Неизменный интерес у всех аудиторий, в которых мне довелось бывать, вызывает вопрос о том, как управляют космическим кораблем.
Наиболее часто выполняемой в полете операцией является ориентация корабля в пространстве. Большее время полета он медленно вращается вокруг своих осей. Но в таком случае его солнечные батареи будут лишь время от времени освещаться солнцем и не дадут нужной электроэнергии. Тут нужна одноосная ориентация корабля на Солнце. Для связи с Землей при полетах к Луне и другим планетам антенны корабля должны быть ориентированы на Землю. Для коррекции орбиты, стыковки с другими кораблями и орбитальными станциями, для проведения многих научных и технических экспериментов, для спуска с орбиты необходима также пространственная ориентация космического корабля.
В настоящее время пространственная ориентация корабля может осуществляться с помощью различных систем: инерциальных, ионных, инфракрасных, радиотехнических, оптических и других. Однако наибольшую точность обеспечивают астрономические системы.
Расположение небесных объектов - Солнца, Луны, планет, звезд относительно друг друга в каждый момент времени точно известно, и если мы под нужными углами придадим осям корабля направление на небесные объекты, то получим требуемое положение корабля в пространстве.
Вот, например, как проводится астроориентация корабля по Солнцу и звезде.
Сначала в программно-временное устройство по командам с Земли вводятся необходимые данные, содержащие нужные нам значения углов. Один из оптических датчиков устанавливается в такое положение, чтобы угол между осью этого датчика и осью датчика Солнца соответствовал взаимному расположению Солнца и звезды в данный момент.
Процесс ориентации начинается с поиска Солнца. Двигатели малой тяги разворачивают корабль вокруг продольной оси до тех пор, пока Солнце не попадет в поле зрения датчика Солнца. Если мы в этом положении удержим корабль, то он окажется сориентированным лишь в одной плоскости: например, мы будет видеть внизу Землю. Но по орбите корабль может двигаться и задом наперед и боком. Чтобы этого не произошло, другие двигатели малой тяги разворачивают корабль вокруг оси, направленной на Солнце, до тех пор, пока звездный датчик не «захватит» нужную звезду. В этом положении корабль стабилизируется и далее удерживается двигателями ориентации по командам от гироскопических приборов, волчки которых раскручиваются во время стабилизации.
Почему звездный датчик не путает звезды, ведь их так много? Действительно, в каждый момент под одним и тем же углом от Солнца со всех сторон могут оказаться десятки звезд. Тем не менее, датчик «захватывает» только нужную звезду. Не ошибается он потому, что для ориентации берутся не любые звезды, а лишь самые яркие.
На высотах около 200 километров над поверхностью Земли, где чаще всего проходят орбиты космических кораблей, плотность атмосферы сравнительно невелика. Но, несмотря на значительное ее разрежение, она все же оказывает определенное тормозящее воздействие на корабль таких размеров, как «Союз». Если полет продолжается долго, к примеру несколько недель, то высота орбиты будет постепенно снижаться, а тормозящее влияние атмосферы возрастать. Если не предпринять мер, корабль войдет в плотные слои атмосферы, потеряет орбитальную скорость и совершит «вынужденную» посадку.
Чтобы продлить полет, посредством коррекции увеличивают высоту полета корабля.
Но коррекция орбиты проводится и для других целей. Например, для того чтобы обеспечить прохождение космического корабля под заданным районом в определенное время. Если мы увеличим высоту полета, возрастет период обращения корабля вокруг Земли. Проведя соответствующую коррекцию, можно обеспечить прохождение своего корабля над местом старта другого корабля и наблюдать из космоса за его выведением на орбиту.
Коррекция орбиты может проводиться вручную или автоматически, с использованием астроориентации.
Давайте выполним коррекцию орбиты с использованном ручной ориентации.
Обычно необходимые данные для коррекции поступают с Земли и фиксируются в бортовом запоминающем устройстве. Однако величину разгонного или тормозного импульса, а также время включения двигательной установки может рассчитать и ввести в запоминающее устройство экипаж корабля. Для этого существует специальный пульт. Но поскольку параметры орбиты корабля более точно определяются средствами наземного комплекса, специалистам координационно-вычислительного центра, как говорится, и карты в руки.
Предположим, что данные для коррекции рассчитаны и введены в запоминающее устройство. Теперь включаем клавишу. Засветились надписи «Маневр с ручной ориентацией», «Визир для ориентации». Беремся за ручки управления. Внимание - на экран визира. Медленно движется по экрану Земля. Оперируя ручками управления, включаем реактивные микродвигатели и поворачиваем корабль до совмещения центральной части экрана с направлением на центр Земли. Вот перекрестие совпало с этим направлением. Корабль сориентирован. Нажимаем другую кнопку - вспыхивает транспарант «Ориентация на гироскопах». Это значит, что волчки-гироскопы начали стремительное вращение и «запомнили» пространственное положение корабля. Теперь при любых отклонениях автоматически выдаются команды на двигатели, которые возвращают корабль в исходное положение.
Но произошла пока только одноосная ориентация корабля. Теперь надо развернуть его так, чтобы основная двигательная установка была направлена вперед по движению. Все последующие операции выполняются автоматически. Из запоминающего устройства поступает сигнал на разворот корабля в горизонтальной плоскости. Вот корабль занял нужное положение в пространстве. Автоматически выдается команда на включение двигательной установки.
На индикаторе «скачут» цифры, показывающие вели чину отработанного импульса скорости. Вот их бег остановился - двигатель выключился. Нам остается доложить на пункт управления полетом, что коррекция прошла нормально, корабль был сориентирован правильно, а двигатель включен в расчетное время.
Теперь координационно-вычислительный центр по данным траекторных изменений определит нашу новую орбиту и сообщит нам ее параметры. А можем сделать это мы и сами.
Однако пока мы занимались ориентацией корабля и коррекцией орбиты, наши источники электроэнергии несколько израсходовались. Надо их пополнить.
Электрическим током бортовая аппаратура и оборудование корабля снабжаются от аккумуляторов, которые подзаряжаются от солнечных батарей.
Вот как это делается.
Находим на пульте клавишу с надписью «Закрутка». Что означает это странное слово? Сразу же после нажатия на клавишу включаются двигатели малой тяги, обеспечивая вращение корабля вокруг одной из осей. На экране, сменяя друг друга, проплывают изображения Земли, Луны, звезд. Как только появляется изображение Солнца, я делаю небольшое движение правой ручкой управления (помните, для чего она предназначена?) - и Солнце начинает описывать круг в поле зрения визира. Еще одно движение - и перекрестие совпадает с изображением Солнца. В этом положении корабль сориентирован так, что ось корабль - Солнце перпендикулярна поверхности панелей солнечных батарей. А это значит, что на них теперь падает максимальный световой поток и вырабатывается наибольший электрический ток. Электроэнергия, собираемая с поверхности солнечных батарей, подзаряжает аккумуляторы корабля.
Но чтобы долго удерживать корабль в таком положении, пришлось бы все время расходовать топливо в двигателях системы ориентации, а космонавту следить, чтобы Солнце находилось в центре визира- ориентатора. Однако этого можно избежать, если придать кораблю вращение вокруг оси корабль - Солнце со скоростью в несколько градусов в секунду. В результате гироскопического эффекта ориентация солнечных батарей на Солнце будет сохраняться.
...Одной из самых сложных операций, выполняемых в полете космических кораблей, является их стыковка между собой и с беспилотными аппаратами. Она выполняется автоматически и с участием экипажей. Стыковка может понадобиться для монтажа крупных орбитальных станций, межпланетных кораблей из отдельных блоков, последовательно выводимых на околоземную орбиту. Стыковка необходима также для оказания помощи или спасения экипажа корабля, терпящего бедствие. Предложена она К. Э. Циолковским.
Впервые эта сложная научно-техническая задача была успешно разрешена советскими учеными,
