Т Р Е Т Ь И   У Т К И Н С К И Е   Ч Т Е Н И Я

__________________________________________

 

 

Ефимов В.А., секция истории космонавтики и ракетной техники СЗМОО Федерация Космонавтики России.  (Санкт-Петербург)

 

 

ТЕЛЕВИЗИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПЕРВЫХ КОСМИЧЕСКИХ ТРЕНАЖЕРОВ

 

            Усложнение задач, выполняемых на космических кораблях серии «Союз» (по сравнению с космическими кораблями серий «Восток» и «Восход»), вызвало необходимость создания соответствующих тренажёров, которые давали бы навыки управления бортовыми системами космических кораблей (КК). И если на «Востоках» и «Восходах» телевизионная техника использовалась только для наблюдения за действиями и состоянием космонавта в полёте, то на «Союзах» телевизионная (ТВ) аппаратура применялась при стыковке КК, позволяла космонавтам вести репортажи непосредственно с борта КК и т.д.

            Специфические требования к аппаратуре тренажёров диктовали необходимость разработки и поставки заказчикам ряда комплексов ТВ-аппаратуры «тренажёрного» направления. Состав ТВ-оборудования в этом случае формировался в зависимости от назначения тренажёра. Так, в частности, в Институт медико-биологических проблем в 1963-1964 гг. Всесоюзный научно-исследовательский институт телевидения (ВНИИТ, ныне НИИТ, г. Санкт-Петербург) поставил комплект аппаратуры, включавший в себя часть блоков бортового ТВ-комплекса «Кречет КР-70» и контрольно-испытательной аппаратуры КР-300 для тренажёра по медико-биологической подготовке полётов.

            Тренажер «Волга», размещавшийся в Центре подготовки космонавтов (ЦПК), был предназначен для отработки у пилотов КК серии «Союз-7к» навыков стыковки с помощью бортового ТВ-комплекса. Потребность в таком специальном тренажёре была вызвана необходимостью тщательной отработки стыковки – одной из важнейших операций в ходе выполнения программы полёта и эксплуатации космических летательных аппаратов (КЛА).

            Следует учитывать, что в освещённой части орбиты стыковка может производиться как с помощью ТВ-аппаратуры, так и с помощью оптического визира. На «ночной» же части орбиты состыковать КК и КЛА можно только, пользуясь ТВ-аппаратурой. С этой целью в состав бортового ТВ-комплекса «Кречет КР-70»были введены две специальные передающие камеры, устанавливаемые снаружи на бытовом отсеке КК, которые выполняли роль визира при стыковке.

            На «пассивном» КЛА устанавливались четыре светильника со специальными двухнитевыми лампами накаливания. Из них два светильника устанавливались по диагонали на самом стыковочном узле, а два других – на раздвижных (вернее – раскладывающихся) штангах позади бытового отсека. Все они включались перед стыковкой.

            Два «нижних» светильника были «мигающие», чтобы, во-первых, можно было отыскать «пассивный» корабль на фоне звёздного неба, а во-вторых, указать «низ» и «верх» КК. Поскольку светильники были разнесены по высоте и по длине, имелась возможность при проведении стыковки определять положение «пассивного» КК в пространстве относительно «активного» по крену, тангажу и рысканью.

            Основу тренажера «Волга» (на два «рабочих места»), в частности, составляли две длинные направляющие, по которым двигались модели КК «Союз», выполненные в некотором масштабе. Положение модели в пространстве могло меняться в определённых пределах. Сдвоенная передающая телекамера, «глядевшая» на модель «объекта» имитировала наружные стыковочные телекамеры. Задача будущего пилота, располагавшегося в макете спускаемого аппарата, заключалась в проведении полного цикла стыковки при помощи ТВ-аппаратуры как в «дневном», так и в «ночном» режимах. Действия пилота по «управлению кораблем» контролировал инструктор-методист по своему индикатору (монитору), на экране которого дублировалось то же самое изображение, которое видел пилот,«производивший стыковку».

            При знакомстве с этим тренажёром следует вспомнить полёт космонавта Г.Т. Берегового на КК «Союз-3», происходивший 26-30 октября 1968 года. Б.Е. Черток, заместитель С.П. Королёва, курировавший разработку систем управления и радиотехнического обеспечения, в своем четырехтомнике «Ракеты и люди» (т. 4 «Лунная гонка», С. 408-420) явно или неявно выражает недовольство ряда специалистов тем, что Г.Т. Береговой до конца не выполнил полётное задание – не сумел состыковаться с беспилотным КК «Союз-2», который был запущен на сутки раньше. А между тем, Георгий Тимофеевич был поставлен теми, кто готовил программу этого полёта, в весьма неблагоприятные условия (см. также В.С. Сыромятников «100 рассказов о стыковке и других приключениях в космосе и на Земле» - М.: «Логос», 2003, С. 257-258):

1. Стыковка с «Союзом-2» должна была производиться на первом витке. Космонавт, какой бы он ни был тренированный, если он совершает свой первый космический полёт, навряд ли будет «в своей тарелке» после перехода от перегрузок во время запуска к состоянию невесомости, когда КК вышел на орбиту.

2. Стыковка должна была происходить в «ночной» части орбиты «Союза-3» (и «Союза-2», конечно).

3. К этому надо еще добавить, что стыковка проводилась вне зоны радиовидимости наших наземных (научных) измерительных пунктов (НИПов) Командно-измерительного комплекса.

По выходе обоих КК в «освещённую» часть орбиты оказалось, что положение «Союза-2» в пространстве отличалось от ожидаемого. По другой версии, Георгий Тимофеевич под влиянием невесомости не смог правильно сориентироваться и определить истинное положение «пассивного» корабля «Союз-2» относительно своего. В связи с чем автоматика «Союза-3» давала «запрет на стыковку». Таким образом, на проведение различных манёвров космическим кораблём «Союз-3» был израсходован весь запас «рабочего тела», предназначенный для проведения стыковки, и было принято решение о прекращении дальнейшего выполнения этой части полётного задания.

Космонавт оправдывал свою неудачу несовершенством тренажёров. Это, конечно, справедливо. Но ведь какие бы не были совершенные тренажёры, смоделировать все ситуации, которые могут возникнуть в реальном полёте невозможно.

Но и отрицательный результат – тоже результат. Учитывая опыт полёта «Союза-3» было решено:

а) стыковки КК производить на освещённой части орбиты;

б) сами стыковки планировать на второй и последующие витки, на вторые и даже на третьи сутки после запуска.

 Однако вернемся к тренажёру «Волга». Для него ВНИИ телевидения поставил два комплекта ТВ-аппаратуры: «Сайгак» -- в 1963-1964 гг. и «Сайгак-1» -- в 1964-1965 гг. (введены в эксплуатацию Г.А. Болотиным). И если в первый из них входили макетные варианты блоков бортового ТВ-комплекса «Кречет КР-70», то в  «Сайгак-1» вошли блоки, аналогичные штатным. В состав каждого комплекта входила уже упоминавшаяся  специально разработанная сдвоенная передающая ТВ-камера и другие блоки, которые обеспечивали работу аппаратуры.

Но самым сложным тренажёром для космических кораблей серии «Союз» был комплексный тренажёр ТДК-7к (тренажёр С.Г. Даревского, комплексный. Генеральным разработчиком тренажёра был Летно-испытательный институт им. М.М. Громова). Этот тренажёр, введенный в эксплуатацию в 1965-1967 гг., располагался в ЦПК и включал в себя подлинный корабль «Союз», только без приборно-агрегатного отсека, то есть спускаемый аппарат (СА) и бытовой отсек (БО), установленные в одной из комнат. Там же находился пульт инструктора-методиста. В соседних комнатах были размещены оптико-механический и электронно-вычислительный комплексы.

Неотъемлемой частью тренажёра был комплекс ТВ-аппаратуры «Сайгак-2», также разработанный ВНИИ телевидения, куда вошла уже большая часть упомянутого бортового ТВ-комплекса « Кречет КР-70»(ведущий разработчик О.Д. Устименко). Монтаж и отладка его в ЦПК производились автором этой публикации и А.А. Горыней.

Тренажёр ТДК-7к позволял, в частности, эксплуатировать бортовую ТВ-аппаратуру «Кречет КР-70» во всех режимах, как в реальном полёте, а именно:

n    в качестве визира при стыковке космических летательных аппаратов;

n    для проведения ТВ-репортажей с борта КЛА;

n    в режиме наблюдения за космонавтами, когда они находятся в спускаемом аппарате;

n    в режиме использования ТВ-аппаратуры для целей контроля параметров систем космического корабля.

            В последнем случае бортовой ТВ-комплекс работал совместно с аппаратурой «Стрелка», которая преобразовывала сигналы датчиков в устройствах и в системах КК в сигналы изображения, удобные для наблюдения на экране индикатора (монитора) – в «штрихи». Положение этих «штрихов» соответствовало определённому значению измеряемого параметра (например, температуре, скорости сближения КЛА при стыковке и т.д.). Численное значение параметра определялось при помощи специального шкального устройства, находившегося перед экраном индикатора.

            Благодаря совмещению функций, выполняемых различными устройствами и системами КЛА (в данном случае – использование монитора КР-73, бортового телевизионного комплекса «Кречет КР-70» для целей контроля и измерения целого ряда параметров), удалось значительно уменьшить количество индикаторов и измерительных приборов, которые необходимо было установить на пульте управления в спускаемом аппарате корабля «Союз».

            Оптико-механический комплекс тренажёра помогал созданию у пилотов во время тренировки чувства нахождения в космическом полёте. Для этого «прокручивался» специальный цветной кинофильм, снятый во время одного из реальных полётов орбитального КЛА. Изображение Земли при этом одновременно проецировалось на оптический визир и фотокатод электронно-лучевой трубки передающей ТВ-камеры («камеры фона»).

            Другая передающая камера (сдвоенная) «смотрела» на макет КК «Союз» («объект»), который перемещался по направляющей. При отработке операции стыковки на тренажёре ТДК-7к работали обе камеры, а сложение двух изображений («фона» и «объекта») с применением рирпроекции, а также перемещения изображения «объекта» на экране индикатора «вверх-вниз» и «вправо-влево» (при помощи электроники) создавали полное ощущение реальности полёта у будущего пилота. Индикатор на пульте инструктора дублировал работу «бортового» монитора и давал возможность контроля  инструктору-методисту за действиями будущего пилота.

            Поскольку тренажёр ТДК-7к был крайне необходим для подготовки экипажей кораблей «Союз», а процесс ввода его в строй затягивался, то ход работ по монтажу и отладке контролировал представитель финансовых органов Министерства обороны. А однажды для убыстрения ввода тренажёра в эксплуатацию участников работ «подбодрил» один из членов Военно-промышленной комиссии при Совете Министров СССР.

            Новым важным и сложным этапом в создании средств обеспечения космических полётов явилась разработка тренажёров для объекта Л1 (пилотируемого облёта Луны). В 1967-1968 гг. в ЦПК вводился в строй соответствующий комплексный тренажёр. В его состав входили спускаемый аппарат и электронно-вычислительный комплекс. Для этого тренажёра ВНИИ телевидения передал комплект ТВ-аппаратуры, включавший в себя бортовой ТВ-комплекс «Кречет КР-80», а завод «Волна» (расположенный в Ленинграде) разработал и изготовил для того же тренажёра комплект стереотелевизионной аппаратуры для наблюдения за будущими пилотами во время тренировок.

Одновременно (в период 1966-1968 гг.) группой специалистов во главе с В.А. Ефимовым была проведена разработка и отладка в комплексе специального тренажёра объекта Л1 телевизионной аппаратуры «Волчок». Тренажёр предназначался для отработки у космонавтов навыков управления КК (точнее, спускаемым аппаратом) в так называемом «режиме управляемого спуска». Создавался тренажёр в Институте авиационной и космической медицины на базе комплекса с управляемой центрифугой и ЭВМ. Этот комплекс позволял имитировать перегрузки, возникающие при запуске, первом погружении в атмосферу и посадке КК на Землю.

Надо особо отметить, что ТВ-аппаратура на объекте Л1, кроме уже «освоенных» ею функций: проведение репортажей из спускаемого аппарата и участия в контроле параметров устройств и систем КК во время полёта, должна была выполнять очень важную функцию – быть индикатором правильности полёта по заданной траектории спуска при возвращении на Землю после облёта Луны, то есть работать в системе управляемого спуска (СУС).

При возвращении, на подлёте к Земле, на экран ТВ-индикатора (монитора) должна была накладываться специальная прозрачная пластина с нанесённой кривой линией («маска»). Следует заметить, что технология изготовления «масок» была достаточно сложна. В зависимости от траектории подлёта СА к Земле на борт его сообщалось об оптимальном варианте траектории спуска и, соответственно, номере «маски». Этих вариантов насчитывалось около двадцати, а, следовательно, на борту КК было столько же «масок».

Пилот, получив с Земли (из Центра управления полётом) необходимую информацию, должен был установить на экран индикатора соответствующую «маску». После этого он, начиная с определённого момента, должен был, управляя двигателями ориентации СА корабля Л1, вести перекрестие из горизонтальной и вертикальной линий по кривой «маски». Линии эти формировались в блоке управления бортовой ТВ-аппаратуры КР-84 (узлом СУС, разработанным группой специалистов ВНИИТа в лаборатории М.Г. Гарба), а движение линий по экрану индикатора задавалось работой бортового вычислительного комплекса.

От точности «ведения» перекрестия по кривой на «маске» зависела судьба экипажа. В случае отклонения режима спуска от рекомендуемого «маской» возможны три варианта:

а) КЛА касается верхних слоев атмосферы Земли, пролетает мимо Земли и никогда не возвращается на Землю;

б) КЛА становится искусственным спутником Земли с неопределённым временем посадки на Землю;

в) снижение производится по более крутой траектории, что ведет к увеличенным перегрузкам, может быть, даже опасным для жизни экипажа.

Конечно, СУС на корабле Л1 имела дублирование, но применение бортового ТВ-комплекса для этих целей имело большое преимущество – наглядность.

В кабине центрифуги размещались: ручка управления СУС и следующие блоки ТВ-аппаратуры тренажёра:

1. На пульте – индикатор (монитор) с «маской»; по экрану монитора скользило перекрестие, вырабатываемое СУС;

2. Передающая ТВ-камера с электронно-лучевой трубкой, работавшей в инфракрасной части спектра – для наблюдения за пилотом;

3. Светильник, который осуществлял инфракрасную подсветку внутреннего объёма кабины;

4. Блок управления – обеспечивал работу индикатора и передающей камеры.

На пульте инструктора также был установлен индикатор, в точности повторявший изображение на экране монитора в кабине центрифуги, что позволяло контролировать действия пилота по «управлению кораблем».

Видеосигнал с передающей ТВ-камеры из кабины центрифуги поступал на видеоконтрольное устройство (монитор). Изображение на экране монитора давало возможность наблюдать за состоянием и действиями пилота в кабине.

В процессе сопряжения нами ТВ-аппаратуры с другими системами и устройствами, а так же отладки всего комплекса тренажёра в целом пришлось ещё раз убедится в целесообразности и даже необходимости введения в состав телевизионной аппаратуры (или придачи к ТВ-комплексу) имитаторов для автономной проверки работоспособности своей аппаратуры.

Так же, как уже описано мною в очерке ″Путь к «Востоку»″, «хозяева» то есть сотрудники НИИ АиКМ предъявили к нам претензии в том, что перекрестие, которое формируется узлом СУС в блоке управления, движется по экрану индикатора КР-73А не так, как должно. Тогда, сначала при помощи имевшегося у нас имитатора, а затем и осциллографа, пришлось доказывать свою невиновность. Причина казуса была в несоответствии тех импульсных сигналов, которые поступали в узел СУС от электронно-вычислительной машины тренажёра, и которые определяют движение перекрестия по экрану индикатора ранее согласованным параметром.

Какова же роль тренажёров в подготовке космонавтов? Почётное место тренажёрам «Волга» и комплексному ТДК-7к отводит космонавт В.А. Шаталов, сам дважды бывший дублером и трижды летавший на КК, в своей книге «Трудные дороги космоса» (М.: Молодая гвардия, 1978, С. 109-134). В частности, он пишет, что тренировки на комплексном тренажёре «дают возможность почувствовать себя истинным хозяином космического корабля». И далее отмечает, что «...хорошо подготовленный на тренажёрах к встрече с различными отказами и неожиданными ситуациями космонавт и в реальном полёте не будет терять время на эмоции и поиски правильного решения».

Подобные высказывания специалиста с таким опытом говорят об огромной важности подготовки космонавтов на тренажёрах, создание которых требует значительных средств. Но все расходы сторицей окупаются безаварийным успешным выполнением поставленных перед экипажем задач.

Следовательно, с расширением задач, выполняемых экипажами на космических кораблях, с дальнейшим усложнением их систем, необходимость создания тренажёров становится все более бесспорной.

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1.   Шаталов В.А. Трудные дороги космоса. – М.: Молодая гвардия, 1978.

2.   Черток Б.Е. Ракеты и люди. Т. 4 Лунная гонка. – М.: Машиностроение, 1999.

3.   Сыромятников В.С. 100 рассказов о стыковке и других приключениях в космосе и на Земле. – М.: Логос, 2003.

4.   Даревский С.Г. Комплексный тренажёр «Союза». Эргономика на космическом корабле // Авиация и Космонавтика. – 1976. – №3. – С. 40-43.

 

 

 

 

 

 

 

n     для