Новости
Уже в начале эры пилотируемых полетов инженеры задумались о создании системы, которая в автономном режиме помогала бы космическим аппаратам находить друг друга на просторах космоса. Сегодня роль автопилота при сближении и причаливании кораблей к МКС играет система «Курс». О ее особенностях, об истории создания, о случаях отказа, в том числе неподтвержденных, Игорь Афанасьев побеседовал с главным конструктором радиотехнических систем взаимных измерений НИИ ТП (входит в состав Госкорпорации «Роскосмос») Сергеем Медведевым.
Подобно тому, как мозг командует телом, получая «входную» информацию от органов чувств, так система управления космического аппарата включает двигатели и другие агрегаты, обрабатывая данные от датчиков и приборов. Важнейший орган чувств отечественных кораблей — радиосистема взаимных измерений «Курс». Она начинает работать с дальности 150–200 км после коррекции орбиты корабля, обеспечивая автоматический поиск и сближение с орбитальной станцией, и завершает свою миссию в момент мягкой стыковки.
«Курс» — второе поколение автоматических систем сближения и причаливания. Первой была «Игла», которая использовалась с 1967 по 1989 г. в ходе стыковок кораблей «Союз», а также полетов на станции серии «Салют» и «Мир». Один из минусов системы был в том, что комплекты «Иглы» требовали установки на космических аппаратах множества антенн.
По воспоминаниям заместителя главного конструктора королёвского ОКБ-1 Бориса Чертока, «пять различных антенн открывались после выведения корабля на орбиту только ради „Иглы“, а всего на первых „Союзах“ устанавливалось столько всевозможной радиотехники, что требовалось 20 антенн... Особое неудовольствие, кроме количества антенн, у Сергея Павловича вызвала сложная конструкция, которая... служила защитой приемных антенн „Иглы“ от радиосигнала, отраженного от корпуса корабля...».
Ключевым элементом системы являлся локатор, сделанный на основе радиолокационной головки самонаведения ракеты «воздух-воздух» и не рассчитанный на большую дальность. Активный корабль требовалось выводить на расстояние не более 25 км от пассивного, откуда он шел к стыковке методом параллельного сближения. Другими недостатками «Иглы» были сложность, большие масса, габариты и энергопотребление, а также недостаточная надежность из-за отсутствия резервирования.
Например, из-за ошибок и отказов «Иглы» сорвались стыковки кораблей «Союз-15» со станцией «Салют-3» (август 1974 г.) и «Союз-23» с «Салютом-5» (октябрь 1976 г.).
В целях устранения недостатков, присущих «Игле», с конца 1970-х началась разработка системы взаимных измерений «Мера», которая в 1981–1984 гг. использовалась в программе «Салют-7». А в 1979 г. на базе отработанной сетки частот этой системы специалисты приступили к созданию нового поколения аппаратуры, получившего название «Курс». Требовалась современная, надежная система с высокой точностью измерений и большим ресурсом работы в условиях космоса, оборудованная системой встроенного контроля. Метод параллельного сближения был заменен гораздо более оптимальным и экономичным (по затратам топлива) методом свободных траекторий, который предполагал также заметное увеличение дальности действия и точности измерений.
Недостатки, свойственные «Игле», удалось устранить, и первая автоматическая стыковка «Союза ТМ-1», оснащенного «Курсом», с орбитальной станцией «Мир» состоялась 23 мая 1986 г.
Всего спустя несколько лет после распада Советского Союза и разрыва кооперационных связей «Курсы», как и многое в стране, оказались в дефиците. Появилась угроза прекращения полетов к «Миру». Несмотря на то, что в свое время РКК «Энергия» (входит в состав Госкорпорации «Роскосмос») заказала заводу-изготовителю большую партию комплектов, в середине 1990-х Киевский радиозавод попал в очень тяжелое положение и не успевал с поставками.
К началу российско-американской программы «Мир — Шаттл» положение стало настолько серьезным, что руководству отечественной космической программы пришлось договариваться с NASA о возвращении оборудования «Курса» на шаттлах для повторного использования. Комплекты, отработавшие в составе «Союзов» и «Прогрессов» и освобождавшиеся после стыковки с «Миром», на Земле приводились в порядок и ставились на корабли, готовившиеся к запуску. Таким образом было возвращено около 40 комплектов аппаратуры.
Примерно в 1999 г. глава образованного незадолго до этого Росавиакосмоса Юрий Коптев подписал решение о начале производства «Курсов» в России.
Сегодня на космических кораблях «Союз МС» и «Прогресс МС», регулярно причаливающих к МКС, используется версия «Курса» уже третьего поколения с расширением НА («новая активная»). Она в штатном режиме устанавливается на корабли с апреля 2014 г.
«Курс-НА» — это уже цифровой вариант, использующий компактный усилитель радиочастоты, оцифровку и обработку данных в мощном трехпроцессорном компьютере. Аппаратура построена на отечественной элементной базе, обеспечивает более высокую точность измерений, вдвое легче и втрое экономичнее по энергопотреблению, чем предыдущая.
Стыковка корабля со станцией — один из наиболее ответственных и сложных этапов космического полета. И, если что-то идет не по плану, это всегда вызывает законное беспокойство всех участников процесса.
Главный конструктор вспоминает несколько конкретных случаев, когда упреки в адрес системы были безосновательны.
Еще один случай произошел в октябре 2010 г. при стыковке «Прогресса М-08М». Аппаратура «Курс-П» может обеспечивать стыковку к одному из двух причальных узлов. Всего на служебном модуле российского сегмента МКС три причальных узла, поэтому космонавты вручную производили переключение кабелей, идущих от электронного контейнера аппаратуры «Курс-П» к антеннам третьего причального узла. При этом произошла потеря сигнала «Захват» при переходе в режим причаливания. Стыковку на финальном этапе пришлось провести с использованием режима ТОРУ.
Разбор ситуации показал, что космонавты соединили между собой антенны двух причальных узлов — и в результате электронный контейнер оказался отключенным от причальных антенн. После этого РКК «Энергия» разработала электромеханический переключатель.
С человеческим фактором связаны и приключения робота «Фёдора» при сближении и стыковке корабля «Союз МС-14» с МКС в августе 2019 г. В той ситуации от электронного контейнера «Курс-П» служебного модуля был отключен кабель, соединяющий его с одной из антенн выбранного причального узла.
В конце июля этого года во время эпичного полета к МКС нового модуля «Наука» также произошел инцидент, при котором отчасти незаслуженно пострадала репутация «Курса». Поскольку «Наука» готовилась к запуску довольно давно, но старт неоднократно переносился, на модуле был установлен предыдущий, еще аналоговый, вариант «Курса». Причем на борту имелся как активный комплект («Курс-А» — для стыковки с МКС), так и пассивный («Курс-П» — для последующего причаливания к «Науке» кораблей или других модулей).
Проблемы, возникшие на этапе причаливания корабля «Союз-МС-19» с киноэкипажем фильма «Вызов», были связаны с неточностью во взаимодействии системы управления корабля с «пассивной» аппаратурой, называемой «Курс-МКП». Это новый цифровой «пассив». Он был доставлен на МКС только летом этого года и совсем недавно установлен на функционально-грузовом блоке «Заря» вместо аналогового «Курса-П». Это была его первая стыковка. Команда, которую выдавала система управления корабля, как выяснилось позже, выводила «Курс-МКП» из режима причаливания. Именно поэтому командиру корабля Антону Шкаплерову пришлось прибегнуть к ТОРУ, то есть к так называемой «ручной стыковке».
— Сергей Борисович, в чем особенности эксплуатации «Курса» на современном этапе полета Международной космической станции?
— МКС имеет очень сложную конфигурацию: модули, огромные солнечные батареи, фермы образуют своеобразные уголковые отражатели. Это приводит к тому, что сигнал, посланный с активного корабля, попадает на антенну пассивного комплекта как напрямую, так и отражаясь от элементов конструкции МКС. Возникают паразитные сигналы, искажающие измеряемые параметры. «Паразиты» могут вызвать заметные колебания уровня принимаемого сигнала, вплоть до провалов ниже уровня чувствительности системы, — и тогда мы теряем «захват».
Это для нас самый большой «бич». Именно с «паразитами» боролись еще на этапе использования «Иглы», устанавливая на корабли радиозащиту. Но тогда сближающиеся объекты были сравнительно простыми по конфигурации, чего не скажешь о современной МКС. В диаграммы направленности антенн системы взаимных измерений элементы конструкции тогда не попадали.
— Над какими перспективными системами ведутся работы сейчас?
— Сегодня наш коллектив создает принципиально новую систему для сближения и стыковки космических аппаратов — как на околоземных орбитах, так и в дальнем космосе, например у Луны. Новая система для корабля «Орёл» вобрала в себя лучшие наработки, использованные в последних модификациях «Курса»: она будет легче, компактнее, сможет противостоять радиационным нагрузкам. При этом принципы работы несколько отличаются, но это тоже радиосистема.
— Известно, что иностранные корабли (Dragon, Cygnus и HTV) оснащались комплексами, отличающимися от «Курса» по принципам работы. Что можно сказать про эти системы?
— Американцы и японцы применяют «триаду»: на дальних дистанциях используются сигналы спутниковой навигационной системы GPS; потом относительная GPS — она же, но с дифференциальной коррекцией; на ближней дистанции — система световой идентификации, обнаружения и определения дальности LIDAR. У нас также стали применять систему ГЛОНАСС. Определяя перспективу, мы тоже сейчас пытаемся использовать «оптику», создаем сканирующую лидарную систему. Однако оптика, как правило, определяет радиальную скорость дифференцированием дальности, и точность ее определения уменьшается.
Для европейского грузового корабля ATV несколько лет назад мы делали разновидность аппаратуры «Курс», контролирующую сближение по дальности и скорости. Так, «Курс» измерял скорость намного точнее, система измерений этого европейского «грузовика» давала большую динамическую ошибку.
Очевидно, что на лунных и планетарных орбитах не будет столь многочисленных группировок спутников, как сейчас на околоземной, а значит глобальная навигация не обеспечит требуемые точности. Поэтому радиосистемы остаются актуальными.
В более отдаленной перспективе нам предстоит стыковаться с «некооперируемыми» объектами — спутниками, первоначально не предназначенными для стыковки, в целях их обслуживания, ремонта или сведения с орбиты. Уже сейчас мы прорабатываем подобные системы.
Фрагмент текста с ошибкой:
Правильный вариант:
