Остронаправленные антенны и другие проблемы "Молнии-1"

На современных спутниках связи выбор типа и конструкции антенн - одна из кардинальных проблем. Для " Молнии-1 ", не имея опыта, мы решили задачу "в лоб" и предложили две параболические антенны, резервирующие друг друга, диаметром по 1,4 метра. Они устанавливались на специальных штангах и управлялись электрическим приводом. Капланов поддержал наше предложение. Это придало уверенность антенщикам, которые отвечали за преобразование энергии передатчиков его ретранслятора в "конечный продукт" - энергию радиоволн. Для передачи сигналов с "борта" на все наземные пункты, находящиеся одновременно в зоне радиовидимости, требовалось разработать бортовую антенну направленного излучения на прием и передачу одновременно.

К этому времени антенная лаборатория Михаила Краюшкина разрослась и выделилась в самостоятельный отдел. Коллектив отдела объявил, что антенные проблемы в радиотехнической части они берут на себя, начиная от расчетов и моделирования до сдаточных испытаний. Самую трудную часть задачи выполняли Владлен Эстрович , Иван Дордус , Геннадий Сосулин , Надежда Офицерова и механики макетной мастерской. На этой и многих последующих разработках очень доходчиво было показано, какое значение для сокращения общего цикла разработки имеют смекалка и золотые руки квалифицированных рабочих, находящихся непосредственно при лаборатории, а не только в цехах завода. С появлением ЦВМ удалось значительно сократить продолжительность расчетно-теоретических работ, предшествующих выпуску чертежей. Однако ни одна остронаправленная антенна, при всей мощи современной вычислительной техники, не получалась без предварительной отработки на макетах. В этом процессе лабораторного моделирования трудно переоценить роли мастера и рабочего, которые понимают инженера с полуслова и не требуют детальных чертежей. Только после многоразовых переделок завод получал оформленные по всем правилам чертежи на изготовление летных образцов антенн. Те, кто окончательно изготавливали антенны в металле, не догадывались, что их проектирование начиналось с решения системы дифференциальных уравнений, открытых еще в прошлом веке. На облучателе антенны устанавливались " трубы Медведева ". Так мы называли оптические датчики, которые, захватив в свое поле зрения края диска Земли, посылали сигналы для управления приводом антенны и разворотом всего объекта так, чтобы в течение всего сеанса связи антенна ориентировалась на центральную часть видимого диска. Борис Медведев - инженер оптико-электрической "Геофизики" - тогда только начинал создавать свой ставший впоследствии богатым перечень всевозможных датчиков для космической техники, а затем и для подводных ракет. Электромеханический привод для управления антенной оказался сложным механизмом. Он должен был работать в условиях космического вакуума непрерывно в течение каждого сеанса связи. Это была одна из труднейших задач обеспечения надежности. Лев Вильницкий , начальник отдела рулевых машин, приводов и механизмов, и Владимир Сыромятников основное время проводили в цехах завода, дожидаясь, когда можно будет выхватить первый образец привода для отработочных испытаний.

Я умолял Туркова и Казакова форсировать изготовление первых механизмов, чтобы мы могли до полета испытать их на ресурс в течение шести-восьми месяцев.

Бортовая электростанция, стандарт напряжения

Идею создания бортовой электростанции, по нашей терминологии СЭП - системы электропитания, тоже изобретали заново. Для питания основного потребителя - ретранслятора и расходов на все прочие служебные системы за время сеанса связи, а это 8-9 часов, требовалось получать от солнечных батарей непрерывно до 1500 ватт. В 1961 году такая мощность для космического аппарата казалась столь же грандиозной, как в 1921 году мощность Волховской ГЭС, первенца плана ГОЭЛРО. Ее мощность - 60 тысяч киловатт -тоже казалась фантастической. Александр Шуруй , отличившийся у Грабина искусством управления по радио противотанковой ракетой , разработал электростанцию для "Молнии-1". "СЭПом для "Молнии-1" я вправе гордиться", - говорил Шуруй, вспоминая героическую эпопею начала шестидесятых годов. Разработку "Молнии-1" я решил использовать для "революции" в космонавтике: ввести новый единый для всех на "борту" и "земле" стандарт - 27 вольт, вместо той чехарды, которая была на космических объектах. На стандарт 24 - 27 вольт предполагала переходить и авиация. Нам грозило отставание. После объединения с коллективом Грабина численность и квалификация электротехнических групп выросла настолько, что мы могли взять на себя головную роль по разработке нового стандарта и доказать его преимущества на реальном космическом аппарате. "Молния-1" была для этого очень подходящим объектом. Одновременно аналогичную революцию следовало провести и на "Зените" , электрооборудование которого под началом Карпова разрабатывали Шевелев и братья Петросяны . После моих обвинений в твердолобом консерватизме они стали нашими союзниками по новому 27-вольтовому стандарту. Убедившись, что поддержка "снизу" будет обеспечена, я должен был обзавестись союзниками среди смежников. Основной потребитель - Капланов поддержал меня без всяких оговорок. Переход на 27 вольт позволял в два раза снизить массу бортовой кабельной сети. Мы понимали, что "Молния-1" - это только начало. Еще в 1959 году вышли постановления о проектах больших носителей и новых тяжелых космических кораблях. С учетом этой перспективы мы доказывали все преимущества 27 вольт. После дискуссий, в которых новый номинал не встретил дружной поддержки большинства, я объявил решение о 27 вольтах как ультиматум головной организации. К такому приему я прибегал редко, стараясь избегать конфликтов, приводящих к арбитражу у Королева. Неожиданно возразил Рязанский . Он должен был перенять у СКБ-567 изготовление управляющего радиокомплекса, аппаратурно заимствованного с 12-вольтовых венеро-марсианских объектов. Требовались переделки, и, как обычно, возникали осложнения на заводах. Королев поддержал меня в самой решительной форме. Стандарт 27 вольт +/- 3 вольта был узаконен и действует до сих пор во всей ракетно-космической технике.

Аккумуляторы

Второй проблемой в СЭП оказался выбор буферных аккумуляторов с гарантированным ресурсом работы в режиме циклирования "заряд-разряд" не менее одного года. Серебряно-цинковые батареи имели неоспоримые весовые преимущества, но не выдерживали конкуренции по числу циклов с никель- кадмиевыми. Во Всесоюзном научно-исследовательском аккумуляторном институте в Ленинграде Виктором Теньковцевым после совместных с нами обсуждений был создан новый тип герметичного никель-кадмиевого аккумулятора с встроенным датчиком давления. Такой датчик позволял нам разработать центральный регулятор, обеспечивающий напряжение в пределах 24-31 вольт за счет отключения от бортовой сети или подключения к ней отдельных аккумуляторов, составляющих бортовую батарею.

Солнечные батареи

Основной источник электроэнергии космического аппарата - Солнце, а потому без Николая Степановича Лидоренко не обходилась подготовка ни одного космического полета. К этому времени ВНИИИТ - Всесоюзный научно-исследовательский институт источников тока , в котором Лидоренко был и директором, и главным конструктором, фактически стал монополистом в создании солнечных батарей . Конструкцию солнечных батарей, механику их раскрытия после отделения от носителя мы разработали после того, как согласовали с Лидоренко все параметры кремниевых фотоэлектрических преобразователей. Аркадий Ландсман и Валерий Кузнецов были во ВНИИИТе основными разработчиками преобразователей солнечной энергии. Забегая вперед, скажу, что "детские" болезни "Молнии-1" были связаны прежде всего с солнечными батареями.

На третьем и последующих полетах "Молнии-1" в космосе обнаружилась быстрая деградация ФЭПов - фотоэлектрических преобразователей. Сказалось малоизученное влияние облучения при пересечении околоземных радиационных поясов. Другим фактором, влиявшим на эффективность солнечных батарей, было термоциклирование - перепад температур от плюс 120 градусов на солнце до минус 180 градусов в тени на каждом витке. Для снижения потерь и продления жизни солнечных батарей институт Лидоренко в 1966 году ввел покрытие рабочей поверхности ФЭПов кварцевым стеклом. Кроме того, мы пошли на увеличение массы, благо стараниями проектантов Дудникова резервы у нас были. За счет утяжеления установили дополнительные солнечные батареи, выполненные в виде специальных шторок. По мере необходимости шторки открывались и в работу включались свежие, не пострадавшие ни от радиации, ни от термоциклирования элементы.

КДУ - корректирующая двигательная установка

Одной из немногих систем, заимствованных с венеро-марсианских объектов, была КДУ - корректирующая двигательная установка. От Исаева мы получили "добро" на ее использование. Он внес туда незначительные изменения, получив заверения, что включать ее для коррекции мы будем не более трех-четырех раз. Этого было достаточно для года эксплуатации. Более чем на год наши мечты не распространялись. КДУ размещалась на корпусе таким образом, что вектор тяги совпадал с продольной осью, постоянно ориентируемой на Солнце. На обоих днищах корпуса были установлены приборы ИКВ - построители местной вертикали, чувствительные к инфракрасной области спектра по границам видимого из космоса диска Земли. За два с половиной часа до подлета "Молнии-1" к перигею, пока еще спутник был в зоне видимости щелковского командного пункта, выключалась постоянная ориентация на Солнце. Антенны, снабженные своими ИКВ, тоже "теряли" Землю. После этого включалась одна из двух ИКВ, расположенных на корпусе, и весь спутник разворачивался до тех пор, пока Земля не попадала в его поле зрения. Продольная ось постоянно ориентировалась на центр Земли до тех пор, пока спутник не достигал точки, в которой его ось располагалась параллельно вектору скорости в перигее. В этот момент ИКВ выключалась, и спутник продолжал полет в состоянии инерциальной ориентации с запомненной ориентацией продольной оси до точки перигея. В этой точке включалась КДУ и выдавался корректирующий импульс на разгон или торможение в зависимости от того, какой из двух приборов ИКВ был выбран с Земли. После выключения КДУ включался солнечный датчик, восстанавливалась ориентация батарей на Солнце и "Молния-1" была снова готова дня проведения сеансов связи. Последовательность описываемых операций не могла быть передана с Земли, потому что коррекция проходила над южным полушарием вне видимости наших НИПов . Наземного оператора и командную радиолинию в данном случае заменяло ПВУ - примитивный предшественник современных бортовых компьютеров. По нашим заданиям в ЦКБ "Геофизика" на Стромынке разрабатывались новые оптико-электронные датчики для ориентации на Солнце и Землю. Главный конструктор разработки Владимир Хрусталев не подвел: сложные приборы мы получили вовремя.

"Это потому, - говорил Хрусталев, - что, слава Богу, для "Молнии" вы не требуете ориентации по звездам". Дело в том, что датчики ориентации по звездам для аппаратов MB и Е-6 приносили массу хлопот. Неприятностей у Хрусталева по этой части более чем хватало.

Любые проблемы, возникавшие при разработке и изготовлении первых "Молний-1", в большей или меньшей степени входили в круг моей деятельности. В решении основных вопросов я принимал непосредственное участие, по другим - давал советы, по третьим - указания типа: "Это ваше дело - решайте", по четвертым - просто принимал к сведению. Коллективными творениями были проектные документы, расчеты, которые именовались "PC", электрические схемы всего спутника, описания основных систем. Тысячи рабочих чертежей всего аппарата, приборной и прочей начинок не могут быть изучены одним руководителем, будь он "семи пядей во лбу" и трудись хоть круглые сутки. Его дело - в лучшем случае ознакомиться с общими видами и дать добро на передачу всего комплекта чертежей в производство. Детальные чертежи по установившемуся у нас порядку требовали подписи не выше начальника отдела. "PC", определявшие траектории полета, параметры носителя и общую компоновку с конкретным аппаратом, утверждал Королев лично. Он обязательно читал и утверждал каждый том эскизного проекта. По мере приближения сроков начала летных испытаний возникало все больше проблем, по которым требовались доклады Королеву. От "Молнии-1" он не отмахивался, но все больше ощущалось его стремление к расширению программы пилотируемых полетов, увлеченность проблемами облета Луны и программой Н1-Л3 . Человеком в космосе был захвачен первый крохотный плацдарм. Надо было закрепиться и на волне первых успехов его расширять. Королев это чувствовал лучше нас. Эскизный проект "Молнии-1" был закончен в 1962году. К этому времени еще не было полной ясности по структуре наземных средств первой спутниковой системы связи.

Ссылки: