Наука и техника: прошлое и настоящее

Отечественная лунная одиссея

Продолжение. См. № 7, 12/09

Операция «Мягкая посадка»

Мягкая посадка на Луну (проект Е-6) была одной из труднейших технических проблем космонавтики. Первые полёты советских космических ракет к Луне проходили без коррекции траектории. Точность их выведения на трассу как для выполнения задач попадания в Луну, так и для её облёта и фотографирования обеспечивалась системой управления ракеты-носителя (РН). Но для посадки в заданный район Луны необходима была более высокая точность расчёта трассы к моменту отделения ЛКА от РН. Кроме того, расчёты показали, что технически проще вывести ЛКА на необходимую траекторию, если во время полёта провести её коррекцию.

Выбор траектории определялся не только задачей оптимизации энергетических затрат, но и условиями благоприятной радиовидимости Луны с научно-измерительных пунктов (НИП) во время торможения ЛКА и непосредственно после его посадки. Таким условиям удовлетворяли траектории с продолжительностью его полёта около трёх с половиной суток.

Задача осложнялась и отсутствием сведений о физико-механических свойствах лунной поверхности. По предложению С.П.Королёва, эксперимент следовало осуществить с помощью небольшого и сравнительно простого аппарата. А чтобы он не разбился о поверхность Луны, тормозить перед посадкой за счёт изменения тяги ракетного двигателя. До начала сеанса торможения система управления (СУ) обеспечивала с помощью оптических средств построение лунной вертикали и ориентацию ЛКА по ней. Затем включался радиовысотомер, данные которого о расстоянии до Луны позволяли определить момент включения двигателя на торможение, продолжительность его работы и регулировать его тягу для того, чтобы скорость снизилась практически до нуля перед соприкосновением посадочной ступени с поверхностью.

Следует напомнить, что трёхступенчатая РН 8К72 («Восток-Л») способна была доставить к Луне груз массой не более 325 кг. Масса ЛКА в проекте Е-6, по самым жёстким расчётам, составляла не менее 1500 кг, что и определяло необходимость использования четырёхступенчатой РН 8К78 («Молния»).

Для таких ЛКА в ОКБ-2 (ныне ФГУП «Конструкторское бюро химического машиностроения им. А.М.Исаева») под руководством А.М.Исаева была разработана корректирующе-тормозная двигательная установка КТДУ-5А. Она имела массу всего

140 кг и являлась основным несущим элементом объекта, на котором размещались блоки астронавигации и управления, аппаратура радиотехнических систем траекторных измерений, посадочная ступень и другие служебные системы. При этом изменялась и сама схема полёта. С её помощью в окололунном пространстве осуществлялась коррекция траектории полёта либо для выведения ЛКА на орбиту ИСЛ, либо для мягкой посадки.

На первом её этапе РН тремя ступенями вместе с разгонным блоком «Л» (четвёртая ступень) выводила ЛКА на орбиту ИСЗ. На втором этапе включался блок «Л» и ЛКА сообщалась вторая космическая скорость. Это происходило вне зоны видимости наземных

НИПов (над Гвинейским заливом). На третьем этапе проводились контроль траектории и её коррекция в зависимости от цели полёта. На четвёртом этапе КТДУ переходила в режим торможения, обеспечивая мягкую посадку на поверхность Луны.

Согласно постановлению ЦК КПСС и СМ СССР от 22 марта 1962 г., срок запусков ЛКА по программе Е-6 был запланирован на 1963 г. Началась подготовительная работа, в том числе в частях и подразделениях командно-измерительного комплекса (КИК). Перед каждым стартом начальник Центра КИК издавал приказ, в котором определялись состав привлекаемых НИПов, их силы и средства, назначались оперативно-техническое руководство (ОТР) и оперативная группа.

Управление объектом поручалось оперативной группе, в состав которой входили наряду с сотрудниками Центра КИК и представители промышленных организаций, участвовавших в разработке, создании ЛКА и подготовке его к запуску. Оперативная группа включала несколько подгрупп: управления и программ, анализа, дешифровки, баллистики и др. Анализ состояния и хода подготовки к работе по проекту Е-6 осуществлялся отделом Центра КИК. Обычно обязанности по координации предстоящих работ возлагались на капитана В.Н.Петрова.

Первый старт РН «Молния» с ЛКА, согласно программе (объект Е-6 № 2), состоялся 4 января 1963 г. Его осуществили боевые расчёты космодрома Байконур Ракетных войск стратегического назначения (РВСН были созданы как вид войск 17 декабря 1959 г.). В дальнейшем все старты РН с ЛКА выполнялись силами и средствами войсковых частей РВСН.

Три ступени РН 8К78 отработали нормально, но двигатель разгонного блока «Л» не запустился. Это произошло (как и ранее) вне зоны радиовидимости телеметрических приёмных станций наземных НИПов. Но для работы с этим объектом в район Гвинейского залива прибыл плавучий (морской) НИП «Долинск». Дежурной сменой его экспедиции была принята с борта ЛКА телеметрическая информация, позволившая установить причину отказа двигателя блока «Л».

3 февраля 1963 г. была сделана вторая попытка отправить к Луне объект Е-6 № 3. На этот раз он даже не долетел до участка запуска блока «Л». Телеметрические записи системы контроля траектории показали, что РН вышла за пределы расчётных углов тангажа по отношению к Земле. Несмотря на проведённую по требованию баллистиков коррекцию траектории полёта, 6 февраля 1963 г. ЛКА прошёл мимо диска Луны на расстоянии около 8,5  тыс. км.

2 апреля 1963 г. стартовала РН «Молния» с ЛКА (Е-6 № 4). Слежение за полётом «Луны-4», как её назвали в сообщении ТАСС, осуществлялось Симферопольским Центром дальней космической связи (ЦДКС). Впервые применялась 32-метровая параболическая антенна ТНА-400, созданная в ЦКБ-34 под руководством заместителя начальника КБ, главного конструктора антенных установок А.И.Ухова. Она в метровом диапазоне волн позволяла выдавать радиокоманды и уставки с получением обратного сигнала, свидетельствующего об их прохождении (с квитированием). Она таже позволяла измерять параметры орбиты, регистрировать телеметрическую информацию и принимать телевизионное изображение. Система программного управления СПУ-2 этой антенной была разработана на ГИФТИ главным конструктором М.Я.Эйнгориным.

Итак, продолжительность полёта до Луны составляла приблизительно 3,5 суток. В этот период проводились сеансы траекторных измерений для уточнения траектории полёта, а также телеметрического контроля выполнения коррекции для посадки ЛКА в расчётном районе. Поэтому при составлении программы на предстоящий сеанс связи планировались и проводились переключения комплектов аппаратуры для обеспечения режимов работы бортовых систем ЛКА, а также научные исследования.

При работе с объектами проекта Е-6 ломалось утвердившееся представление об управлении полётом ЛКА. К традиционным операциям при запуске первых ИСЗ добавились и такие, как оперативный расчёт траектории полёта с целью выработки данных для проведения её коррекции, преобразования этих данных к виду (структуре), который воспринимался командной радиолинией (КРЛ) и передавался на борт ЛКА. Кроме того, потребовалась выдача большего количества радиокоманд с НИПов для переключения (в зависимости от обстановки) антенных систем бортовых приёмников и передатчиков со всенаправленными, мало- и остронаправленными антеннами, причём с резервом фидерных трактов и антенных переключателей.

Настройка этих систем осуществлялась радиокомандами, выдаваемыми дежурным расчётом Симферопольского ЦДКС по КРЛ, так называемыми функциональными и числовыми уставками.

Сложность управления заключалась ещё и в том, что предусмотренного в матрице количества таких команд не хватало. Поэтому конструкторы закладывали такие комбинации, в которых одни и те же команды в сочетании с другими выполняли необходимые функции. Эти обстоятельства усложняли работу операторов КРЛ, приводя к возникновению нештатных ситуаций.

Ещё одна особенность состояла в том, что бортовой комплекс имел два контура управления: один – по командам автоматики программно-временного устройства, а другой – по радиокомандам с НИПов. Управленцы разрабатывали программы сеансов связи с учётом обязательного согласования этих двух контуров, дабы команды не могли накладываться одна на другую.

Перед каждым запуском ЛКА составлялась программа полёта, представлявшая собой набор сеансов связи, в которых детально расписывались перечень выдаваемых на борт радиокоманд, тип получаемой с борта телеметрической и телевизионной информации, данные траекторных измерений, режимы работ бортовой аппаратуры и состав привлекаемых для обеспечения полёта наземных и плавучих средств КИКа. Кроме того, специалисты Центра КИКа составляли график работы привлекаемых сил и средств НИПов. Он включал сроки получения всех видов информации, её обработки, в том числе и баллистическими центрами, и выдачи этих результатов в главную оперативную группу управления (ГОГУ). График представлялся на утверждение М.В.Келдышу и С.П.Королёву.

Перед каждым сеансом связи с ЛКА составлялась отдельная программа, которая учитывала состояние бортовых систем и наземных комплексов и реальную трассу полёта. Она разрабатывалась группой управления в виде временного графика, на который накладывалась вся информация по полёту: привязанная ко времени выдача радиокоманд и уставок; точное время и тип получаемой информации; сроки передачи информации в баллистические центры и получение от них предложений на проведение динамических операций (коррекции, торможения, посадки и др.). Эта программа утверждалась руководителем ГОГУ, после чего размножалась в необходимом числе экземпляров. Ощущалось отсутствие так называемых «комплексников» – специалистов, которые могли бы квалифицированно проводить анализ всей поступающей информации и оперативно принимать оптимальные решения.

После каждого успешного старта РН и выведения ЛКА на расчётную траекторию члены Государственной комиссии М.В.Келдыш, С.П.Королёв, Г.А.Тюлин, П.А.Агаджанов, Б.Е.Черток и др., а также ГОГУ и руководители групп управления и анализа проводили заседание в Симферопольском ЦДКС. Каждому из них для контроля выдавался экземпляр программы полёта ЛКА. О ходе выполнения этой программы, как правило, докладывали или капитан В.Н.Петров, или капитан Ю.В.Дородкин. Но С.П.Королёв не ограничивался их докладами и требовал дополнительных разъяснений от разработчиков по всем возможным нештатным ситуациям.

Между тем ранее запланированные пуски продолжились. К сожалению, четвёртый (Е-6 № 6^*, 21.03.1964) и пятый (Е-6 № 5, 20.04.1964) старты РН были неудачными.

12 марта 1965 г. состоялся шестой запуск ЛКА (Е-6 № 9). По донесению начальника экспедиции с плавучего НИПа «Долинск», запуск двигателя блока «Л» вновь не состоялся. Объект остался на околоземной орбите из-за отказа одной из систем. ТАСС вынужден был сообщить об очередном ИСЗ «Космос-60».

Для установления причины аварии создали специальную комиссию, которую возглавили: от РНИИ КП – Е.Я.Богуславский, от ОКБ-1 – В.Ф.Сибирцев и от Центра КИКа – Ю.В.Дородкин. Сеансы связи с ЛКА обычно проводились под руководством Е.Я.Богуславского. Он из зала управления отдавал распоряжения дежурному расчёту КРЛ о выбранном режиме работы и времени выдачи очередной радиокоманды на борт. Подходящие витки для связи с ИСЗ «Космос-60», по расчётам баллистических центров, могли быть только на вторые сутки – 16 марта. К этому времени и была разработана программа с учётом ограниченного времени зоны радиовидимости НИП-10. В расчётное время дежурная смена вышла на связь с «Космосом-60». Однако в какой-то момент Е.Я.Богуславский, переключая бортовую аппаратуру в различных комбинациях, не успел передать необходимые распоряжения, что привело к срыву эксперимента. Подобные ситуации создавали нездоровые взаимоотношения между военными и гражданскими специалистами. Дело в том, что начальниками дежурных смен и расчётов наземных средств НИПов были военнослужащие, которые, согласно воинским уставам, обязаны выполнять приказы (распоряжения) только своих прямых начальников. Гражданские специалисты (хотя и занимали ответственные должности) для них таковыми не были. Выход из положения был только один – военный специалист должен стать «комплексником».

Поэтому в кратчайшие сроки разработали и утвердили учебную программу для начальников дежурных смен и расчётов. К её реализации были привлечены руководители оперативных групп, в том числе и разработчики наземных и бортовых систем. Её выполнение завершилось совместными тренировками и зачётами. В сложившуюся схему организации сеансов связи с ЛКА внесли ряд изменений: на представителей КИКа было возложено доведение до исполнителей всех касающихся их распоряжений и донесений по работе с очередным запуском ЛКА, проверка их исполнений, уточнение и сверка программ сеансов связи, непосредственное принятие решения на выдачу радиокоманд наземными средствами, ведение репортажа и др.

Седьмой старт РН с ЛКА (Е-6 № 8, 10.04.1965) оказался также аварийным.

Наконец 9 мая 1965 г. на космодроме Байконур состоялся удачный, восьмой, старт РН с ЛКА (Е-6 № 10). ТАСС сообщило об успешном запуске и полёте «Луны-5». Однако 12 мая в 2 ч 10 мин, осуществляя посадку на поверхность Луны, этот ЛКА разбился.

8 июня 1965 г. в 10 ч 40 мин – девятая попытка запуска ЛКА (Е-6 № 7). «Луна-6» вышла на расчётную траекторию, о чём сообщило ТАСС, но при проведении завершающей коррекции для точного выхода к району посадки двигатель не получил команду с программно-временного устройства (ПВУ) на выключение и продолжал работать, пока не израсходовал весь запас топлива. «Луна-6» прошла приблизительно в 160 тыс. км от диска Луны. Этот сбой позволил проверить функционирование командных радиолиний на дальности около 600 тыс. км. По команде дежурного расчёта КРЛ Симферопольского ЦДКС, удалось осуществить отделение спускаемого аппарата ЛКА от КТДУ и убедиться в нормальном наддуве амортизирующих резиновых баллонов.

В конце 1964 г. неофициально, а с 02.03.65 г. официально, Главным конструктором ОКБ-301 Машиностроительного завода им. С.А.Лавочкина (ныне НПОЛ – Научно-производственное объединение им. С.А.Лавочкина) был назначен Г.Н.Бабакин. Приняв из рук С.П.Королёва почётную эстафету, он стал достойным преемником основоположника отечественной практической космонавтики по этому направлению, превратив его в самостоятельное, востребованное и эффективное средство познания землянами окружающего мира. Г.Н.Бабакин является создателем отечественных роботизированных космических аппаратов, именовавшихся во времена описываемых событий автоматическими межпланетными станциями (АМС), перенёсшими из мира фантазий в мир реалий уникальнейшие по своей сложности и научной информативности исследовательские экспедиции на Луну, Марс и Венеру.

На 4 сентября 1965 г. был назначен очередной старт РН с ЛКА (Е-6 № 11). Но РН возвратили на техническую позицию в связи с тем, что датчик, входящий в систему регулирования кажущейся скорости, был разориентирован раньше времени. Старт (десятый) состоялся 4 октября 1965 г., а 5 октября ТАСС сообщило о полёте ЛКА «Луна-7». В ночь с 7 на 8 октября радиотехнические средства Симферопольского ЦДКС зафиксировали блокирование системы на включение КТДУ, следствием чего явилась очередная жёсткая посадка ЛКА в районе Океана Бурь.

8 октября на итоговом заседании ОТР член-корреспондент АН СССР А.Ф.Богомолов высказал мнение о том, что при выдаче радиокоманд на борт станции, особенно при подлёте к Луне, не учитывается отражение этих сигналов от её поверхности, что, возможно, и приводит к формированию ложных команд, влияющих на функционирование бортовой аппаратуры. При дальнейших работах это было учтено.

Понятия «логика» и «управление космическими аппаратами» появились в лексиконе ОКБ одновременно с началом работ по космической тематике. Полностью была переосмыслена и организация процесса управления ЛКА. А ведь это сложный контур, включающий в себя как сам ЛКА, так и наземные радиотехнические средства КИКа, баллистические центры и, конечно, людей, организующих взаимодействие всех составных частей этого контура, от работы которых во многом зависело выполнение поставленных задач каждого эксперимента. В результате была сформирована специальная группа логики. Это она разрабатывала программы сеансов связи, предлагала варианты привлечения к работе необходимых технических средств КИКа, радиоуправления, динамики полёта, устранения нештатных ситуаций и др.

Группа анализа также состояла из специалистов-«комплексников», что позволяло значительно сократить время оперативных докладов в ходе выполнения программы. Для ручной дешифровки телеметрии (тогда далеко ещё было до автоматизированной обработки информации) привлекались специалисты по каждой системе, а не формальные дешифровщики.

3 декабря 1965 г. в 13 ч 46 мин 14 с состоялся одиннадцатый старт РН с ЛКА (Е-6 № 12). Блок «Л» отработал заданный импульс, и, как отмечалось в сообщении ТАСС, «Луна-8» приступила к выполнению программы полёта. Каждый сложный сеанс работы с ЛКА докладывался на заседании ОТР и после обсуждения утверждался. М.В.Келдыш, С.П.Королёв, Г.А.Тюлин (председатель Государственной комиссии), Г.Н.Бабакин (технический руководитель Государственной комиссии), все главные конструкторы наземных и бортовых систем всегда присутствовали на этих заседаниях.

Все коррекции траектории полёта «Луны-8» прошли нормально. Однако в ночь на 6 декабря у поверхности Луны из-за нарушения ориентации относительно лунной вертикали двигатель отработал 9 с вместо 42, что привело к жёсткому прилунению в  0 ч 51 мин 29,6 с.

Как вспоминал В.Н.Сморкалов, «…началось завершающее заседание технического руководства. Пасмурные доклады... отсутствие интереса ко всему происходящему. Запомнилось… только выступление С.П.Королёва: „Выше головы, друзья мои, космос – непроторённая дорога. Мы приблизились к Луне настолько, насколько ещё не приближались… Впереди нас ждёт много неожиданностей: мы будем садиться, будем падать, захотим двигаться по Луне, но не сумеем сдвинуться, тронемся, но не сумеем остановиться. Но каждый шаг вперёд – это новая победа, и она должна вселять в нас уверенность, а не угнетать. Выше головы, друзья!”»

А в текст сообщения ТАСС о завершении эксперимента «Луна-8» С.П.Королёв включил заключительную фразу: «В результате полёта… сделан дальнейший шаг к осуществлению мягкой посадки…»

7 декабря 1965 г. Сергей Павлович Королёв был последний раз на Симферопольском ЦДКС.

Неудачи «Луны-7» и «Луны-8» произошли из-за слишком больших возмущений, вызванных наддувом амортизирующих баллонов, происходившим одновременно с запуском КТДУ. Справиться с этим недостатком смогли уже в бабакинском ОКБ – наддув стали производить до запуска КТДУ. Модификация ЛКА получила обозначение «Е-6М».

Полёты «Луны-7» и «Луны-8» завершили экспериментальную отработку систем астроориентации, управления бортовой аппаратурой, телеконтроля траектории полёта и приборов автоматизированного управления. С.П.Королёв, докладывая руководству Комиссии по военно-промышленным вопросам при Президиуме СМ СССР о выполнении программы мягкой посадки на Луну, в частности, сказал: «Мы же делаем совершенно новое дело! Мы – первопроходцы, идём совершенно неизведанными путями. Да, пятая посадка не удалась. Но за эти пять пусков мы накопили данные, кое-что переосмыслили…

„Луну-9” обязательно посадим, мягко посадим. Теперь мы знаем, в чём дело. Есть идеи. И времени мы зря не теряли…»

Продолжение следует

---

^* Аппараты нумеровались в порядке изготовления, а запускались по готовности.