Ошибки мировой космонавтики
Систему связи починить было несложно, но только при наличии человека на борту. Тогда в СССР началась подготовка амбициозной операции по спасению «мертвой станции». Экипаж корабля «Союз Т-13» в составе Владимира Джанибекова и Виктора Савиных должен был, во-первых, в ручном режиме состыковаться с неуправляемым вращающимся объектом в космосе, и во-вторых, заменить на борту станции радиопередатчик и подключить дешифратор, а также шагнуть в неизвестность и попробовать починить то, что могло быть сломано. Пожалуй, это была самая сложная задача в истории космонавтики, поставленная экипажу еще до старта. Тем не менее космонавты с ней справились блестяще, хотя дополнительно выяснилось, что на «Салюте-7» не работали вентиляторы, была разгерметизирована система водоснабжения, температура упала ниже нуля. А риск короткого замыкания и пожара был просто колоссальным – особенно когда космонавтам удалось нормализовать температуру и начал таять иней, которым покрылась вся станция. Хотя станция ожила, проработать долго ей было не суждено.
Другая долговременная орбитальная станция (ДОС № 3), которая получила имя «Космос-557», вышла из строя уже на первом витке вокруг Земли из-за неверной логики работы системы ориентации. Три двигателя должны создавать тягу в разных направлениях и тем самым разворачивать космический аппарат по трем осям. К ним подключается датчик ориентации, который дает команду разворачиваться в конкретную сторону. Например, инфракрасная вертикаль регистрирует тепло Земли. Если тепловое излучение планеты – с правой стороны от датчика, тот дает команду двигателям повернуть всю конструкцию направо, если Земля слева, то, соответственно, нужно поворачивать налево. В случае «Космоса-557» для определения положения Земли датчик использовал движение ионов в атмосфере и давал команду не одному двигателю, а сразу трем. От двигателей тоже шли ионы, которые датчик воспринимал неправильно и думал, что Земля находится не там, где она был на самом деле. Прибор был рассчитан для работы с помехами только от одного двигателя. Соответственно, он снова давал команду двигателям, и те разворачивали станцию. И опять ситуация повторилась. По словам Б. Е. Чертока, «Процесс напоминал поведение собаки, которая вертится, пытаясь поймать собственный хвост». На станции слежения это заметили, но, как назло, в кабинете специалистов был выключен телефон. Когда до руководителей полета дошла информация, уже было невозможно отключить работу системы ориентации, так как станция ушла из зоны радиовидимости. Когда с «Космосом-557» снова можно было выйти на связь, станция стала бесполезна, так как двигатели исчерпали топливо. Позже логика работы всей системы ориентации была переделана, а потом от ионных датчиков и вовсе отказались.
Еще одна такая же станция, получившая имя «Салют-3», была выведена на орбиту, но предполагаемая стыковка с ней космического корабля «Союз-15» не удалась также из-за автоматики. На этот раз система стыковки «Игла» неправильно воспринимала расстояние. Когда до станции было 350 м, автоматика решила, что расстояние равно 20 км. Как раз с такого расстояния режим работы должен переключаться на стыковку по методу параллельного наведения. Космонавты включили «Иглу», когда дистанция была намного меньше. Автоматика подумала, что станцию необходимо догонять, и включила двигатели на максимум. И с большой относительной скоростью корабль пролетел мимо «Салюта-3». По счастливому стечению обстоятельств аппараты не столкнулись. Космонавты Геннадий Сарафанов и Лев Дёмин не сразу сообразили, что произошло. Они развернули корабль и дали автоматике еще одну попытку. Результат был тот же – «Салют-3» и «Союз-15» с большой скоростью пролетели мимо друг друга, чуть не столкнувшись. Космонавты еще раз развернули корабль, и третья попытка тоже провалилась. Топлива на четвертую попытку или стыковку в ручном режиме уже не было. Космонавты вернулись на Землю, даже не подлетев к месту своей миссии. Инженеры проблему в автоматике исправили, сохранив ручной контроль действий машины. Если бы космонавты сразу обратили внимание на проблему и отключили автоматику, провести стыковку в ручном режиме было бы несложно.
За ориентацию и положение кораблей и ракет в пространстве чаще всего отвечают специальные гироскопы. Если заставить вращаться такой предмет, то потом ось его вращения не будет менять свое положение в пространстве. За это отвечает закон сохранения момента импульса. Этот эффект легко пронаблюдать у вращающейся юлы и у Земли. Ось волчка направлена вверх, а ось нашей планеты – на Полярную звезду. Времена года, положения звезд, Солнца и Луны меняются, люди учатся, создают семьи, меняют адреса, а ось смотрит на Полярную звезду. Вращающийся волчок тоже как планета. Его ось будет всегда направлена на его собственную Полярную звезду, а какую конкретно – можно выбрать, раскрутив его в нужном направлении. Если взять волчок в ракету, то, взглянув на ось его вращения, мы сразу поймем, где наша точка отсчета (Полярная звезда) и в каком положении относительно нее находится ракета, как бы она ни кувыркалась. Собственно, так работает простейший гироскоп.
Даже если на вращающееся тело действует некая сила, например сила тяготения, то ось начинает двигаться, но не абы как, а особым образом по кругу. Это движение называется прецессией, и ее тоже можно использовать для ориентации и навигации. С этим прибором связана ошибка первого срабатывания системы аварийного спасения (САС).
В систему входят датчики, двигательная установка и парашюты для посадки. Датчики регистрируют аномальное поведение ракеты-носителя, а двигательная установка, подобно катапульте, в случае угрозы отбрасывает спускаемый аппарат с космонавтами от ракеты-носителя. САС – важнейшая и необходимая для безопасности космонавтов система, которая спасла три экипажа. Она срабатывает в случае ручного запуска, резкого повышения температуры или при сильном отклонении от курса (более 7°) – например, если ракета будет наклоняться на стартовом столе или крениться в полете. Но однажды эта система, наоборот, стала причиной аварии.
Двигательная установка САС
14 декабря 1966 года с космодрома Байконур предполагался запуск беспилотного корабля «Союз 7К-ОК № 1». Во время старта после команды «Зажигание» двигатели заработали, но не на полную мощность, и ракета оставалась неподвижной на пусковом столе. Было принято решение остановить запуск, и инженеры отключили двигательные установки. На стартовом комплексе возникло небольшое возгорание, которое довольно быстро потушили. Начался процесс слива топлива. Тем временем САС продолжала работать и фиксировать положение ракеты в пространстве. Приблизительно через полчаса вследствие естественного вращения Земли ракета (впрочем, как и сам космодром) поменяла свое положение в пространстве. Гироскоп САС воспринял это как отклонение от вертикали и заваливание ракеты и дал команду на срабатывание системы. Запустились реактивные двигатели, и пламя от их сопел вызвало возгорание верхней (третьей) ступени. Огонь быстро распространился до первой ступени, и в итоге ракета взорвалась. Сами спускаемый аппарат и бытовой отсек с помощью штатно отработавшей САС были подняты на высоту около километра, где произошло отделение спускаемого аппарата, который спустился на парашюте.
Еще одна ошибка из-за вращения Земли, точнее, из-за смены дня и ночи, произошла при посадке корабля «Союз ТМ-5» с советским космонавтом Владимиром Ляховым и космонавтом Афганистана Абдулом Ахадом Момандом на борту. Маневр ориентации проходил, когда космический аппарат пролетал над границей дня и ночи. Инфракрасный вертикал ищет Землю по ее инфракрасному тепловому излучению и дает двигателям команду развернуться к планете. Днем и ночью интенсивности излучения от планеты заметно различаются, и датчик дал бортовому вычислителю два различных показания среднего значения интенсивности излучения для определения уровня фона и помех. На саму ориентацию эти данные не влияли, но компьютерная программа был написана так, что она выдавала ошибку в случае получения любых сильно отличающихся друг от друга показаний. В итоге двигатель не включился вовремя, и по инерции корабль перелетел нужное место посадки (об этой проблеме данного полета подробнее рассказывается в главе «Орбиты, инерция и гравитация»). На Земле быстро написали новую временную последовательность для возвращения на Землю, но в программе была ошибка. Бортовой компьютер взял из памяти другую временную последовательность, сделанную еще для предыдущего корабля, но в данном случае она не работала. Космонавтам пришлось все делать вручную. Пока они возились, автоматика, посчитав, что уже идет непосредственно посадка в атмосфере, дала команду на запуск таймера, по завершении отсчета которого произойдет отделение приборно-агрегатного отсека с двигателем. Это могло стать концом. Если бы двигатель отделился, то космонавты никак не смогли бы вернуться на Землю, прежде чем у них бы кончился кислород для дыхания. С учетом того, что бытовой отсек с системой жизнеобеспечения был отделен еще до возникновения всех этих проблем, конец наступил бы очень быстро. Все же в корабле имелась система ручного отключения разделения. Ей командир корабля и воспользовался. Вернуться на Землю космонавты смогли, но только на следующие сутки после устранения всех ошибок в программе.
