сказать, что погрешность при заправке в 2 процента может дать отклонение выводимого веса, соизмеримое с весом полезной нагрузки, то есть свести на нет всю работу большого коллектива.

Но вернемся на старт. Здесь все готово к приему РКК. Пусковая система приведена в исходное состояние: опорные фермы, кабельная и заправочная мачты отведены, а фермы обслуживания опущены. В нескольких метрах от пусковой системы поезд останавливается, и далее механизм доводки подводит установщик к пусковой системе. На опорные кронштейны стартового сооружения опускаются гидроопоры установщика, и его рама-основание подвешивается на них.

Установщик жестко крепится к фундаменту. А вслед за этим поплыл вверх конец стрелы подъема, унося РКК на пусковую систему. Через несколько минут ракета-носитель стоит вертикально в проеме стартового сооружения. С помощью гидроопор и винтовых стяжек совмещаются оси РКК и пусковой системы. На пусковую систему подается напряжение, и включаются установки подъема опорных ферм. Следящие системы строго синхронизируют их движение, и все четыре одновременно подходят к ракете-носителю, замыкая силовой пояс. Теперь РКК можно передать пусковой системе. Размыкаются связи РКК со стрелой установщика, стрела опускается, и установщик уходит в МИК. А на стартовом сооружении включается система стабилизации, которая с точностью до нескольких угловых секунд устанавливает почти тысячетонное сооружение в положение, обеспечивающее строгую вертикальность ракеты-носителя.

Подъем РКК из горизонтального в вертикальное положение является достаточно сложной в техническом отношении задачей. А поскольку операции стыковки, проверок и испытаний в МИК осуществлялись в нерабочем (горизонтальном) положении, после установки РКК на пусковую систему проводят повторные испытания наиболее ответственных узлов и агрегатов в той же последовательности, что и на технической позиции — последний экзамен на готовность к полету. К РКК подводятся фермы и кабина обслуживания, кабельная и заправочная мачты, поднимаются рукава заправочных систем, пневматические колодки газовых коммуникаций и штепсельные разъемы кабельных соединений. Как и на технической позиции, автономные испытания проводятся при помощи контрольно-измерительной, а комплексные — проверочно-пусковой аппаратуры, основная часть котором располагается в бункере командного пункта. При испытаниях проверочно-пусковой аппаратурой в отличие от контрольно-измерительной фиксируются не только параметры агрегатов, систем и их соответствие заданным требованиям, но и этапы выполнения ими своих функций, начальное и конечное состояние.

Далее идут заключительные операции, наиболее ответственная из которых — заправка ракеты-носителя топливом и сжатыми газами. Этот процесс полностью автоматизирован. Центр управления заправкой находится в бункере, где размещены пульты управления, контроля и сигнализации. Перед заправкой трубопроводы и баки окислителя — жидкого кислорода — продувают азотом, чтобы удалить из них остатки влаги и воздуха во избежание образования кристаллов льда. Затем мощные насосы по магистральным трубопроводам с большой скоростью подают компоненты топлива из хранилищ в стартовое сооружение. Отсюда по отдельным рукавам топливо поступает в баки ракеты-носителя. Одновременно в ракету-носитель подаются сжатые газы. Процесс заправки отображается на световых пневматических схемах, а измерительные приборы, стоящие в разных местах заправочных коммуникаций, контролируют параметры и дозу подаваемых компонентов. Вместе с заправкой производятся последние настройки приборов системы управления на выполнение полетного задания. Закончена заправка. Отсоединяются заправочные коммуникации, убирается в нишу кабина обслуживания.

А в это время в МИК, в помещении для надевания скафандров идет последняя дружеская беседа тех, кто улетает в космос, и тех, кто остается на Земле. Закончилась встреча, и космонавты уезжают на старт.

2 марта. Сегодня здесь особенно оживленно, но тем не менее традиционный порядок соблюдается полностью. Последние интервью у трапа, и космонавты скрываются в лифте. Начинает смеркаться. Дует колючий пронизывающий ветер. Но люди, чувствуя ответственность наступающего момента, не замечают этого. Каждый занят своим делом.

18 часов 28 минут. У основания ракеты-носителя появляется знакомая вспышка. Так и хочется вспомнить гагаринское «Поехали!». Через несколько секунд после старта ракета-носитель, немного наклонясь, ложится на заданный курс. Это автоматы, установленные на ее борту, командуют движением. «Расписавшись» в инверсионном слое, ракета-носитель удаляется от Земли. Через минуту крестообразный факел ее двигателей становится не больше огонька зажженной спички. Вот гаснет и этот огонек, и тут же зажигается новый.

На самом деле произошел оптический обман. Кто входил с улицы в слабоосвещенное подвальное помещение, тот знает, что прежде, чем двигаться дальше, надо привыкнуть к освещению. Так и тут. Из пяти блоков четыре прекратили работу, а нам показалось, что «огонек» пропал. Сбросив, как ненужный груз, отработавшую первую ступень, ракета-носитель полетела еще быстрее. Затем события повторяются: отработала вторая ступень, зажглись двигатели третьей. На краю горизонта видна еле заметная мерцающая точка. Еще секунда — и она пропала из виду. Теперь уже все стали более внимательно прислушиваться к голосу телеметриста, который почти по-левитановски, через каждые десять секунд сообщает о работе бортовых систем и агрегатов. И, наконец, долгожданное:

— Корабль вышел на орбиту!

Когда улеглись первые страсти, чехословацкие товарищи, впервые присутствовавшие при запуске космического корабля, стали делиться впечатлениями. Есть в процессе выведения корабля на орбиту момент, который испытывает любой человек, впервые присутствующий при пуске ракеты-носителя. Дело в том, что в начале подъема, причем в каком бы месте от старта вы ни находились, создается впечатление, что ракета-носитель «заваливается» на вас. Это неприятное ощущение пережили и наши гости.

15 июня 1978 года. Опять ночь. Такова уж «судьба» экипажей длительных экспедиций. Время запуска определяют баллистики. Они рассчитывают так называемые «окна старта», то есть допустимый интервал времени запуска РКК, при котором обеспечивается надежная встреча транспортного корабля и орбитальной станции, а также возвращение экипажа на Землю после окончания программы полета до захода Солнца.

Итак, снова предстартовая ночь. Тихая и по-южному теплая. В 23 часа 17 минут берет старт «Союз-29» с космонавтами В. Коваленком и А. Иванченковым. Необыкновенное впечатление произвел этот запуск на группу поисково-спасательной службы, самолеты которой, как пограничники, выстроились по трассе полета РКК. В тот самый момент, когда с наблюдательного пункта стартового комплекса факел двигателей третьей ступени превратился в еле заметную мерцающую точку, с борта самолета картина представляется иначе: эта точка постепенно начинает разрастаться. Меняется и ее цвет — от фиолетового до красного. Так преображают ее лучи утреннего солнца, навстречу которому летит ракета-носитель. Постепенно разрастаясь сначала до размеров теннисного мяча, а потом еще больше, она окрашивает горизонт багряным заревом.

Но вернемся на Землю. После того как «опустела» стартовая площадка, люди, обслуживающие запуск корабля, уезжают в город. Каков же он, этот город, с чьим именем связаны памятные даты штурма космоса?

Город небольшой, насчитывает всего несколько десятков тысяч жителей. Он молод, и, как во всяком молодом городе, здесь много детей. Для них созданы тенистые ясли и сады, школа и техникум, а тем, кто постарше, — специальные учебные заведения. Дворец пионеров и школьников — одно из самых красивых зданий города. Есть в городе Дворец спорта с бассейном, стадионом, покрытым зеленым ковром привезенного сюда дерна, баскетбольными и волейбольными площадками. Желающие могут провести время в библиотеках с просторными читальными залами, кинотеатрах, Дворце культуры. На берегу реки оборудован пляж, а рядом местная «Мацеста» — источник, во все времена года привлекающий людей теплой сероводородной водой.

Особое место в городе занимает комплекс подготовки космонавтов или, как его здесь называют, гостиница «Космонавт». Вынесенный немного в сторону от жилого массива, это, пожалуй, самый зеленый уголок города. Здесь имеются классы для занятий по программе технической и научной подготовки, спортивный комплекс для исследования состояния здоровья и наблюдений за подготовкой космонавтов к полету и в период реадаптации, кинозал, библиотека.

Отсюда 27 июня 1978 года вышел автобус со вторым интернациональным экипажем в составе космонавтов П. Климука и М. Гермашевского. В 18 часов 27 минут корабль «Союз-30» ушел со старта.

7 июля и 8 августа с Байконура ушли грузовые корабли «Прогресс-2» и «Прогресс-3». Пополнив свои запасы, «Салют-6» был готов принять на работу третий интернациональный экипаж. 26 августа 1978 года в 17 часов 51 минуту принял старт «Союз-31» с космонавтами В. Быковским и З. Йеном. А на «конвейере» Байконура уже готовился к запуску «Прогресс-4». Надо сказать, что Байконур — это не только место запуска космических аппаратов, но и научно-испытательный центр, под постоянным наблюдением которого проводятся все работы. Анализируя и систематизируя результаты подготовки и запусков РКК, космодром выдает рекомендации по совершенствованию ракетно-космической техники.

25 февраля 1979 года ракета-носитель с космическим кораблем «Союз-32» возвышается над бело-рыжей степью. Сегодня в 14 часов 54 минуты из бункера управления будет дан старт космонавтам В. Ляхову и В. Рюмину. Бункер управления, расположенный за откосом газоотводного канала, представляет собой заглубленное помещение, в котором находятся пульты всех систем комплекса. Здесь последовательно фиксируется прохождение и исполнение команд. Заключительные операции проводит пускающий. Поворотом стартового ключа в положение «старт» он вводит в действие автоматику запуска двигательной установки ракеты-носителя. С этого момента вся информация поступает на его пульт. «Понятна особая ответственность пускающего, — комментирует этот запуск Г. С. Титов. — Он обязан не только хорошо знать, но буквально чувствовать ход подготовки к старту. Для принятия решений ему отводятся считанные секунды — ведь оператор должен обеспечить пуск в точно назначенное время. Для таких стартов, как этот, когда кораблю предстоит стыковка с „Салютом“, особенно важно точное соблюдение момента старта. Поэтому в действие вводится еще и временной механизм старта, который не позволит нарушить назначенный срок». И вот временной механизм старта начал отсчет времени. Отходят заправочная и кабельная мачты. Только собственный вес удерживает РКК на Земле. Еще несколько секунд, и мощные двигатели ракеты-носителя понесут корабль на орбиту.

…Прошло полмесяца. Космонавты приняли грузовой корабль «Прогресс-5», и орбитальный научно-исследовательский комплекс вновь был готов к встрече интернациональных экипажей.

Накануне 10 апреля, когда должен был стартовать «Союз-33», на космодроме испортилась погода. В течение двух суток сильнейший ветер носил в воздухе тонны песка и пыли. Облака пыли временами были настолько плотными, что в них меркли лучи солнца. Предстартовая подготовка РКК проходила в тяжелейших условиях. К вечеру 10 апреля погода улучшилась, и в 20 часов 34 минуты был запущен корабль «Союз-33» с интернациональным экипажем в составе Н. Рукавишникова и Г. Иванова.

На долю этих космонавтов выпала участь испытать свою выдержку, умение действовать в нештатных ситуациях. Дело в том, что в процессе сближения со станцией возникли отклонения от штатного режима в работе сближающе-корректирующей двигательной установки корабля «Союз-33», и стыковка была отменена. Космонавты вернулись на Землю. Для выяснения причин неполадок нужно было время. Дальнейшая программа работ как В. Ляхова и В. Рюмина, так и космодрома была скорректирована. Космодром подготовил и запустил грузовые корабли «Прогресс-6», «Прогресс-7» и транспортный корабль «Союз-34», которые обеспечили программу 175-суточного пребывания В. Ляхова и В. Рюмина в космосе.

8 апреля 1980 года. Весна почти повсеместно запоздала в этом году. Запоздала она и здесь, на Байконуре. Степь лежит еще бурая, а подснежники, которые в это время обычно дарят будущим космонавтам, пока не появились. Экипажу, присутствующему на заседании Государственной комиссии, предстоит полугодовой полет. Председатель Государственной комиссии оглашает решение. Старт «Союза-35» с космонавтами Л. Поповым и В. Рюминым назначен на 16 часов 38 минут 9 апреля. Затем состоялась традиционная предстартовая беседа журналистов с космонавтами.

О последних днях подготовки к полету рассказывает командир корабля.

— Это, как обычно, весьма напряженные дни, — говорит Л. Попов. — Отрабатывается бортовая документация, особое внимание уделяем первоочередным задачам. Одна из главных — предстоящая стыковка с «Салютом». Здесь, на космодроме, смонтирован тренажер, позволяющий воспроизводить действия экипажа на орбите, и мы на нем занимались.

Вспомнили журналисты, как перед отъездом на космодром пошутил В. Рюмин: «Сроду не получал от себя писем. А теперь, видно, придется почитать. Оставил на станции конверт с пожеланиями будущей экспедиции. Тогда не знал, что полечу». На вопрос, что в письме, В. Рюмин отвечает: «Вот встретимся со станцией, узнаете».

Вслед за основной экспедицией с космодрома Байконур одна за другой стартуют экспедиции международных экипажей в составе представителей СССР, ВНР, СРВ, Кубы: 26 мая в 21 час 21 минуту — В. Кубасов и Б. Фаркаш, 23 июня в 21 час 33 минуты — В. Горбатко и Ф. Туан, 18 сентября в 22 часа 11 минут — Ю. Романенко и Т. Мендес. А накануне этих запусков к станции стартовали «Прогрессы», поддерживающие работоспособность станции и жизнедеятельность космонавтов.

Космическая одиссея международных полетов с участием космонавтов социалистических стран в 1980 году закончилась 11 октября. В 12 часов 50 минут в районе города Джезказгана космонавты Л. Попов и В. Рюмин возвратились на Землю. За время своего полета они не только выполнили большой объем научных исследований. Они внесли существенный вклад в дальнейшее продление работоспособности «Салюта-6», дали ему путевку в четвертый год полета над планетой. Затем последовал старт Л. Кизима, О. Макарова и Г. Стрекалова. Наряду с испытаниями корабля «Союз Т-3» они подготовили станцию к приему пятой основной экспедиции.

И снова весна, теперь уже 1981 года. Когда 12 марта в Москве было 22 часа, на Байконуре стрелки часов открыли счет новым суткам. «Сороковой» и «пятидесятый» космонавты В. Коваленок и В. Савиных приняли старт на корабле «Союз Т-4». Этим первым эксплуатационным рейсом нового корабля начался, как сказал руководитель подготовки советских космонавтов В. Шаталов, счет космическим свершениям новой пятилетки. Через 10 дней в 17 часов 59 минут корабль «Союз-39» с космонавтами В. Джанибековым и Ж. Гуррагчей продолжил эстафету космических стартов интернациональных экипажей.

14 мая 1981 года. Настал старт последнего интернационального экипажа по программе «Интеркосмос» — Л. Попова и Д. Прунариу. Символично, что это событие отметила и природа: над космодромом пронеслась гроза, громом и молниями салютуя космонавтам и, конечно же, людям, подготовившим к запуску ракету-носитель и корабль «Союз-40».

Пройдут годы, и облик космодрома изменится, как меняется все, что связано с деятельностью человека. Но не изменится память о тех событиях, свидетелями которых нам довелось быть.

Что такое КИК

Миллионы людей, пользующихся ныне междугородним телефоном, телеграфом, телевидением, принимают как должное то, что их обслуживают через спутники связи. Никого не удивишь сегодня и тем, что спутники помогают отыскивать полезные ископаемые и суда, терпящие бедствие, уточнять прогноз погоды и прокладывать маршруты по морям и океанам, осуществлять контроль за окружающей средой и изучать Солнце, космические лучи, звезды… Но, наверное, не каждому известно, что после выведения спутника на орбиту все это становится возможным благодаря труду многих коллективов, и прежде всего командно-измерительного комплекса (КИК).

«Большинство персонала КИК, — говорит летчик-космонавт СССР Г. С. Титов, — выпускники вузов и техникумов. Они быстро осваиваются в необычных условиях и постигают премудрости сложной техники. Овладевать знаниями и навыками молодым специалистам помогают опытные и требовательные наставники — инженеры и ученые, долгие годы работающие в КИК. Именно они поехали в дальние края, чтобы там, на местах будущих измерительных пунктов, забить колышки и установить палатки, эти первые ласточки всех строек — малых и великих».

Состав и основные принципы построения средств КИК были разработаны советскими учеными в середине 50-х годов по заданию С. П. Королева. На первых порах комплекс обеспечивал контроль и управление одиночными космическими аппаратами. По мере повышения интенсивности запусков, усложнения программ полета, появления специализированных космических систем КИК рос технически и организационно. Увеличивалось число наземных командно-измерительных пунктов. Для повышения надежности и непрерывности контроля и управления космическими аппаратами были созданы плавучие командно-измерительные пункты — научно-исследовательские суда АН СССР. С целью расширения зоны радиовидимости стационарных пунктов КИК пополнился самолетными измерительными пунктами. Созданы центры управления полетом различных типов космических аппаратов, оснащенных современной техникой и средствами связи.

Современный КИК — это уникальный по сложности и техническим возможностям высокоорганизованный и автоматизированный комплекс управления всеми функционирующими в космическом пространстве аппаратами. Вместе с тем явного территориального единства он не имеет, поскольку понятие это организационно-техническое. Он насчитывает в своем составе около 30 наземных, плавучих и самолетных командно-измерительных и измерительных пунктов, расположенных на территории СССР и в акватории Мирового океана, несколько центров управления полетом, координационно-вычислительный центр. Все они связаны между собой и оснащены различными видами каналов связи.

Основным органом управления является координационно-вычислительный центр (КВЦ). Он оценивает общую космическую обстановку, координирует работу центров управления полетом, служб и средств КИК, обеспечивает взаимодействие с космодромами и организациями, участвующими в выполнении конкретной программы полета. Центр управления полетом (ЦУП) — главный орган автоматизированной системы управления космическими аппаратами данного типа. Здесь работают специалисты, руководящие всем процессом управления их движением, функционированием и выполнением целевой задачи.

Вся организационно-техническая структура КИК направлена на выполнение возлагаемых на комплекс задач: управление космическим полетом, траекторный и телеметрический контроль, прием научной и прикладной информаций, радиосвязь с космонавтами.

Управление полетом космических аппаратов осуществляется с помощью радиокоманд. В большинстве случаев эти команды передаются на командно-измерительный пункт из ЦУП, заблаговременно телеграммой или по телеграфному каналу. Однако не исключается их передача и «транзитом». Такой режим работы радиолиний обычно соответствует нештатным ситуациям.

Программы и команды управления передаются с помощью командных радиотехнических станций, устанавливаемых на командно-измерительном пункте (КИП). Каждая станция имеет пульт выдачи команд, программно-временное устройство для автоматической выдачи команд и программ, аппаратуру кодирования командной информации, радиопередатчик и антенну.

Однако, прежде чем приступить к управлению работой космического аппарата, необходимо знать параметры его движения. Их определяют с помощью станций траекторного контроля. Данные измерений после предварительной обработки на пункте кодируют и отправляют в ЦУП. Здесь сосредоточиваются данные измерения параметров движения, привязанные по времени и к географическим координатам КИП. Результаты расчетов на ЭВМ — текущие и прогнозируемые параметры орбиты — используются для управления и планирования работы с данным космическим аппаратом.

Сведения о состоянии бортовых систем, режимах их работы и других характеристиках дают радиотехнические станции телеметрического контроля. Как и при радиоконтроле орбиты, телеметрическая информация нужна для управления полетом спутников, а иногда и траекторных расчетов (например, момент выключения тормозной двигательной установки при спуске космического аппарата на Землю). Следует, правда, отметить и ее самостоятельное значение. Ведь конечная цель космических запусков — получение информации. А разницы в технике передачи научной (прикладной) и телеметрической информации нет. Отличие, может быть, заключается лишь в том, что для приема научной (прикладной) информации используются специальные пункты ее приема.

Подготовка радиотехнических станций к сеансу связи начинается с включения и автономной проверки отдельных постов аппаратуры, установки заданных режимов и кодов, настройки на заданные частоты. Затем переходят к комплексной проверке станции или группы станций, участвующих в предстоящем сеансе. Подготовка к сеансу связи включает также выставку антенн в исходное положение по целеуказаниям. В расчетное время начинается поиск сигналов, посылаемых со спутника или межпланетной станции. После их обнаружения следует управление по программе, которая разрабатывается на предстоящий сеанс связи операторами или с помощью ЭВМ.

Первоначально пункты оснащались специализированными станциями радиоконтроля орбиты, передачи команд, приема телеметрической и научной (прикладной) информации. По мере накопления опыта стало понятно, что решение возложенных на них задач целесообразно осуществлять одновременно. Так возникли многофункциональные радиотехнические системы, представляющие в настоящее время основной парк радиотехнического оборудования КИП.

Трасса полета

При запуске космического аппарата специалисты КИК каждый раз решают две взаимосвязанные задачи. Первая заключается в расчете трассы полета, вторая — в определении конкретных пунктов, способных обеспечить благоприятные условия работы со спутником. Это необходимо прежде всего для организации устойчивой двусторонней радиосвязи с Землей, без чего невозможны управление полетом, контроль траекторного движения, передача научной и телеметрической информации.

Эти задачи нередко бывают и противоречивыми. Дело в том, что целевое назначение каждого спутника требует вполне определенной орбиты, и может случиться так, что часть наземных измерительных средств будет перегружена работой, в то время как другая использоваться слабо. Поставленная проблема напоминает ту, которую решают работники городского транспорта: как проложить маршруты, чтобы обеспечить удобную и быструю доставку людей к месту их следования. Естественно, чем крупнее город, тем труднее совместить удобство и быстроту передвижения. А в космосе все обстоит гораздо сложнее.

Чтобы понять сущность рассматриваемых задач, совершим небольшой экскурс в теорию космического полета. Если бы не было вращения Земли, возмущений, вносимых ее фигурой и атмосферой, Солнцем, другими планетами в орбиту полета, то трасса — след летящего спутника на поверхности нашей планеты — все время оставалась бы неизменной. Но Земля вращается, и это вызывает смещение трассы с каждым витком. Как же его определяют специалисты?

Точное решение задачи возможно только с помощью ЭВМ, но для оценки достаточно и элементарных расчетов. Поскольку скорость вращения Земли вокруг своей оси составляет 15 градусов в час, то нетрудно определить и смещение трассы за виток. Если период обращения спутника составляет 90 минут, то начало очередного витка сместится на запад на 22,5 градуса, или на 2500 километров (на экваторе один градус равен 111 километрам). С увеличением широты количество километров, соответствующее одному градусу, уменьшается.

Форма трассы в основном определяется периодом обращения спутника, скоростью вращения Земли и наклонением плоскости орбиты. Период вносит, пожалуй, наибольшее разнообразие в очертание трассы. Для абсолютного большинства низколетящих спутников с направлением движения на северо-восток либо юго-восток трасса представляется синусоидой. С увеличением высоты форма ее непрерывно изменяется. Сжимаясь, словно пружина, она по достижении периода, равного 24 часам, превращается в восьмерку. При дальнейшем его увеличении форма трассы в общем случае не описывается известными геометрическими фигурами. Значит, чем выше летит спутник, тем большую роль в очертаниях трассы играет вращение Земли.

Форма трассы существенным образом зависит не только от периода, но и от наклонения плоскости орбиты. Так, при полете с востока на запад (наклонение больше 90 градусов) характер следа спутника меняется настолько, что исчезает возможность получения синусоидообразных трасс. А с уменьшением наклонения восьмерка, о которой говорилось выше, постепенно сужается и при нуле стягивается в точку. В этом случае говорят, что спутник находится на геостационарной орбите.

Одно из важнейших условий при связи со спутником — его прямая или визуальная видимость с поверхности Земли. Но как же оценить, насколько долго радиотехнические средства держат связь со спутником?

Наверное, многие видели на ночном небе маленькие яркие звездочки-спутники. Радиосредства «видят» лучше человека, но и их возможности ограничиваются горизонтом. Так, при высоте круговой орбиты около 2 тысяч километров время пребывания спутника в зоне радиовидимости составляет около 10 минут, а при высоте 20 000 километров — 4,5 часа. Значит, чем выше над планетой спутник, тем больше зона радиовидимости для каждого наземного пункта.

Увеличивается она не безгранично. С высоты геостационарной орбиты видна почти половина всей Земли, и, следовательно, ее предельная величина как раз и достигается в этом случае. С другой стороны, наибольшая продолжительность сеанса связи соответствует прохождению трассы непосредственно над антенной наземного пункта. Однако это бывает редко. В основном след находится на некотором расстоянии от центра зоны радиовидимости, и, естественно, чем это расстояние больше, тем короче сеанс связи.

Чтобы за несколько минут провести радиосеанс с низколетящим спутником, нужно точно знать, откуда и когда он появится, куда будет держать курс в дальнейшем. Эту информацию получают, рассчитав трассу полета спутника. Она дает возможность определить, в какое время и над какими пунктами Земли пролетает спутник. А это позволяет разработать программу работы как бортовой, так и наземной аппаратуры, рассчитать время входа спутника в зону радиовидимости и дать целеуказания для радиотехнических станций. С расчетом трасс полета тесно связано определение параметров орбиты спутника, которые, в свою очередь, зависят от фигуры Земли.

Фигура Земли

ТАСС сообщает: «…в Советском Союзе произведен запуск очередного искусственного спутника Земли…» За этими короткими строками официальных сообщений стоит кропотливый, каждодневный и разносторонний труд советских людей. Начатый конструкторами, инженерами, техниками и рабочими, он завершается на космодроме. Именно здесь приобретает законченный образ и ракетно-космический комплекс, а испытатели проверяют его «характер». Отсюда, с космодрома, ракета-носитель выводит космический аппарат на орбиту нашей планеты, дает ему дорогу в жизнь.

Слово «дорога» мы употребляем не случайно. Покинув Землю и выйдя в космос, аппарат не может просто так проститься с ней. Любая его «дорога» — орбита спутника — находится в постоянной зависимости от нашей планеты, и именно Земля и ее атмосфера оказывают наибольшее влияние на орбиту спутника. Под их воздействием он то поднимается или опускается, то смещается влево или вправо.

Как и почему это происходит?

Невозмущенное движение спутника простейшее. Оно предполагает, что на космический аппарат действует только сила притяжения, то есть Земля является центральным телом сферической массы с заданным радиусом, а сопротивление атмосферы отсутствует. Положение космического аппарата в любой момент времени определяется шестью постоянными величинами, называемыми элементами, или параметрами орбиты. Все элементы орбиты при таком идеальном движении всегда остаются постоянными. В реальной обстановке все они изменяются. Каковы же основные причины, вызывающие возмущения элементов орбиты спутников?

Одна из них — конфигурация нашей планеты. История определения фигуры Земли берет свое начало с И. Ньютона. Исследования его продолжил французский математик и астроном А. Клеро. Он пришел к выводу, что Земля имеет форму сфероида, а ускорение силы тяжести на ее поверхности изменяется в зависимости от широты. Связав распределение силы тяжести со сжатием Земли, А. Клеро показал новые возможности в исследованиях фигуры Земли.

Спустя 100 лет английский физик Д. Стокс обобщил выводы А. Клеро и его последователей. В частности, он решил обратную задачу: как по известной силе тяжести построить фигуру Земли? Если бы Земля действительно была сфероидом, то наблюдаемая сила тяжести точно соответствовала бы нормальной, полученной А. Клеро. Разности силы тяжести — наблюдаемой и нормальной — характеризуют отступление реальной поверхности от сфероида, или, как сейчас называют, аномалии силы тяжести.

Д. Стокс построил уровенную поверхность фигуры Земли, и с этого времени ее стали представлять в виде эллипсоида вращения. Постепенно она уточнялась, но своего завершения не получила до сих пор. Каждое государство в своей практике использует собственные геофизические постоянные и тем самым имеет собственную модель фигуры Земли, которую может уточнять национальными средствами.

Особенности гравитационного поля планеты, обусловленные ее сжатием, вызывают постоянное вращение плоскости орбиты вокруг земной оси.

Эти возмущения называют вековыми.

В дополнение к вековым происходят различные периодические возмущения элементов орбиты. Наиболее существенные из них — колебания перигейного расстояния, вызываемого асимметрией Земли относительно экватора. При перемещении перигея от экватора на север расстояние перигея от центра Земли уменьшается на 0,8 километра, а при перемещении на юг увеличивается на ту же величину по сравнению с экваториальным расположением. Кроме того, имеют место некоторые малые короткопериодические возмущения элементов орбиты в течение одного витка, вызываемые более мелкими неоднородностями гравитационного поля.

Вторая причина, вызывающая возмущения элементов орбиты, — земная атмосфера. История изучения последней, а нас интересует верхняя атмосфера, началась в наши дни, незадолго до запуска первого спутника. Изучение атмосферы связано с решением двух важнейших вопросов теории полета: срока баллистического существования космического аппарата и влияния атмосферы на изменение элементов орбиты. Чтобы оценить влияние атмосферы, нужна ее модель. Теория строения атмосферы предлагает две модели: стационарную и динамическую. Первая исходит из того, что атмосфера Земли имеет сферическую структуру, а ее параметры с высотой изменяются.

Реальная атмосфера отличается так называемыми флуктуациями. Так, замечено, что в соответствии с периодами солнечной активности наблюдаются четыре вида колебаний, разнесенных по времени. Во-первых, случайные колебания плотности в течение суток как на дневной, так и на ночной стороне Земли обусловлены спорадическими солнечными возмущениями. Во-вторых, колебания плотности повторяются через 27-суточные интервалы, равные периоду вращения Солнца вокруг своей оси по отношению к Земле. В-третьих, имеются сезонные колебания, на которые накладывается шестимесячный цикл. Например, плотность, стремится к минимуму в июле и к максимуму в октябре, причем в январе наблюдается вторичный минимум, а в апреле — вторичный максимум. В-четвертых, атмосфера реагирует на колебания солнечной активности в течение 11-летнего цикла появления солнечных пятен. Заметим, что, кроме солнечных возмущений, на атмосферу Земли оказывают воздействие и другие факторы.

Все это учитывают при построении динамической модели атмосферы Земли. Ее эллипсовидные поверхности постоянной плотности имеют вариации в зависимости от времени. В качестве такой модели атмосферы (так же, как и у фигуры Земли) каждое государство в своей космической практике использует собственную, уточняя ее также национальными средствами.

Благоприятным обстоятельством для изучения влияния атмосферы на элементы орбиты является то, что ее возмущения носят характер иной, чем гравитационные. Так, плотность атмосферы быстро уменьшается с высотой, и космический аппарат, находящийся на эллиптической орбите, испытывает эффект торможения главным образом в районе перигея. Это приводит к изменению формы орбиты, то есть орбита, все более приближаясь к круговой, монотонно изменяет эксцентриситет и большую полуось. Если бы атмосфера была стационарной, эти элементы оказались бы единственными, которые изменяются под действием атмосферы. Однако вследствие ее вращения появляются небольшие поперечные силы, создающие малые монотонно растущие возмущения.

Мы рассмотрели влияние Земли лишь на близкие околоземные орбиты. Что касается высокоэллиптических, стационарных и межпланетных орбит и траекторий, то для них возмущения, вносимые нашей планетой, будут существенно меньше.

Орбиты спутников связи

Выбор формы орбиты, ее наклонения и периода обращения являются первостепенными и, можно сказать, определяющими факторами при проектировании системы спутниковой связи. Они обусловливают принципы организации и эксплуатации системы, энергетику радиолиний и другие технические решения. Наибольшее развитие получили спутниковые системы связи на низких, высокоэллиптических и геостационарных орбитах.

Первыми нашли применение низкоорбитальные спутники связи. Их достоинством является экономичность вывода на орбиту, более простая бортовая аппаратура. Однако недостатков оказалось больше, чем достоинств: большое количество спутников в системе, необходимость постоянного контроля за их движением, частая коррекция орбиты вследствие ее эволюции в процессе полета. Все это привело ко многим эксплуатационным неудобствам, а в конечном счете к нерентабельности такой системы связи. Низколетящие спутники оказались эффективными лишь в случаях, не требующих двусторонней непрерывно действующей связи (например, у геологов). Переданная информация запоминается на борту спутника, а при его пролете над местом приема по команде или автоматически «сбрасывается» на Землю.

Развитие спутниковых систем связи в Советском Союзе начиналось с освоения высокоэллиптических орбит. Это стало возможным благодаря наличию мощной ракеты-носителя, возможностям космодрома и командно-измерительного комплекса, обеспечивающих вывод и управление полетом спутников типа «Молния» на орбитах с наклонением 65 градусов, периодом обращения 12 часов, высотой около 40 тысяч километров в апогее и около 500 километров в перигее. Параметры выбирались из условия обеспечения минимально необходимой длительности связи между двумя крайними пунктами. Так, например, между Москвой и Дальним Востоком одновременная радиовидимость при помощи спутника «Молния» обеспечивается в течение 8–9 часов из 12 для одного периода.

Как же этого добиваются?

Прежде всего путем учета законов механики и возмущений. Так, согласно второму закону Кеплера угловая скорость спутника при движении по эллиптической орбите тем меньше, чем дальше он удален от центра Земли. Иными словами, скорость его движения в районе апогея существенно медленнее, чем в перигее, что и позволяет при расположении апогея в Северном полушарии достичь такой продолжительности связи. Однако это необходимое, но недостаточное условие.

Дело в том, что возмущения, вносимые фигурой Земли, приводят к тому, что линия апсид прецессирует. Анализ математических зависимостей, описывающих движение спутника в реальном поле сил, позволяет среди множества орбит найти ту, у которой эта прецессия равна нулю. Ее наклонение оказывается равным порядка 63°.

Еще более приспособленной для целей связи оказалась геостационарная орбита. Известно, что создать искусственный спутник, который был бы неподвижным в межпланетном пространстве, вообще говоря, нельзя. Но его можно вывести так, чтобы, перемещаясь по отношению к звездам, он оставался неподвижным для наблюдателя на Земле. Такой спутник принято называть стационарным, то есть неподвижным, хотя более точно было бы назвать его геостационарным — неподвижным относительно какой-либо точки земной поверхности.

Каковы же должны быть параметры орбиты такого спутника?

Принято считать, что Земля совершает один оборот относительно своей оси за 24 часа. Это верно лишь отчасти. Например, меридиан, на котором расположена Москва, действительно пересекает линию Земля — Солнце через 24 часа, но по отношению к направлению на неподвижную звезду он совершает один оборот лишь за 23 часа 56 минут 04 секунды. Поэтому спутнику за это время нужно сделать один оборот вокруг оси Земли, чтобы его обращение по орбите было синхронным вращению Земли. Однако не всякий синхронный спутник будет стационарным. Для того чтобы он казался для наблюдателя на Земле неподвижным, плоскость его орбиты должна быть перпендикулярна оси вращения Земли.

В этих условиях единственно возможной остается орбита, след которой проходит по экватору, и, значит, наклонение ее равно нулю. Высота же орбиты должна равняться 35 800 километрам. Эта орбита хороша тем, что спутник «видит» с нее почти 40 процентов поверхности Земли. Вот почему с каждым годом растет число геостационарных спутников прежде всего для связи. Сейчас на этой орбите уже стало тесно. Мало того, космические аппараты еще и старятся, прекращают свою работу.

Что же делать, ведь на место отработавшего надо ставить новый?

И тут нам снова на помощь приходит Земля. Спутник, прекративший свою работу, почти незаметно начнет двигаться вдоль орбиты. А на ней есть две так называемые «потенциальные ямы», районы, попав куда он останавливается, точно корабль, бросивший якорь. Только морской корабль может сняться с якоря, а космический из «потенциальной ямы» выбраться уже не может, тут он остается навсегда. Районы, где отсутствует дрейф спутников, совпадают с малой осью экваториального сечения Земли и находятся над Индийским и Тихим океанами. Их называют кладбищем стационарных спутников. Отработавший космический аппарат, подобно престарелому слону, гонимому инстинктом на кладбище своих предков, начнет дрейфовать на кладбище спутников — в ближайшую «потенциальную яму». А освободившееся место займет новый спутник, чтобы продолжить службу своего предшественника.

Геостационарные спутники проще всего выводить на орбиту со стартовых площадок, расположенных на экваторе. И вот почему. Изменение наклонения после выведения космического аппарата на орбиту — самая дорогостоящая операция. Например, для полета на Луну с территории СССР требуется меньше топлива, чем для выведения спутника на стационарную орбиту, хотя последняя более чем в 10 раз ближе к нашей планете. Из всей энергии, затрачиваемой в этом случае на выведение, примерно половина уходит на поворот плоскости орбиты. Однако существует схема, которая позволяет экономить топливо и в общем случае.

Если спросить любого человека, целесообразно ли лететь на самолете из Москвы в Киев через Владивосток, то он, несомненно, подумает, что с ним шутят. Ясно, что такой обходной маневр связан с огромной и ненужной затратой топлива. Иначе обстоит дело в космосе, в частности при выведении спутника на стационарную орбиту. Для стартовой площадки, расположенной, например, выше 49 градусов по широте, с орбиты ожидания спутник переводится на переходную орбиту с высотой апогея, намного превышающей высоту стационарной орбиты.

В апогее осуществляется второе включение двигателя для перехода на вторую переходную орбиту, которая находится уже в плоскости экватора и перигеем касается стационарной. Третий раз двигательная установка включается в перигее второй переходной орбиты, то есть на высоте стационарной орбиты, для того чтобы снизить скорость спутника и предотвратить его уход вверх. Как ни парадоксально на первый взгляд, но именно использование переходной орбиты с апогеем, намного превышающим высоту стационарной орбиты, дает энергетический выигрыш. Оказывается, что с увеличением высоты энергозатраты на изменение наклонения орбиты, которые являются определяющими в общей доле затрат, уменьшаются. В итоге схема становится более экономичной.

Естественно, приведенная схема не единственная. В зависимости от обстановки, конкретных условий возможны и другие.

Космические антенны

Многие космические объекты, порой даже невидимые в самые сильные оптические телескопы, удается регистрировать по испускаемому ими радиоизлучению. А ведь радиофон несет в миллионы раз меньшую энергию, чем световой поток. Оказывается, такой разительный контраст между видимым и радиоизлучением обусловлен особенностями поглощения и рассеяния электромагнитных волн на пути от источника к приемнику.

Космические радиотехнические средства используются почти исключительно в УКВ-диапазоне. Дело тут вот в чем. Прилегающий к поверхности нашей планеты газовый слой (тропосфера) содержит повышенную концентрацию водяных паров и кислорода, которые поглощают волны миллиметрового и оптического диапазона. А в ионосфере (50–280 километров) находится несколько слоев с повышенной концентрацией свободных электронов, которые не пропускают длинные радиоволны. Отразившись, как от зеркала, они возвращаются на Землю.

Это свойство, необходимое и достаточное для земной радиосвязи, становится основной помехой для космической. Волны УКВ-диапазона (сантиметровые, дециметровые и метровые) проходят сквозь эти преграды. Поэтому они используются для связи со спутниками. Что же касается возможности приема, то она прежде всего связана с площадью антенн.

Диаметр зеркала самого крупного, в мире оптического телескопа равен 6 метрам, а поворотного радиотелескопа — 100 метрам. Такое увеличение площади антенны позволило значительно раздвинуть рамки наблюдения Вселенной — до расстояния 10 миллиардов световых лет. Осваивать такие дальности связи в космонавтике пока нет необходимости. Однако этот пример наглядно иллюстрирует не только возможности радиоинструментов, но и направление развития космических радиосистем.

Обеспечить большую мощность излучения со спутника трудно. Ведь возможности ракет-носителей ограничены. А это, в свою очередь, вызывает ограничение массы и габаритов устанавливаемой на спутниках аппаратуры. Компенсировать эти ограничения можно лишь за счет установки мощных радиосредств на Земле. Их-то и используют для управления движением космических аппаратов, контроля траектории их полета, приема и передачи телеметрической и научной (прикладной) информации, связи с космонавтами.

Если к этому добавить различия в дальности и скорости полета спутников, способах их ориентации и стабилизации, то становится ясным, насколько разнообразны должны быть радиолинии. И наиболее заметно это сказывается на антеннах. Сейчас их насчитывается несколько десятков, отличающихся друг от друга размерами, формой и другими параметрами. Наиболее распространена параболическая антенна, используемая в дециметровом и сантиметровом диапазонах волн. Она состоит из металлического зеркала в виде параболоида вращения и облучателя, помещенного в фокусе.

Принцип ее действия основан на явлениях, общих для радиотехники и оптики. Так, световые лучи, исходящие от источника, находящегося в фокусе такого зеркала, после отражения от него становятся параллельными. Каждый элемент поверхности параболоида можно рассматривать как источник переизлучения электромагнитной энергии.

А как изменяется интенсивность излучения за пределами раскрыва параболоида? Реальная параболическая антенна излучает энергию во всех направлениях, а вследствие конечных размеров зеркала даже назад. Однако максимум ее приходится в направлении оси. Изменение плотности электромагнитной энергии вне главного лепестка характеризуют так называемые боковые лепестки диаграммы направленности.

При малой длине волны (единицы и десятки сантиметров) любое отклонение формы зеркала от заданной вызывает изменение диаграммы направленности, искажает, расширяет главный и увеличивает боковые лепестки. Поэтому зеркало параболической антенны диаметром в несколько метров изготовляют с точностью до нескольких миллиметров. Кроме того, конструкция его должна быть достаточно жесткой, исключающей деформацию под воздействием ветра, собственной тяжести и динамических нагрузок. Снег, дождь, обледенение зеркала тоже влияют на диаграмму направленности. Чтобы уменьшить их воздействие, а также защитить антенны от ветра, их иногда полностью покрывают колпаками из особого радиопрозрачного материала.

Диаграммы направленности любой антенны при приеме и передаче совпадают. Поэтому в том и другом случае может использоваться одна и та же антенна. При импульсном излучении вследствие разнесения по времени передаваемого и принимаемого сигналов она поочередно подключается к передатчику или приемнику. Чтобы использовать одну и ту же антенну при непрерывном излучение, передаваемый и принимаемый сигналы разносят по частоте. Электромагнитная энергия от передатчика к облучателю и от облучателя к приемнику передается с помощью волноводно-фидерного тракта.

Обеспечивает требуемую направленность параболической антенны при слежении за спутником оператор. С помощью электромеханических устройств он перемещает антенну раздельно в горизонтальной и вертикальной плоскостях. При программном управлении антенна сопрягается с вычислительной машиной. ЭВМ рассчитывает изменение углов в зависимости от времени и управляет антенной, а в автоматическом сопровождении она принимает сигнал и направляет его в замкнутую систему автоматического регулирования.

В космических радиолиниях метрового и нижней части дециметрового диапазонов волн используются спиральные антенны. Они представляют собой проволочные спирали, прикрепленные к металлическим дискам и питаемые через коаксиальный кабель. Его внутренний провод подсоединяется к спирали, а наружная оболочка — к диску, расположенному перпендикулярно оси спирали. При этом на одном диске может быть несколько конических или цилиндрических спиралей.

Направленные свойства спиральной антенны существенно зависят от соотношения диаметра спирали и длины волны. Это отношение обычно равно 0,25–0,45. Максимальное излучение такой антенны направлено вдоль ее оси. Ширина диаграммы направленности составляет несколько градусов. Перемещается антенна оператором или автоматически. Диск спиральной антенны предназначен для ослабления излучения в задней полусфере. У конических спиральных антенн диапазон рабочих частот более широкий, чем у цилиндрических. Спиральные антенны просты в эксплуатации, производство их дешево.

Излучение и прием электромагнитных колебаний на борту спутника осуществляются с помощью простых, надежных антенн рассмотренных выше типов. Применяются также несимметричный штыревой вибратор, рупорные, щелевые, турникетные и линзовые антенны.

В последние годы все больший интерес проявляется к антеннам нового типа — так называемым фазированным антенным решеткам (ФАР). Они представляют собой множество (сотни, тысячи и даже десятки тысяч) элементарных излучателей. Запитывают их последовательно или параллельно через специальные элементы — разветвители, усилители, фазовращатели и коммутаторы. На каждом элементарном излучателе получают требуемую величину и фазу электромагнитного поля. Управляет всеми элементами ЭВМ. Меняя величину и фазу электромагнитного поля на каждом облучателе по заданному закону, можно изменять форму диаграммы направленности ФАР, число и взаимное расположение главных лепестков излучения, перемещать их любым образом в пространстве.

Возможность формирования требуемого распределения электромагнитного поля электрическим способом позволяет делать ФАР практически любой формы, наиболее согласующейся с конструкцией того объекта, на котором предусматривается их установка. Фазированным антенным решеткам принадлежит будущее.

Таким образом, зная, как проходит трасса, расположение зон радиовидимости и наземных средств обеспечения космического полета, можно определить продолжительность связи космического аппарата с каждым КИП. Эти сведения позволяют планировать работу не только КИК, но и бортовой аппаратуры. Так для дистанционного зондирования Земли определяются условия и время съемки. Все эти задачи решают ЭВМ, размещенные в ЦУП и на КИП.

Управление спутниками

Когда речь заходит об управлении космическими аппаратами, обычно прежде всего говорят о динамических операциях — выводе орбитальных станций на монтажную орбиту, сближении и стыковке, спуске транспортных кораблей. Но есть и другая, не менее важная сторона — управление работой бортовыми системами: включение и выключение аппаратуры, поддержание требуемых режимов работы приборов, агрегатов. Именно это и является определяющим для спутников связи, навигации, изучения окружающей среды и природных ресурсов Земли.

Для управления космическими аппаратами разрабатываются команды двух типов. Одни управляют движением спутника, другие — работой его аппаратуры. По своей форме и принципам передачи они идентичны, различаются лишь методами расчета.

Итак, команда из ЦУП поступает по линии связи на КИП, с которого и идет непосредственное управление спутником. Каждая командная радиотехническая станция имеет пульт выдачи команд, программно-временное устройство, аппаратуру кодирования информации, радиопередатчик и антенну.

Вспомните принцип космической радиосвязи. Устойчивой она бывает лишь в пределах прямой радиовидимости. Это значит, что управлять спутниками, находящимися на низких околоземных орбитах, где радиовидимость ограничена несколькими минутами, с помощью команд довольно сложно, а иногда и невозможно. Как, например, управлять работой аппаратуры метеоспутника с помощью команд в акватории Мирового океана? А ведь именно там это крайне необходимо. Вот почему наряду с командами используют и программное управление.

Программу можно представить как совокупность слов, каждое из которых состоит из команд и времени, определяющего момент их исполнения. Различают жесткую и гибкую программы. Первая обычно закладывается в бортовое программно-временное устройство при подготовке спутника к запуску. По радиолинии передается лишь одна команда, по которой и начинает исполняться программа. Такой метод управления наиболее простой и надежный. Однако жесткая программа не может отслеживать изменение обстановки и не поддается коррекции после выведения спутника. Жесткий программник, как его обычно называют, можно сравнить с проигрывателем, в котором без смены пластинки мелодии не изменить. «Сменить мелодию» на борту спутника с жестким программным управлением еще сложнее, ведь на Землю его для этого не вернешь.

Более совершенен метод управления по гибкой программе, которую можно полностью или частично изменить во время сеанса радиосвязи. Здесь тоже есть аналогия, подобная той, что приведена выше. Гибкая программа сравнима с записью на магнитной ленте, которую при желании можно полностью или частично заменить, не вынимая из магнитофона. В гибкой программе команды и время их исполнения рассчитываются в ходе полета спутника и передаются в бортовое программно-временное устройство по радиолинии. Естественно, в этом случае возрастает сложность программно-временного устройства, снижается надежность, но зато реализуются широкие возможности для управления бортовыми системами и, следовательно, повышается эффективность использования космических средств.

Не исключаются и промежуточные варианты, когда возможны в некоторых пределах коррекция выдачи команд либо изменение значений самих команд.

Программно-временные устройства, используемые в космической технике, довольно разнообразны. Они могут быть механическими, электрическими, электронными. Первые два используются для реализации жесткой программы, а последнее, более точное и компактное, — гибкой. Принцип работы простейшего программно-временного устройства таков. Генератор частоты постоянно вырабатывает импульсы, но попасть в счетчик они могут лишь с поступлением на борт команды «Пуск программы». С этого момента замыкается электрическая цепь, связывающая часы с распределителем команд. Далее в зависимости от заложенной программы в требуемые моменты времени распределитель выдает командные сигналы в бортовые системы спутника.

Как известно, в процессе полета спутника возможны его отклонения от расчетного движения. В связи с этим в распределителе команд предусмотрено изменение (правда, в небольших пределах) коэффициента деления счетчика импульсов. Его значение задается радиокомандой «Коррекция программы». В зависимости от необходимости изменения времени начала работы той или иной бортовой системы таких команд может быть несколько.

Для реализации гибкой программы требуется более сложное программно-временное устройство. Но прежде чем рассмотреть его работу, остановимся на основных принципах передачи и приема информации. Команды, поступившие из ЦУП на КИП, передаются на спутник по радиолинии с помощью кода — совокупности возможных радиосигналов или, как их часто называют, кодовых комбинаций. Элементы, образующие алфавит кода, могут различаться по частоте, фазе и амплитуде. В этом смысле «радиоалфавит» располагает несколько большими возможностями по сравнению с общепринятым.

Управление полетом космическими аппаратами-спутниками немыслимо без использования вычислительной техники. А она, как известно, использует двоичные коды. Поэтому при радиоуправлении в системе «ЭВМ — источник команды и линия ее передачи» принят единый код. Кроме того, при передаче команд обычно используются различные счетчики, делители частоты, запоминающие устройства, наиболее простая реализация которых также возможна при двоичном коде.

Что касается аппаратуры, участвующей в радиоуправлении, то ее принято подразделять на передающую и приемную. Первая включает в себя кодирующее и передающее устройство, а вторая — приемное и декодирующее.

Заметим, что реальная аппаратура разрабатывается с учетом таких особенностей, как большие расстояния передачи радиосигналов, значительная скорость перемещения спутников в пространстве, высокая точность привязки команд к единому времени и наличие большого количества радиопомех. Что касается радиопомех, то это могут быть атмосферные и электрические шумы, паразитные излучения источников электромагнитных колебаний, помехи от соседних по частоте и местоположению радиопередатчиков. Каждая из них может привести к нарушению управления. Теоретически возможны три случая искажения команд. Во-первых, когда декодирующее устройство вообще не регистрирует кодовую комбинацию. На ее месте в приемном устройстве появится пропуск. В этом случае говорят, что кодовая комбинация подавлена. Во-вторых, возможна трансформация команды, и в приемном устройстве появится ложная команда. В-третьих, ложная команда может быть сформирована за счет только одних помех.

Вероятность искажения команд зависит от продолжительности включения приемника и выбранного кода. В реальных условиях приемник включают незадолго до начала сеанса и выключают сразу по его окончании. Поэтому при случайных помехах имитация команд практически исключена. А вот трансформация кодовых комбинаций возникает довольно часто, и с ней приходится бороться. Здесь прежде всего помогает увеличение мощности передатчика, что позволяет уверенно отличить элементарный сигнал от помехи.

Второй путь — повышение помехоустойчивости элементарного сигнала. Сейчас разработаны многочисленные способы построения и приема помехоустойчивых сигналов. Один из них предусматривает, например, применение избыточного кода.

Однако более надежной и получившей широкое применение считается радиолиния с обратным каналом связи, по которой на передающую сторону поступают сведения о принятой на спутнике информации. В этом случае записанная в регистре кодовая комбинация ретранслируется на Землю. Здесь она поразрядно сравнивается с исходной, и при полном совпадении на спутник дается сигнал, разрешающий ее исполнение. При обнаружении ошибки запись в регистре стирается, и вся операция повторяется сначала. Естественно, это не единственный способ защиты командной радиолинии, но ограниченность объема не позволяет останавливаться на этом вопросе.

Как же работает бортовое программно-временное устройство?

Все начинается с поступления команды «Запись программы». Прием, запись и хранение информации сопровождаются рассмотренными мерами по сохранению достоверности принимаемой программы. Завершается запись разовой командой «Пуск программы», которая тут же переводит запоминающее устройство в режим исполнения программы. Кодовая комбинация, содержащая первую по времени исполнения команду и код ее времени, переводится в регистр. Здесь временная часть хранящегося в ней слова сравнивается с текущим временем. В момент их совпадения командная часть слова посылается в распределитель команд, а в регистр из запоминающего устройства поступает следующая кодовая комбинация.

Использование принципов программного управления, как и программно-временных устройств, не является привилегией космической техники. Они нашли широкое применение в народном хозяйстве. Космонавтика вобрала и будет вбирать в себя технический опыт смежных областей техники. В свою очередь, многие решения, впервые апробированные в космической технике, стали достоянием других отраслей народного хозяйства.

Увидеть невидимое

Первые попытки производить измерения и управлять работой машин на расстоянии относятся к концу XIX века. По предложению французского ученого Э. Бранли новому направлению дали название «телемеханика». А в начале века наряду с Францией проблемой дистанционного управления движущимися объектами стали заниматься ученые Испании, Италии, Германии. В нашей стране первые работы в этой области появились в 20-х годах, а дальность действия советских телемеханических систем, например, в 1925 году не превышала 25 километров. Свое применение они нашли вначале на железнодорожном транспорте и энергосистемах.

В послевоенные годы в развитии телемеханических систем был сделан качественный скачок. На смену релейно-контактным элементам пришли полупроводниковые и магнитные, а затем и электронные устройства. Изменилось и их название. Теперь эти системы стали называть телеметрическими. Возросла и область их применения. Сегодня трудно назвать какую-либо отрасль народного хозяйства, где они бы не использовались. Дистанционное управление космическими аппаратами впервые применили в мае 1958 года, когда на орбиту был выведен третий советский ИСЗ.

Датчики, устанавливаемые на борту спутника и ракеты-носителя, измеряют и контролируют температурные режимы наиболее ответственных узлов, давление, вибрации, перегрузки и многие другие параметры. Они обеспечивают контроль за работой систем управления, автоматики, пневмогидросистем, отдельных блоков и приборов. По измеряемым параметрам или, как говорят специалисты, по телеметрии, судят о годности бортовой аппаратуры, принимают решение о переходе при необходимости на резервный комплект. Сегодня она стала основным видом контроля за работой космической техники.

Сбор информации, передачу ее на Землю, доставку в ЦУП и представление специалистам для изучения и анализа осуществляет телеметрический комплекс. В него входят бортовая телеметрическая аппаратура, наземные приемо-регистрирующие станции, аппаратура обработки информации, различные виды каналов связи.

Телеметрический комплекс должен обеспечивать полноту, высокое качество и оперативность доставки информации. Первое требование приводит к тому, что количество телеметрических датчиков оказывается достаточно большим. Так, на спутниках типа «Молния» число контролируемых параметров составляет около 500, а на пилотируемых кораблях «Союз» и станциях «Салют» — 2000–3000, а иногда и больше.

Что же касается принимаемой информации, то цифры здесь поистине астрономические. Например, с орбитального комплекса «Салют-7» — «Союз» ежесекундно принималось и обрабатывалось около 800 тысяч единиц информации, что по объему равносильно почти тексту этой книги. Такой поток, если не принять меры к тому, чтобы направить его в регулируемое русло, может забить буквально все каналы связи. Ведь пропускная способность каждого из них ограничена.

Каким же образом совмещают полноту, оперативность и качество получаемой информации?

Прежде всего путем уплотнения каналов. Известны два таких способа — частотный и временной. Первый основан на разнесении частот сигналов от различных датчиков, что значительно повышает производительность одного канала. На Земле, используя частотный фильтр, сигналы восстанавливают. При временном уплотнении вводится система бортовой коммутации, с помощью которой осуществляется поочередный опрос датчиков. Причем фиксируется только мгновенное показание датчика, после чего опрашивается следующий. Таким образом, телеметрические данные, передаваемые через радиоканал, представляют собой цепочку зашифрованных сигналов с определенной последовательностью опроса.

В соответствии с этими способами уплотнения разрабатывается и телеметрический комплекс. Частотный реализуется в аналоговых системах, где сигналы сохраняют свою форму, а временной в цифровых, в которых они квантуются по времени и амплитуде. Каждая из этих систем, естественно, имеет свои преимущества и недостатки. Поэтому их применение определяется прежде всего видом получаемой информации.

Режим работы бортовых телеметрических систем существенно зависит от продолжительности связи с Землей. Как правило, эта связь ограничена, поскольку спутники находятся в зонах радиовидимости наземных пунктов относительно короткое время. Телеметрический же контроль должен вестись в процессе всего полета. Как найти выход из этого положения?

Мы уже говорили о трудностях, связанных с передачей большого потока измерений. В телеметрических системах наряду с уплотнением каналов применяется и бортовая обработка информации, чаще всего с целью изъятия избыточных сведений. Дело в том, что многие параметры изменяются довольно редко. Поэтому передавать их каждый раз не требуется. Возможна и смысловая обработка, когда сброс данных производится только в случае аномального поведения контролируемых параметров. Таким путем удается разгрузить радиолинию и наземный комплекс обработки информации и повысить автономность работы телеметрических систем.

Обработка информации в телеметрических системах в основном автоматизирована. Она осуществляется с помощью универсальных и специальных электронных вычислительных машин. Предусмотрено два варианта использования аппаратуры автоматической обработки информации. В первом, так называемом экспресс-режиме, программа обработки закладывается в аппаратуру измерительного пункта из ЦУП перед сеансом связи. Информация со спутника поступает в информационно-вычислительный комплекс ЦУП, и результаты обработки передаются на средства отображения.

Специалисты оперативно и в наглядной, легко воспринимаемой форме получают представление о работе подведомственных систем. Полученные данные здесь же документируются. Эта обработка приемлема только для тех параметров, по отклонению которых от нормы могут быть выданы управляющие команды. Здесь же обрабатываются данные о состоянии космонавтов. Во втором режиме телеметрическую информацию, прежде чем отправить в ЦУП, обрабатывает вычислительный центр КИП. Сомнительные и явно выпадающие из нормы данные отбрасываются, образно говоря, информация очищается и сжимается.

Окончательная ее обработка производится в последующий период. Эта информация позволяет судить как о работе отдельных систем, так и космического аппарата в целом. По результатам принимаются решения на дальнейшее совершенствование или доработку бортовых систем. Современные телеметрические станции обладают универсальностью, что позволяет им работать с космическими аппаратами всех типов, которые должны обслуживать наземные средства обеспечения полета.

Крымский радиотелескоп

В ноябре 1981 года в южных районах нашей страны разыгралась стихия. Ураганный ветер, трехдневный снегопад и снова ветер. Его напора не выдерживали крыши многих домов. Валились деревья, телеграфные столбы. Черное море разбушевалось так, что поселок Прибрежный возле Евпатории оказался затопленным и несколько дней напоминал Венецию. Недалеко от причала на мель выбросило сухогруз…

Следы стихии я видел по дороге в Центр дальней космической связи, где в те дни планировалась работа с автоматическими межпланетными станциями «Венера-13» и «Венера-14», которые должны были передать панораму поверхности таинственной планеты. «Как-то там справились со стихией?» — с беспокойством думал я. Одна только антенна радиотелескопа РТ-70 чего стоит! По площади она превышает футбольное поле. Поднятая же на высоту, эта махина создает парусность, намного большую, чем та, что была у сухогруза, лежавшего у берега. Какой же прочностью должна обладать эта антенна?

Издалека заметил выделявшуюся огромными размерами ослепительно белую чашу, возвышавшуюся над степью. И чем ближе подъезжал к ней, тем больше убеждался в целости ее изящной конструкции. Неожиданно над степью разнесся тревожный вой сирены. Это поступило предупреждение: всем быть внимательными, сейчас этот гигант весом в 4 тысячи тонн оживет! Кого-то сигнал мог действительно насторожить, а мне он доставил радость: цела антенна! Разум конструкторов, точность инженерных расчетов, добросовестный труд рабочих и мужество обслуживающих ее людей победили стихию.

И точно. Несколько минут спустя антенна, повинуясь заданной оператором программе, плавно и непринужденно пришла в движение. Через некоторое время она как будто вновь замерла. Стереотипное понятие о том, что антенна, поймав сигнал, нацеливается в заданную точку небосвода, в данном случае будет ошибочным. На самом деле она двигалась за источником информации, но движение это зарегистрировать может лишь ЭВМ.

Крымский радиотелескоп создавали многие коллективы под общим руководством М. С. Рязанского. По разнообразию режимов работы, остроте «зрения», количеству диапазонов волн и способности практически мгновенно переходить от одного к другому, а также по стабильности основных характеристик РТ-70 является одним из лучших в мире. Его разработчики решили широкий комплекс радиотехнических, конструктивных, инженерно-технических и строительно-монтажных задач.

В то же время специалисты позаботились об универсальности антенны, которая может использоваться для связи с автоматическими станциями, быть основным элементом радиотелескопа, позволяющего исследовать самые далекие объекты Вселенной, или радиолокатором при зондировании планет.

Антенна состоит как бы из трех основных частей: железобетонной башни-фундамента высотой 16 метров, поворотной платформы и зеркальной системы. Башня-фундамент воспринимает нагрузку через шарикоподшипник, который уникален по своим размерам: между двумя обоймами диаметром 22 метра катаются 300 пудовых «шариков». Нижняя обойма крепится к фундаменту, отнивелированному с точностью до 0,1 миллиметра, а верхняя — к поворотной платформе. Этот шарикоподшипник вместе с шестеренчатой системой поворота обеспечивает вращение антенны в горизонтальной плоскости.

Поворотная платформа имеет сложную конструкцию, основу которой составляют зубчатый сектор, вращающийся на цапфах в двух подшипниках горизонтальной оси, и противовесы главного зеркала. В движение ее приводят электросиловые приводы, которые отслеживают цифровой код управления, задаваемый ЭВМ.

Третья часть антенны — зеркальная система крепится к поворотной платформе. Ажурный каркас главного зеркала собран из множества стальных труб, а 1188 алюминиевых щитов, составляющих рефлектор, насаживаются на регулируемые шпильки, закрепленные на каркасе. Это позволило провести монтаж зеркала, выполненного в виде 14 концентрических кругов, с требуемой точностью.

Устойчивость космической связи достигается в том случае, когда размеры главного зеркала антенны в сотни и даже в тысячи раз превышают длину радиоволны. Если учесть, что ее диапазон лежит в пределах от 3 до 40 сантиметров, то становится ясным, насколько громоздким оно должно быть. А это и приводит к возникновению трудностей.

Качество любой антенны оценивается коэффициентом ее использования, который зависит от формы главного зеркала и дефектов его изготовления, совершенства облучателя, степени затенения зеркала элементами крепления контррефлектора. Еще совсем недавно этот коэффициент составлял 0,5–0,6, а это означает, что в лучшем случае 40–50 процентов площади зеркала практически пропадает. Вот и получается, что, строя антенну диаметром 60 метров, реально получают только 45. Не правда ли, обидно впустую тратить металл, энергию. Кроме того, с ростом диаметра зеркала увеличиваются сроки строительства, возрастает его стоимость.

Существенный вклад в решение этой проблемы внес член-корреспондент АН СССР Л. Д. Бахрах. Он предложил заменить традиционную параболическую форму главного зеркала квазипараболической. Такая форма рефлектора помогает добиться более равномерной освещенности его поверхности. Тогда и энергия облучателя используется почти полностью. Если бы не затенение от опор контррефлектора и дефекты изготовления зеркала, коэффициент использования поверхности квазипараболической антенны был бы близок к единице. Новый профиль зеркала нашел первое воплощение в антеннах спутниковой связи, в частности земных станциях «Орбита» и «Москва».

С увеличением диаметра зеркала неизбежно встает еще одна проблема: борьба с деформациями. Их величина растет пропорционально квадрату диаметра зеркала. Так, у 70-метровой антенны деформация в восемь раз больше, чем у 20-метровой, и достигает трех-четырех сантиметров. Вот тут-то и начинаются трудности, ведь неровности формы не должны превышать десятой доли длины волны.

И из этого, казалось бы, безвыходного положения выход был найден. Советский конструктор радиотелескопов П. А. Калачев и немецкий конструктор С. фон Хорнер независимо друг от друга предложили идею, которая сводилась к следующему. Поскольку от деформации избавиться нельзя, то не попытаться ли рационально использовать новую форму зеркала, запланировав ее изменение в процессе проектирования?

Комбинируя смещение контррефлектора и облучателя в зависимости от деформации, можно добиться требуемого хода лучей. Позже, при разработке антенны РТ-70, был найден закон распределения деформации по поверхности произвольной формы для двухзеркальной системы, то есть найдено решение в общем виде. В результате коэффициент использования антенны был поднят до 0,8.

Радиотелескоп был опробован в декабре 1978 года во время работы с автоматическими межпланетными станциями «Венера-11» и «Венера-12». Тогда благодаря его чувствительности ученые смогли определить параметры движения спускаемых аппаратов в атмосфере планеты. С тех пор проведено немало космических, радиоастрономических и радиолокационных исследований, в которых с помощью РТ-70 получены качественно новые результаты.

По сравнению с другими отечественными центрами дальней космической связи крымский радиотелескоп в различных диапазонах волн в 10–35 раз более чувствителен к сигналам, приходящим от автоматических межпланетных станций. Во столько же раз выше скорость приема научной информации, передаваемой с борта этих станций. Это особенно важно для исследования Венеры, поскольку время спуска аппаратов на ее поверхность занимает несколько часов. Именно возможности крымского радиотелескопа обеспечивали прием цветной фотопанорамы поверхности Венеры в 1981 году, информации о локации поверхности планеты аппаратурой станций «Венера-15» и «Венера-16» в 1983 году и в экспериментах с аэростатными зондами «Вега-1» и «Вега-2» в 1985 году.

Интересные результаты получили советские ученые при радиолокации планет. Измерения межпланетных расстояний, выполненные с помощью крымского и других радиотелескопов, легли в основу уточненной теории движения внутренних планет (Меркурия, Венеры, Земли, Марса). Она дает поразительные результаты: в 50–100 раз точнее классической позволяет прогнозировать движение этих планет. Это очень важное достижение. Баллистики получили весьма тонкий инструмент для расчета межпланетных траекторий космических аппаратов.

Антенна РТ-70 дала возможность увидеть рельеф ближайших к нам планет с разрешением по дальности до 1,2 км. В частности, на Марсе определен профиль горы Олимп, максимальная высота которой 17,5 километра.

Этот телескоп позволил радиоастрономам регистрировать слабые источники космического излучения, исследовать их спектр в недоступном ранее диапазоне волн (например, на длинах волн 1,35 и 0,8 см). А именно они несут важную информацию о структуре и движении объектов Вселенной.

Радиоастрономы, опираясь на опыт предшественников, в целях достижения лучшего разрешения стали «объединять» радиотелескопы в радиоинтерферометры с базой чуть ли не в диаметр Земли. Такой антенный дуэт позволяет достичь разрешения в 0,001 секунды, что в 20 раз лучше, чем у самого крупного оптического телескопа. В частности, совсем недавно крымский радиотелескоп был участником такого дуэта в исследованиях кометы Галлея. А в 1979 году советские ученые создали первый в мире космический радиоинтерферометр, в который вошли РТ-70 и установленный на орбитальной станции «Салют-6» радиотелескоп КРТ-10.

Таковы первые, в ряде случаев рекордные, достижения советских ученых при работе с РТ-70. Как всякий новый и совершенный инструмент, он не раскрыл пока полностью своих возможностей, и мы, несомненно, еще станем свидетелями новых космических свершений с использованием крымского радиотелескопа.

«Космическая» флотилия

Вот что говорил шеф советского «космического» флота Иван Дмитриевич Папанин, известный полярник, дважды Герой Советского Союза, доктор географических наук, возглавлявший Отдел морских экспедиционных работ АН СССР: «Достаточно бегло взглянуть на глобус: он большей частью голубой. Под водой скрыты чуть ли не три четверти земной поверхности. Иначе говоря, радиогоризонт наземных станций ограничен. И, естественно, они рано или поздно теряют космический объект из виду, перестают его слышать, не могут управлять им. А если необходимо связаться с космонавтами, откорректировать траекторию ИСЗ или межпланетной станции как раз в тот момент, когда объект наблюдения вне поля зрения наземных станций? Выход единственный — развернуть сеть передвижных станций слежения в морях и океанах.

Таких кораблей раньше не строили. Задача, стоявшая перед учеными, радиотехниками, корабелами, создавшими первенец „космического флота“, была исключительно сложна. Корабль должен был быть достаточно просторным, чтобы на палубах его разместились гигантские антенны, а в каютах и в трюме — сотни исследователей, тысячи приборов, целый научный институт. Он должен был быстро и четко находить заданную точку океана — для работы в космосе нужно точно знать свои координаты, — и, наконец, в любую бурю палуба его должна быть такой же неподвижной и устойчивой, как скала, — любая, даже самая малейшая качка пагубно сказалась бы на работе антенн и других приборов.

А в общем, он должен сочетать в себе свойства быстрого и надежного корабля с точностью движения ракеты и исследовательские возможности института».

Суда в океане располагаются так, чтобы исключить так называемые глухие витки космических аппаратов. Например, при пилотируемых околоземных полетах из 16 суточных витков 5–6 находятся вне радиовидимости с территории Советского Союза, то есть перерыв в связи может достигать 9 часов.

Расчеты показывают, что уже два корабельных командно-измерительных пункта, находящиеся в определенных точках Атлантического океана, могут исключить глухие витки и обеспечить практически непрерывность контроля за космическим полетом. Это наглядный пример того, что для непрерывной радиосвязи с космическими аппаратами требуется равномерное распределение пунктов КИК по всей планете. Именно это и послужило причиной создания «космической» флотилии. А история ее такова.

В 1959 году намечался запуск первой автоматической межпланетной станции. По баллистическим расчетам для контроля за ее полетом на начальном участке требовалось разместить КИП в районе Гвинейского залива в Атлантическом океане. Вот тогда и было проведено исследование с участием моряков, баллистиков, радистов и представителей других специальностей с целью найти выход из создавшегося положения.

Надо сказать, что при этом решался не только вопрос, связанный с полетом первой автоматической межпланетной станции. Необходимо было в принципе определить будущую техническую политику обеспечения космических полетов. После рассмотрения многих проектов специалисты пришли к выводу о необходимости создания плавучих командно-измерительных пунктов на океанских судах. Их потенциальные возможности виделись в способности каждого из них менять место своей работы от одного сеанса связи к другому и тем самым ликвидировать тот пробел, о котором шла речь.

Любое начинание, естественно, требует времени. А его-то как раз для проектирования и строительства специальных судов не было. Поэтому под первые корабельные измерительные пункты были переоборудованы сухогрузные суда торгового флота — теплоходы «Красной дар», «Ильичевск» и «Долинск» Черноморского и Балтийского пароходств. В августе 1960 года они вышли в первый рейс на тренировку, а в феврале 1961 года начали принимать информацию с автоматической межпланетной станции, запущенной в сторону Венеры. Затем последовала работа с кораблями-спутниками, запуск которых предшествовал первому полету человека в космос.

12 апреля 1961 года корабельные измерительные пункты, расположенные в Атлантическом океане и по трассе полета космического корабля «Восток», приняли телеметрическую и научную информацию о полете Ю. А. Гагарина. А на очереди уже стояло обеспечение программы полета космического корабля «Восток-2» с космонавтом Г. С. Титовым и другими. В дальнейшем ни один запуск межпланетных станций и пилотируемых космических кораблей не проводился без участия плавучих измерительных пунктов.

В то трудное для родившегося «космического» флота время судам не хватало даже времени для захода в порт, чтобы пополнить запасы. В их распоряжение был выделен специальный танкер «Аксай». В его обязанности входило снабжение корабельных измерительных пунктов топливом и пресной водой. Одновременно велось проектирование и строительство специальных судов, способных не только принимать информацию, но и управлять работой космических аппаратов — корабельных командно-измерительных пунктов (ККИП).

На любом корабельном командно-измерительном пункте работают специалисты многих профилей. Условно их делят на два коллектива — экипаж и экспедиция. В задачу первого входит судовождение, техническое обслуживание обеспечивающих систем судна, питание, медицинское и бытовое обслуживание персонала. В ведений экспедиции находятся работы с космическими аппаратами и радиотехническим оборудованием судна.

Основным, главным требованием к разработчикам этого нового вида судов было обеспечение технической совместимости оборудования и психологической совместимости персонала. Нельзя, например, поставить на судно высокоточные навигационные приборы и не отвечающие таким же требованиям радиотехническое оборудование и наоборот. Как в том, так и в другом случае качество работы будет соответствовать худшему оборудованию.

Кроме того, к специфическим трудностям — продолжительные рейсы, ограниченность пространства и общения, морская качка — добавляются психологические. Неравноценность оборудования влияет на эмоциональный настрой в каждом коллективе, а в условиях скоротечности и насыщенности сеансов связи, высокой требовательности к качеству выполняемых работ отказы оборудования усугубляют это положение. Поэтому совершенствование судов «космического» флота происходило постепенно. Так же совершенствовались и методики работ. Например, первые сеансы связи проходили на якорной стоянке, потом их научились вести в дрейфе, а сейчас и на ходу.

Опыт работы первых корабельных командно-измерительных пунктов показал необходимость создания судов с высокой автономностью плавания. Это позволяет меньшими силами и средствами решать возложенные на «космический» флот задачи. Как правило, время плавания лимитировали запасы пресной воды. Поэтому современные суда оснащены опреснительными установками. Повышенная автономность плавания, естественно, требует предусмотреть и улучшение условий жизни персонала.

Следующей важнейшей особенностью корабельного командно-измерительного пункта является остойчивость судна и связанные с ней параметры качки на волнении. Конструкторам судов «космического» флота приходится решать одновременно две противоречивые задачи. Достижение небольших углов обзора требует расположения антенн над палубными надстройками. В то же время оптимальное распределение веса для остойчивости судна получается тогда, когда наиболее тяжелые элементы радиотехнической аппаратуры — антенны с их мощными фундаментами и электрическими приводами — расположены ближе к ватерлинии.

Необходимо учитывать и большую парусность антенн. Так, на ККИП «Космонавт Юрий Гагарин» их площадь составляет 1200 квадратных метров. При этом четыре главные антенны вместе с фундаментом имеют массу около 1000 тонн и установлены на 15–20 метров выше уровня ватерлинии. Будучи поставленными «на ребро», они превращаются в паруса, стремящиеся опрокинуть судно. Поэтому при сильном ветре сеансы связи не производятся либо проводятся укороченными из положения «по-походному», то есть направленными в зенит. Именно с такого положения была заложена командно-программная информация на борт корабля «Союз-26» для стыковки с «Салютом-6», когда разыгрался шторм у острова Сейбл, где стоял «Космонавт Юрий Гагарин».

Качка судна на волнении создаст определенные трудности для сеансов связи с космосом. Углы, на которые палуба судна отклоняется от горизонтального положения, могут в десятки раз превышать предельные значения точности наведения антенн во время сеансов связи. Кроме того, снижается и работоспособность персонала экспедиции. Поэтому на судах «космического» флота наряду со стабилизацией антенн обычно пользуются и различными успокоителями качки. Но качка не только ухудшает прием и передачу электромагнитных колебаний, она создает и дополнительные нагрузки на систему стабилизации антенны и корпуса судна в целом. Таким образом, радиотехнические системы, размещенные на корабельном командно-измерительном пункте, предъявляют повышенные требования к прочности и жесткости корпуса судна.

Есть еще одна особенность, характерная для корабельных командно-измерительных пунктов. Ограниченность палубного пространства создает сложную и трудноразрешимую проблему электромагнитной совместимости радиотехнических средств. Дело в том, что на палубе судна сосредоточено большое количество мощных передатчиков и высокочувствительных приемников, которые во многих случаях должны работать одновременно. В этих условиях передатчики, работающие на близких к радиоприему частотах, создают наиболее сильные помехи. Кроме того, мешают также их неосновные излучения. В создании помех существенный вес вносят и переизлучения от мачт, рубки, соседних антенн и других сооружений. Электромагнитная обстановка осложняется еще и тем, что антенны, сопровождая спутник, вращаются.

Каковы же пути борьбы с радиопомехами?

Наиболее простой, напрашивающийся сам собой, так называемый способ пространственного разнесения сигналов. Он предусматривает возможно большее удаление друг от друга передающих и приемных антенн. Его легко реализовать в наземных условиях. Но как это сделать в океане?

На судах приходится рассредоточивать антенны по палубам и мачтам. Приемные антенны стараются разместить, как правило, на носу, а передающие — на корме. Однако основным для ККИП следует считать частотный и временной способы разнесения электромагнитных колебаний. Сущность первого заключается в выборе различных частот для приемных и передающих радиосредств, а второго — в регламентации порядка и времени их включения.

При проектировании корабельных радиотехнических средств, имеющих мощные передатчики, одновременно с электромагнитной совместимостью была проведена экранировка помещений, введена предупреждающая сигнализация.

В океане, как на суше

Возможности корабельного пункта определяются прежде всего его оснащением. На судах водоизмещением от 17,5 до 45 тысяч тонн, таких, как «Космонавт Юрий Гагарин», «Космонавт Владимир Комаров», «Академик Сергей Королев», может быть размещен практически весь комплекс радиотехнических средств, характерных для стационарного командно-измерительного пункта. С их помощью можно передавать команды и программы для управления полетом, измерять параметры движения космического аппарата, принимать телеметрическую и научную информацию, вести радиотелефонные и радиотелеграфные переговоры с космонавтами, иначе говоря, полностью заменить наземный командно-измерительный пункт. Суда водоизмещением до 9 тысяч тонн даже при использовании усовершенствованных радиотехнических систем, более экономичных по габаритам и весу, пока не могут выполнить все функции стационарного командно-измерительного пункта. Поэтому они располагают меньшим составом оборудования и решают более узкий круг задач — прием из космоса телеметрической и научной информации, радиопереговоры с экипажами космических кораблей и орбитальных станций. К этой группе относятся так называемые малые научно-исследовательские суда АН СССР — «Космонавт Владислав Волков», «Космонавт Павел Беляев», «Космонавт Георгий Добровольский», «Космонавт Виктор Пацаев», «Кегостров» и другие.

Принцип работы при управлении полетом, траекторном и телеметрическом контроле, связи с космонавтами тот же, что и на стационарных измерительных пунктах. Поэтому здесь мы рассмотрим лишь вопросы специальные для судов «космического» флота.

Наиболее сложный и интересный из них — определение местоположения судов. Казалось бы, морская штурманская служба существует давно и особых проблем возникать здесь не должно. Однако задача местоопределения корабельного командно-измерительного пункта значительно сложнее задачи определения местоположения морского судна. И сложность ее заключается в разном подходе к точности определения координат.

Если штурманов морских судов интересует положение судна относительно окружающих наземных и морских ориентиров — портов, островов, проливов, отмелей, рифов и других местных ориентиров, то штурман корабельного командно-измерительного пункта должен вывести его в точку, координаты которой задаются в геоцентрической системе координат. А положение наземных ориентиров в геоцентрической системе координат не всегда известно достаточно точно, и может случиться так, что ошибки в их привязке измеряются сотнями метров.

Вот и получается, что в обычном навигационном смысле судно привязано абсолютно точно, а в геоцентрической системе координат, используемой в теории полета космических аппаратов, — недопустимо грубо. Зачем же тогда пользоваться этой системой координат и почему предъявляются повышенные требования к точности местоопределения судов «космического» флота?

Дело в том, что все наземные службы, обеспечивающие космический полет, должны понимать друг друга «с полуслова». Поэтому при наличии множества «собственных» самых различных систем координат все они имеют и общую по содержанию и названию — геоцентрическую экваториальную вращающуюся. Ее начало совпадает с центром Земли, одна из осей — с осью вращения нашей планеты, а две другие лежат в плоскости земного экватора.

Высокая точность привязки корабельных командно-измерительных пунктов требуется потому, что ошибки определения местоположения судна влияют на точность баллистических расчетов и прежде всего на прогноз движения космических аппаратов, то есть на качество работы, для которой они призваны. Конечно, достигнуть в океане той точности привязки, что и на суше, задача пока недостижимая. И все-таки она должна быть во много раз точнее, чем это позволяют традиционные навигационные методы судовождения.

При телеметрических измерениях и передаче команд требуется меньшая точность привязки, чем при траекторных измерениях. Однако и здесь ошибки местоопределения ведут к неточности расчета целеуказаний и программ управления корабельными остронаправленными антеннами и, как следствие этого, к неполноценным сеансам связи.

В последние годы для определения местоположения судов все более широкое применение находят спутники. Возможность применения космических аппаратов для целей навигации стала понятна еще в 50-х годах. Специалисты, анализируя сигналы, отметили, что из них можно извлечь достаточно полные сведения о параметрах орбит спутника. Одновременно было установлено, что возможно решение и обратной задачи: на основе точных сведений о параметрах орбиты определить координаты местоположения станции слежения. Эти результаты послужили причиной сначала исследований и экспериментов, а затем создания спутниковых навигационных систем.

Высота орбиты навигационных спутников выбирается из компромиссных условий, удовлетворяющих точности определения местоположения, оперативности получения информации и масштабности обслуживания. Так, чем выше спутник, тем большее число пользователей может быть обслужено, да и погрешности в определении орбиты, вносимые Землей и ее атмосферой, уменьшаются.

Однако увеличение высоты требует большого количества спутников для сохранения оперативности. Ведь на меньших высотах угловая скорость спутника больше, и измерения могут быть проведены последовательно по одному витку во время пролета спутника над наблюдателем. С увеличением высоты измерения приходится проводить по нескольким спутникам одновременно. Что лучше?

Это зависит от целей навигации. Например, для морских судов точность определения местоположения вполне обеспечивается тысячекилометровой высотой орбиты спутника, для навигации самолетов требуется более высокая орбита.

Сейчас любая из навигационных систем включает несколько космических аппаратов, ряд наземных пунктов КИК и потребителей информации. Итак, параметры орбиты заложены на борт навигационного спутника, и он с постоянной периодичностью передает их в эфир в виде радиосигналов вместе с сигналами точного времени на частотах метрового и дециметрового диапазонов. Положение корабельного командно-измерительного пункта можно определить, измеряя дальности до спутника и углы, характеризующие направление линии визирования. Однако наибольшее распространение пока получил способ, основанный на измерении радиальной скорости спутника относительно судна в нескольких точках.

Для этого на корабельном командно-измерительном пункте, помимо радиоприемной аппаратуры, имеется специализированная вычислительная машина для расчета координат судна. Время определения координат не превышает 3 минут, а погрешность определения места 80–100 метров. Кроме того, измеряя смещение спутниковых сигналов, корабельный командно-измерительный пункт может определить и скорость своего движения.

Дальнейшее повышение точности достигается установкой прецизионных часов. Измеряя дальность до спутников, ККИП, определяет свое местоположение в точке пересечения трех сфер, центром каждой из которых является космический аппарат. Но можно пойти и по другому пути. Например, принимать сигналы не от одного, а от нескольких спутников одновременно. На таком принципе построена американская навигационная система «Навстар», обеспечивающая одновременное нахождение в зоне видимости пользователя не менее шести космических аппаратов.

Сама природа обусловила еще одну особенность корабельных командно-измерительных пунктов. Волнение океана не оставляет без внимания и судно. Под его воздействием оно совершает колебания вокруг всех трех осей. Да и сам корпус не обладает абсолютной упругостью. Этих факторов на стационарных измерительных пунктах нет. Поэтому задача стабилизации и управления антеннами на судах несравнимо более сложная, чем в наземных условиях. Кроме того, необходимо учитывать и возможное изменение курса.

Существует два известных способа стабилизации антенн современных корабельных измерительных пунктов. Естественно, каждый из них имеет свои положительные и отрицательные стороны. Если в одном случае процесс стабилизации включается в контур управления антенной, то в другом эти процессы независимы.

Сущность первого способа заключается в том, что влияние волнения океана на антенну устраняется за счет конструкции с тремя осями вращения, которая учитывает углы качки, рыскания и курса судна. В регистре прибора воспроизведения программы управления, как в цифровой вычислительной машине, хранится информация для расчета данных. При совпадении кодов меток времени, хранящихся в регистре, с метками системы единого времени прибор приступает к расчету данного участка программы, а в регистр поступает следующий.

Так шаг за шагом отрабатывается расчетная программа. Программные углы поступают в аналоговую вычислительную машину. Сюда же приходят поправки на бортовую и килевую качку судна, рыскание и реальный курс из системы местоопределения. Кроме того, в машину вводятся сигналы поиска коррекции, расширяющие возможные углы обзора антенны. Электрический силовой привод преобразует электрические сигналы ЭВМ в механическое воздействие на зеркало антенны.

Пуск программы осуществляется с пульта дистанционного управления автоматически либо оператором по сигналам системы единого времени.

Второй способ заключается в разделении процесса стабилизации и управления антенной. Антенна размещается на платформе, положение которой стабилизируется, а непосредственно управление производится аналогично тому, как было описано выше.

Еще одна функция аппаратуры управления корабельными антеннами связана с учетом на деформацию корпуса судна. Во время сильной качки антенны наклоняются друг к другу и оси опорно-поворотных устройств, установленные перпендикулярно к палубе, перестают быть параллельными. Измерение деформации корпуса производят с помощью луча, который пропускается по световому каналу под палубой. Если волнения нет, то луч попадает точно в центр мишени, состоящей из светочувствительных элементов.

При изгибе корпуса луч смещается, и электрический сигнал, пропорциональный величине деформации, поступает в вычислительную машину, где учитывается при расчете программных углов управления антенной. Надо заметить, что эти измерения проводятся лишь для антенн с остронаправленными диаграммами. В остальных случаях учет деформации корпуса корабельного командно-измерительного пункта необязателен.

Суда «космического» флота, рожденные запуском первой автоматической межпланетной станции, обладая высокой автономностью, надежно и продолжительно работают в различных точках Мирового океана, выполняя возложенную на них миссию — расширить возможности наземного командно-измерительного комплекса.

Земля встречает питомцев

С Земли начинаются космические пути, на ней они рано или поздно завершаются. Еще на заре развития космонавтики была создана небольшая поисковая группа, в задачу которой входил быстрый и надежный поиск остатков ракеты-носителя в случае аварии при пуске. Однако уже на втором искусственном спутнике Земли полетела Лайка. Вслед за ней в космос отправили Чернушку и Звездочку, которые вернулись на Землю. Кто их должен встречать, эвакуировать?

Ответ напрашивался сам собой. Поисковая группа, естественно, лучше других представляла цели и методы решения задач в районе приземления космического аппарата. Так расширилась область ее действий. Задачи, решаемые космической техникой, росли словно снежный ком, а вместе с ними росли и задачи тех, кто ее обслуживал. Вслед за спуском автоматических аппаратов последовал полет в космос Юрия Гагарина. Затем состоялся полет к Луне и возвращение спускаемого аппарата на Землю. Как найти его? Кто-то сравнил поиск возвращаемого аппарата автоматической станции «Луна-20» с поисками иголки в стоге сена. И эту «иголку» безошибочно отыскивают поисковики. Среди них люди самых разных профессии: летчики и моряки, синоптики и врачи, радисты и водолазы, слесари и сварщики, механики и шоферы. В распоряжении этих людей, объединенных ныне в поисково-спасательный комплекс, находятся авиационные, морские и сухопутные транспортные средства. Они оснащены современным оборудованием для поиска и обнаружения спускаемого аппарата, всеми возможными линиями связи.

Авиационные средства имеют на своем борту надувные лодки, плотики и другое оборудование, которое сбрасывают на землю или в воду в случае, если невозможна посадка вертолета рядом с вернувшимся спускаемым аппаратом. Вертолеты оснащаются специальными траверсами, тросами и балками, позволяющими застропить спускаемый аппарат, поднять его в воздух и перенести на необходимое расстояние. Если метеоусловия не позволяют авиации выполнить задачу поиска и эвакуации, в действие вводятся поисково-эвакуационные машины высокой проходимости (аэросани, амфибии, болотоходы, снегоходы).

Поисково-спасательный комплекс состоит из подразделений целевого назначения, которые, в свою очередь, делятся на группы. Командный пункт поисково-спасательного комплекса поддерживает связь с космодромом, Центром управления полетом и отдельными пунктами командно-измерительного комплекса. От них он получает сведения о трассе запуска, полете и предлагаемом районе посадки космического аппарата, на основании которых разрабатывает план работ и ставит задачу поисково-спасательным группам.

Основная роль отводится оперативно-технической группе. Она проводит эвакуацию космонавтов с места посадки, обслуживание спускаемого аппарата и передачу информации в Центр управления полетом.

Группа неотложной медицинской помощи оказывает необходимую помощь экипажу космического корабля после приземления. В состав поисково-спасательного комплекса входит несколько парашютно-десантных групп, которые привлекаются в том случае, если посадка спускаемого аппарата произошла в незапланированном районе. Эти группы состоят из технических специалистов и врачей. Встречает спускаемый аппарат и группа пожарников. Специальный противопожарный вертолет постоянно готов к немедленным действиям.

Наиболее ответственными этапами в работе поискового комплекса являются старт ракеты-носителя и посадка космического корабля. Если посадка входит в программу полета и район приземления спускаемого аппарата определяется заранее, то действия поискового комплекса при старте ракеты-носителя нельзя назвать штатными, необходимость в них может возникнуть лишь при аварийной ситуации. Во время старта ракеты-носителя поисковые группы поисково-спасательной службы выстраиваются по трассе полета космического аппарата. Основная роль в процессе поиска отводится специально оборудованным самолетам. Обнаружив потерпевший аварию аппарат, поисковый самолет наводит на него вертолеты или машины высокой проходимости на суше, а в акватории океана — поисково-спасательные корабли. Если посадка спускаемого аппарата произойдет в акватории океана на большом удалении от поисково-спасательных кораблей, для эвакуации космонавтов используют специальные катера, которые сбрасываются с самолета на парашюте. Десантные группы на катерах подходят к спускаемому аппарату, эвакуируют его и космонавтов.

К каждой работе поисково-спасательная служба готовится очень тщательно: разрабатываются схемы маршрутов каждой группы с привязкой по времени, проверяется оборудование и снаряжение, проводятся тренировки. Примером классической разработки, подготовки и выполнения поисково-спасательной операции можно назвать финал стосорокасуточного полета В. Коваленка и А. Иванченкова, на котором мне довелось присутствовать.

К этой работе поисково-спасательный комплекс готовился очень тщательно. До мельчайших подробностей была разработана поисковая операция сначала на бумаге и в учебных классах, а затем началась практическая отработка в реальных условиях. Самолет, имитирующий возвращающийся из космоса спускаемый аппарат, вышел в заданный район и набрал в соответствии с условиями тренировки высоту. К этому времени в предполагаемом районе посадки начали сосредоточиваться поисковые самолеты, вертолеты и специальные машины. Они должны были в максимально короткий срок запеленговать и обнаружить «спускаемый аппарат». В расчетный момент, когда должен был раскрыться парашют спускаемого аппарата, самолет покинул опытный парашютист, который включил малогабаритную радиостанцию, работающую на частоте корабля. Практически сразу же после включения радиостанции в режиме «Маяка» ее сигналы были приняты самолетом и ближайшими к месту посадки вертолетами. Они устремились на привод «Маяка» и вскоре сообщили, что парашютист обнаружен. Вертолет, описывая вокруг него спираль, сопровождал парашютиста до самого приземления. А вслед за ним к месту посадки подошла специальная машина высокой проходимости. Тренировка прошла успешно. А что покажет реальный поиск космонавтов и корабля?

Накануне прошел ливень, столь редкий для этого времени года. Плотные облака затянули небо, и туман опустился на землю. Реальность предстала более сложной. В назначенный час в воздух поднялись самолеты и вертолеты. Их путь лежал в район, где в небе должен появиться бело-оранжевый купол огромного парашюта, удерживающего спускаемый аппарат. Туман рассеялся, но белые кружева облаков висели на высоте 100 метров. Они прижимали вертолет к земле. Все понимали, как непросто будет работать в таких условиях. И вдруг стрелка индикатора, показывающего захват радиомаяка спускаемого аппарата, вздрогнула и отклонилась. Почти тотчас с самолета, находящегося над облаками, поступило сообщение, что виден купол парашюта. В шлемофонах раздались голоса космонавтов: «Чувствуем себя хорошо. Спуск идет нормально». А с самолета тем временем начали вести телерепортаж о снижении спускаемого аппарата. Но вот аппарат из синевы нырнул в клубящуюся пену облаков и исчез. Теперь только радиомаяк поможет определить нахождение аппарата. Близок миг долгожданной встречи. Космонавты вышли на связь с вертолетом. Еще несколько десятков секунд и, как положено по программе, сработали двигатели мягкой посадки. Купол парашюта последний раз поддернул спускаемый аппарат и тут же отстрелился. Один за другим вслед за спускаемым аппаратом совершили посадку два вертолета. Полет завершен. Завершена и поисково-спасательная операция спускаемого аппарата корабля «Союз» с экипажем. Владимир Коваленок и Александр Иванченков, пробывшие в космосе 140 суток, уставшие, но радостные и довольные, смотрят на нас.

Специалисты поисково-спасательной службы имеют высокую профессиональную подготовку. Они мастера своего дела. Многие из них за мужество и инициативу, проявленные при выполнении долга, удостоены государственных наград. Но как бы высоко ни оценивали их труд, поисковики знают, что успокаиваться на достигнутом нельзя. Они постоянно в поиске, систематически проводят тренировки, совершенствуют организацию работ. Это хорошо знают космонавты, и они уверены, что на Земле их ждут и сделают все, чтобы встреча была теплой и радостной. Впрочем, об этом в следующем разделе рассказывает сам космонавт А. Н. Березовой.