М. Борисов - На космической верфи. Поиски и свершения

• Название: На космической верфи. Поиски и свершения
• Автор: М. Борисов
• Издательство: Машиностроение
• Жанр: Биографии и Мемуары
• Год: 1983

В книге рассказано о создании автоматических межпланетных станций «Луна» и «Венера», первыми совершивших мягкую посадку на Луну и Венеру, первыми доставивших на Землю образцы лунного грунта, о первом в мире «Луноходе».

Автор показал «космическое» КБ за работой, рассказал о его Главном конструкторе — Г. Н. Бабакине. 3-е издание (2-е изд. вышло в свет в 1979 г. под тем же названием) дополнено главой о создании системы управления первым в мире луноходом.

Для широкого круга читателей

---

Им сказали:

— Если окажется, что штатной аппаратурой не обойтись, то разработайте и предложите иной метод получения информации, необходимой для осуществления мягкой посадки.

Григорий Евгеньевич, человек сдержанный, типичнейший аналитик, подходил для этой работы как никто другой.

Раиса Ильинична, обладая такими важными для инженера качествами, как вдумчивость и настойчивость в сочетании с теоретическим багажом знаний, вместе с Григорием Евгеньевичем приступила к поиску. Им было под силу правильно, в техническом отношении, направить усилия работы лаборатории на решение такого сложного вопроса, как выбор и обоснование возможных методов и способов мягкой посадки.

Особенность работы и, конечно же, ее сложность состояли в том, что вопросы, которые подлежали рассмотрению, выходили далеко за рамки чисто управленческих.

— Какая точность измерения скорости станции? — начинался очередной вопрос в очередном подразделении. — А чем она определяется? Ясно! А это ошибка среднеквадратичная или максимальная? Ясно! А сколько надо делать замеров? Понятно. Нарисуйте блок-схему измерений. Спасибо. А если здесь уменьшить постоянную времени? — Григорий Евгеньевич показывал на фильтр, стоящий на выходе блока. — Мне кажется что какой-то выигрыш в точности мы получим. Не так ли?

Осмыслив результаты расчетов, проведенных в лаборатории, Григорий Евгеньевич через некоторое время появлялся у двигателистов:

— Есть настоятельная необходимость в том, чтобы тяга двигателя, работающего на участке посадки, изменялась в широком диапазоне.

— Это еще зачем?

— А вот зачем. Траектория спуска, как любая траектория, имеет начало и конец.

— Да! Вы сделали серьезную заявку на открытие.

Григорий Евгеньевич продолжал:

— По расчетам получается, что на конечном участке тяга должна быть равна весу станции на Луне…

— А он ведь в шесть раз меньше, чем на Земле, — оживился собеседник.

— Точно! Значит, один предел тяги вроде ясен. Теперь о ее верхнем пределе. Это такая величина тяги двигателя, которая обеспечивает минимальные затраты топлива на торможение и снижение станции на высоту…

— Понял. Давай в ее величине разберемся более подробно, — собеседник достал из ящика письменного стола логарифмическую линейку и принялся за какие-то нужные ему подсчеты.

Да, Григорий Евгеньевич не давал скучать никому из тех, кто прямо или косвенно мог оказаться ему полезным.

А трудностей было предостаточно. Конкретный пример — система внешнетраекторных измерений, которая как казалось, должна была сообщать все сведения о движении станции. И один из основных вопросов тут в недостаточности знания текущей высоты станции над лунной поверхностью, а таких слагающих много.

— Внешнетраекторные измерения привязываются к центру масс Луны…

Эстафета подхватывалась:

— А неточность знания расстояния от центра до точки посадки…

— Несмотря на наличие снимков и карт, рельеф поверхности известен недостаточно точно…

— На точность влияет знание общего уклона на участке посадки. А система внешнетраекторных измерений не сможет его выявить.

— Управлять с Земли таким быстротекущим процессом, как посадка, когда запаздывание информации со станции составляет порядка 1,5 секунды, а на выработку нужной команды, ее распространение и исполнение нужно еще какое-то время, практически, невозможно.

Стало ясно, что в составе бортовой аппаратуры должен быть прибор, который будет непрерывно измерять высоту станции над лунной поверхностью и сам, без помощи человека, выдавать ее значение в систему управления.

Так, на борту станции появился радиовысотомер.

Показания радиовысотомера уже могли использоваться для создания замкнутого контура системы управления. Все отклонения, как предвиденные, так и непредвиденные, по высоте вдоль трассы спуска в этом случае надежно парировались — траектория становилась почти независимой от начальных ошибок внешнетраекторных измерений, а рельеф отслеживался ею…

Некоторым уже начало казаться, что пункт мягкой посадки в плановых документах можно округлять, и хотя бы частично переключаться на другие не менее важные дела. Но анализ показал, что спешить с этим еще рановато — один высотомер все-таки с задачей мягкой посадки явно не справлялся.

После второго торможения спуск станции выглядит так. Станция «падает» и, падая, набирает скорость, усугубляя свое и без того нелегкое положение. Назревает аварийная ситуация.

— Включайте же скорее двигатель! — Слышится взволнованный нетерпеливый голос.

Действительно, только это единственное радикальное средство может спасти станцию. Однако выбрать момент, в который это нужно сделать, далеко не простое дело. Хотя кажется, чего же проще, чем включить двигатель пораньше.

— Нет! — Отвечают управленцы. — Раньше плохо.

— Почему?

— Очень просто. Спуск станет экономически невыгодным, — лаконично, как само собой разумеющееся отвечают управленцы.

— Непонятно.

— Да потому, что если станция начнет торможение раньше, то время работы двигателя при этом соответственно увеличится, значит, расход горючего станет больше, значит, запасы его на борту должны быть большими, значит, масса… Продолжать?

— Тогда давайте включать позже.

— Не пойдет. Если «позже», то падающая станция наберет большую скорость, и тогда у двигателя не хватит тяги, чтобы затормозить ее, и станция (затяжная пауза должна, видимо, усилить эмоциональное впечатление)… и станция разобьется. Нет! Двигатель нужно включать при вполне определенных условиях, скажем, при каком-то наперед заданном соотношении между высотой и скоростью станции.

Любому человеку приходится сталкиваться со многими вещами, которые крепко-накрепко вошли в его быт, в его сознание. Среди вещей, окружающих человека, важное место занимает портрет. Портрет может быть групповым, а может быть и индивидуальным. Портрет может быть приятным воспоминанием или безусловной необходимостью. Разные бывают портреты.

Управленцы создавали особые портреты — «фазовые».

Различий между обычным портретом и «фазовым» достаточно, но принципиальная разница состоит, по-моему, в том, что на «фазовом портрете» можно увидеть то, что не увидишь ни на каком другом — будущее, а не прошлое. «Фазовый портрет» в нашем случае — это график, по оси абсцисс которого отложена скорость спуска, а по оси ординат — высота. Рассчитанная в сложных задачах и нанесенная на график кривая отображает соотношение между скоростью станции и высотой ее над поверхностью Луны в каждый момент времени. Траектория снижения станции должна строиться так, чтобы каждому значению высоты соответствовала максимально возможная скорость спуска станции, которую она с учетом всех имеющихся в системе ошибок успевает выбрать еще до соприкосновения с лунной поверхностью.

А ведь измерение высоты — это еще не все.

Моделирование процесса посадки показало, что если мы хотим, чтобы станция опустилась на Луну действительно мягко и не опрокинулась при посадке, станция должна обязательно измерять три составляющих вектора скорости; конечно, вертикальную и две горизонтальные — продольную и боковую. Знание этих величин позволит системе управления принять своевременные меры, и она будет управлять станцией так, чтобы свести значения их к нулю, или почти к нулю.

Так, управленцы еще до визита Слонимского пришли к необходимости измерять скорость станции относительно лунной поверхности. Прибор, который с успехом мог это делать, должен был работать на эффекте Доплера.

Среди физиков XIX века есть много славных достойных имен ученых-первооткрывателей, основоположников. С позиции сегодняшнего дня зачастую становится просто непостижимым, как эти люди в столь отдаленные от нас времена, не имея современных, оснащенных согласно рекомендациям оргтехники лабораторий, совершали гениальные научные открытия. Они до сих пор поражают нас своей прозорливостью и предвидением. Их было много, но в первой шеренге по праву находится австрийский физик и астроном Доплер, который еще в 1842 году предсказал эффект, впоследствии названный его именем. Эффект заключается в том, что движение источника колебаний относительно приемника вызывает изменение частоты этих колебаний в месте приема.

Если подняться на железнодорожную платформу и понаблюдать за электричкой, которая проносится мимо, гудком сирены возвещая свое появление, то несмотря на то, что машинист не меняет тон сирены, вам покажется, что он изменяется от высокого (При приближении электрички) до низкого (при ее удалении). Вы — приемник колебаний — станете непосредственным участником эффекта Доплера.