Рудольф Сворень - В просторы космоса, в глубины атома [Пособие для учащихся]
Долгие месяцы перелета для автоматической станции — это вовсе не зимняя спячка. Станция живет, работают многие ее системы. В частности, по сигналам датчиков температуры включаются и выключаются бортовые вентиляторы обдува, открываются и закрываются заслонки воздуховодов системы терморегулирования, поддерживая температуру около 20 °C. Один из непрерывно включенных дежурных приемников готов в любую минуту принять сигналы с Земли, расшифровать их, передать на командный пункт станции, в блок управления. В блок памяти записываются показания многочисленных научных приборов, данные от системы астронавигации, сведения о том, что происходит на самой станции. Во время очередного сеанса связи вся эта информация может быть передана на Землю. В нужный момент по собственной программе или по командам с Земли начинает действовать в одном из своих режимов система ориентации. Всматриваясь приборами астронавигации в свет небесных маяков, станция определяет свое место в звездном мире, положение в пространстве. С ювелирной точностью производится коррекция орбиты — станция крепко держит невидимую тропу, ведущую к Венере.
Еще вчера такие слова, как «астронавигация», «ориентация в космосе», «коррекция орбиты», загадочно произносили лишь самые образованные герои фантастических романов. Сегодня они в словарях, рассчитанных на школьника: нужно обязательно иметь представление обо всем этом, чтобы почувствовать, какая гигантская работа стоит за этим привычным теперь термином «космический полет».
Вот некоторые типичные режимы межпланетной станции на трассе перелета. Основной режим ПСО — постоянной солнечной ориентации (рис. 8), режим, при котором солнечные батареи направлены на Солнце, станция кормится его бесплатной энергией и пополняет свои энергетические запасы, подзаряжает аккумуляторы.
За соблюдением режима ПСО следит датчик Солнца, его можно представить себе как систему фотоэлементов с объективом (рис. 4, 5 цветной вклейки), этакий многоглазый фотоэкспонометр. При правильной ориентации солнечных батарей этот датчик направлен точно на Солнце, все его фотоэлементы одинаково хорошо видят солнечный диск и дают одинаковый ток. Но стоит только станции чуть отвернуться от Солнца, как равенство токов нарушается. И тут же в электронном блоке управления, куда сходятся токи от всех фотоэлементов, будет выработан сигнал поправки. А он включит нужные холодные реактивные микродвигатели (их основа — небольшой баллон со сжатым газом), и они вернут станцию на место.
По мере того как станция уходит от Земли, режим ПСО (ориентация только в одной плоскости, по одной оси) перестает устраивать радистов, им уже нужно, чтобы передатчики станции могли поддерживать связь с Землей через остронаправленную антенну. Эта антенна не разбазаривает радиоволны по всему свету, она излучает их узким пучком, напоминающим луч прожектора. А за этим стоит эффективное использование мощности бортового передатчика на больших расстояниях от Земли и, значит, возможность уменьшить массу самого передатчика, системы его питания.
Чтобы радиолуч остронаправленной антенны попал точно в Землю, станция по команде с Земли переходит из режима ПСО в режим ПСЗО — постоянной солнечно-звездной ориентации. Солнечные батареи по-прежнему нацелены на Солнце, но в плоскости этих батарей станция занимает уже не произвольное, а строго определенное положение. Его поддерживает второй оптический датчик — датчик звезды, который «держит» свою, разумеется, заранее назначенную ему звездочку, подобно тому как солнечный датчик «держит» диск Солнца. У режима ПСЗО есть одна тонкость — станция и Земля непрерывно движутся относительно Солнца, и при этом меняются углы между направлениями на Землю, на Солнце и на звезду. Приходится по ходу полета подправлять «точку зрения» датчиков с таким расчетом, чтобы остронаправленная антенна во всех случаях смотрела точно на Землю.
Но вот наступает момент, когда прерывается режим ПСЗО и производится одна из самых ответственных и сложных операций— коррекция орбиты. Уже точно измерены координаты станции и ее скорость, точно вычислено, в какую сторону и на сколько нужно подтолкнуть станцию, чтобы она не сходила с тропы. За дело берется сложный комплекс автоматики, в котором невидимые нити радиолучей связывают в одно целое бортовую аппаратуру и наземную. Станцию разворачивают в расчетное положение, на расчетное время включают мощный реактивный двигатель и, контролируя приращение скорости, точно отмеряют расчетную дозу ускорения. А когда коррекция закончена, особая система, которая запомнила, в каком положении станция находилась до разворота, возвращает ее в режим ПСЗО.
К этим крайне упрощенным описаниям стоит, наверное, добавить, что в системах ориентации, навигации и коррекции четко взаимодействуют многие приборы, элементы, блоки, что простая на первый взгляд операция, скажем, переход с малонаправленной антенны на остронаправленную, возвращение станции в режим ПСЗО или сеанс связи с Землей, — это длинная цепочка «включилась», «выключилась», «принято», «сработало», «проверено», каждое из которых должно выполняться четко, своевременно, надежно. И еще: за время полета станций «Венера-9» и «Венера—10» с ними было проведено более ста сеансов связи, на каждой станции прошли две коррекции и в заданный срок станции прибыли в заданный район — в район Венеры. О последних этапах полета межпланетных станций к Венере и их посадке на планету рассказывает доктор технических наук В. Е. Ишевский:
— Если можно, Валентин Евграфович, расскажите, пожалуйста, о том, из чего складывалось это волнующее событие — прибытие станции на Венеру…
— Здесь, пожалуй, целая цепочка волнующих событий, растянутых во времени на несколько дней. Началом, наверное, можно считать припланетную коррекцию со всеми ее сложными и ответственными слагаемыми: точным определением необходимого импульса, разворотом станции, ее стабилизацией, включением двигателя, проверкой изменения вектора скорости, возвращением станции в режим ПСЗО. Затем следует разделение станции на две самостоятельные части: спускаемый аппарат СА и орбитальный аппарат ОА (рис. 6 цветной вклейки). Происходит отстрел СА, он отходит от ОА, и какое-то время оба аппарата летят рядом по так называемой попадающей траектории. Она ведет к поверхности планеты.
Спускаемый аппарат СА так и остается на этой траектории, а на орбитальном аппарате ОА в определенный момент основной двигатель осуществляет маневр увода — ОА уходит на пролетную траекторию, т. е. такую, которая идет мимо планеты. Затем на расстоянии 1500 км от планеты еще одно включение двигателя, разумеется, после разворота и точной ориентации в пространстве, и ОА, оправдывая свое название, переходит на вытянутую эллиптическую орбиту ИСВ — искусственного спутника Венеры.
А тем временем спускаемый аппарат, продолжая падать на планету, входит в верхние слои атмосферы, начинается сложный цикл спуска и посадки. В атмосферу планеты СА входит со скоростью около 11 км/ с, в привычных, житейских единицах это почти 40 000 км/ч. Из-за такой высокой скорости и еще из-за высокой плотности атмосферы на спускаемый аппарат сразу же обрушиваются огромные механические и тепловые нагрузки…
— Какие цифры стоят за этим словом «огромные»?
— Плазма, окружающая аппарат во время его движения в верхних слоях атмосферы, имеет температуру 10 000 °C… Механическая нагрузка на лобовую часть СА превышает «земной» вес десятка железнодорожных вагонов. Еще одна цифра: за счет естественного торможения в атмосфере скорость СА довольно быстро снижается почти в 50 раз… И когда она достигает примерно 900 км/ч, бортовая автоматика начинает второй этап торможения — с помощью парашютных систем.
— Все эти огромные нагрузки, очевидно, ставят немало сложных задач перед конструкторами.
— Конечно… Но это далеко не все сложные задачи. Первые перегрузки кратковременны, они длятся секунды. А нужно еще, чтобы аппарат довольно долго и надежно работал на поверхности Венеры, где атмосферное давление около 90 атм (9 МПа), почти как на километровой глубине в океане. Такое давление продавит крышу легкового автомобиля, если даже сделать ее из листа стали толщиной в несколько сантиметров. А температура на поверхности планеты около 500 °C, при такой температуре алюминий становится мягким, как воск, и, конечно же, плавятся свинец и олово.
Для сложной бортовой аппаратуры это нетерпимая жара. (Загляните в радиотехнический справочник — даже кремниевые полупроводниковые приборы, которые слывут чемпионами по термостойкости, больше 150 °C терпеть не могут, да и то в области высоких температур их параметры сильно ухудшаются.) Вот почему на СА задолго до посадки начинается борьба за то, чтобы замедлить нагревание бортовой аппаратуры, отодвинуть, если можно так сказать, ее тепловую смерть.
