Владимир Сыромятников - 100 рассказов о стыковке
Основную конструктивную идею удалось сформулировать как?то удивительно легко. Вероятно, потому, что над подобными принципами и мы, и американцы думали давно и даже кое?что уже успели сделать.
Осенью 1970 года Келдвелл Джонсон, ветеран НАСА, участвовавший в осуществлении проектов США «Меркурий» и «Аполлон», представил первые черновые разработки принципиальной схемы стыковочного механизма, позднее нашедшие применение в АПАСе.
Мы со своей стороны подробно описали общие принципы конструкции и многие конкретные детали созданных у нас стыковочных устройств. С помощью одного из них стыковались космические корабли «Союз», а другое готовилось в то время для стыковки «Союза» с первой космической орбитальной станцией «Салют».
Наше устройство «Союз—Салют» не было периферийным, но в нем были заложены элементы андрогинности. Так, стыковочные шпангоуты агрегатов, которые в конце стыковки жестко и прочно притягиваются друг к другу с помощью системы расположенных на них замков, были выполнены, по сути дела, андрогинными. А это очень важно, потому что стыковочный шпангоут с замками и другими механизмами, несмотря на кажущуюся элементарность решаемой ими задачи, конструкция чрезвычайно ответственная.
Посмотрели бы вы, как в сборочном цехе соединяют два отсека космического корабля. Буквально»сдувая пылинки», сборщики самой высокой квалификации подготавливают поверхности соединяемых шпангоутов и резинового уплотнения. Затем с превеликой осторожностью и точностью до десятых долей миллиметра совмещают их, завертывают, соблюдая строго определенные усилия, несколько десятков болтов. Такая операция вместе с проверкой герметичности занимает не одну рабочую смену; в космосе стык двух отсеков корабля должен быть абсолютно герметичен. Он должен выдержать все возможные нагрузки, как создаваемые внутренним давлением (оно старается разорвать стык с усилием в несколько тонн), так и от работы основного и многочисленных управляющих реактивных двигателей корабля.
Приблизительно такие же жесткие требования предъявляются к соединению двух шпангоутов космических кораблей при их стыковке на орбите. Но при этом нужно учитывать, что соединение произойдет автоматически в течение нескольких минут, без предварительного осмотра или подготовки уплотнения и торцов шпангоутов. А те вместе с кораблями прошли уже на ракетах–носителях выведение на орбиту и полет в открытом космосе. В совместном полете замки должны быть так надежно заперты, чтобы никакая случайность, перегрузки или даже нечаянное нажатие кнопки управления на пульте космонавтов не могли привести к их открытию. А когда крышки переходного туннеля открыты, от надежности замков зависит безопасность и жизнь экипажей обоих кораблей. С не меньшей степенью надежности требуется открыть замки и расстыковать шпангоуты, чтобы корабли смогли совершить посадку на Землю.
Всем этим требованиям обязаны отвечать механизмы стыковочного шпангоута. При этом они должны быть достаточно просты, иметь малый вес.
По–настоящему андрогинное стыковочное устройство немыслимо без того, чтобы и стыковочные шпангоуты со всеми их механизмами не были также андрогинными. Следовательно, их конфигурация должна быть такова, чтобы два любых стыковочных шпангоута подходили друг к другу, могли совмещаться как бы сами с собой.
В технике есть немало прототипов андрогинных соединений. Например, автосцепка на железной дороге или соединение пожарных шлангов. Однако стыковка космических кораблей — задача несравненно более сложная. Приходится соединять два космических «вагона», которые стоят не на рельсах, что практически исключает перекосы и смещения, и предвидеть ошибки, как говорят, по всем шести степеням свободы, то есть в любом направлении и угловых разворотах вокруг любой оси.
Стыковочный механизм должен скомпенсировать, «выбрать», эти ошибки взаимного положения (а они порой достигают 30—40 сантиметров и нескольких угловых градусов), погасить относительные скорости любого направления, другими словами, смягчить, самортизировать соударения массивных конструкций, весящих несколько тонн каждая, и произвести их сцепку. Потом выравнять и плавно сблизить до соприкосновения стыковочные шпангоуты, ввести в действие замки жесткого запирания стыка, автоматически соединить электрические и гидравлические разъемы.
Как же конструировать и располагать все соединяемые при стыковке узлы и элементы, чтобы получить андрогинность устройства в целом?
Советские специалисты предложили руководствоваться общим принципом, успешно примененным при создании стыковочного устройства «Союз—Салют». Американская сторона его приняла, и он стал руководящим при разработке конструкции АПАС для кораблей «Союз» и «Аполлон». Мы назвали свое предложение принципом обратной симметрии. Суть его в том, что все соединяемые при стыковке, или, как их называют, ответные, элементы размещаются симметрично относительно общей оси. Штырь–гнездо, вилка—розетка, выступ—впадина всегда располагаются попарно симметрично, если смотреть на торец стыковочного агрегата.
Сейчас нам это кажется простым и естественным а в конце 60–х годов все нужно было найти и применить в конструкторской работе.
Интересно, что еще главный конструктор ракетно–космических систем академик С. П. Королёв сформулировал общее требование к такому устройству. Он говорил: «Сделайте стыковочные агрегаты одинаковыми на обоих кораблях и обеспечьте переход космонавтов по внутреннему туннелю».
Андрогинность наших стыковочных шпангоутов для системы «Союз—Салют» также значительно увеличила надежность наиболее ответственной части конструкции — замков жесткого соединения. Ведь фактически при стыковке таких шпангоутов в нашем распоряжении имеется два комплекта замков, по одному на корабле и станции. В случае необходимости всегда можно ввести в действие второй комплект. Кроме того, обеспечивается другое важное требование к андрогинному устройству: стыковка может быть полностью проведена любым кораблем.
Короче говоря, шпангоут для стыковочного устройства космической системы «Союз—Салют» был в целом и во многих деталях удачно сконструирован. В этом убедились и американские специалисты.
Через год, после тщательного изучения, они сами предложили принять его за основу при создании стыковочного шпангоута кораблей «Союз» и «Аполлон».
Но только через год. А тогда, осенью 1970 года, все, о чем я рассказал, выглядело не таким уж очевидным.
АПАС СТАРТУЕТ
Итак, в результате первой встречи наметили основные черты стыковочного устройства будущих кораблей и станций. Следующий шаг — детализация этих требований и разработка принципиальной схемы нового устройства. Необходимо было кроме того решить, каким образом обеспечить совместимость, что подлежало согласованию между партнерами.
