Владимир Остроухов
Система "Энергия-Буран".
Рисунок из книги "Ракеты-носители. Космодромы"
15 ноября 1989 года в нашей стране был осуществлен успешный запуск многоразовой космической системы (МКС) «Энергия-Буран». Она создавалась прежде всего как ответ на американскую инициативу по переносу гонки вооружения в космос, в том числе с использованием кораблей «Спейс Шатл».
БЕЗ ПРАВА НА ОШИБКУ
В соответствии с постановлениями правительства СССР головной организацией в разработке отечественной МКС, получившей кодовое название «Буран», было определено НПО «Энергия» – организация, долгое время возглавлявшаяся академиком Сергеем Королевым. Руководил этой работой соратник Королева академик Валентин Глушко. Но тогда в нашей стране еще не было опыта создания многоразовых пилотируемых космических кораблей самолетного типа с возвращением их с околоземных орбит и посадкой на аэродром. Для решения этой задачи потребовалось мобилизовать весь научно-технический и производственный потенциал советской авиационно-космической отрасли – более тысячи предприятий и организаций различных министерств и ведомств СССР, задействовать прорывные технологии главным образом в таких областях, как двигателестроение, аэродинамика, материаловедение, прочность и надежность конструкций, управление сложными космическими объектами и др.
О том, как решались эти задачи, уже много написано и рассказано. Сейчас же хочется вспомнить об уникальных работах, проведенных в тот период с целью обеспечения надежности и безопасности полета «Бурана», результаты которых привели воистину к историческому успеху.
И здесь в первую очередь надо отметить следующее. Головной разработчик не мог допустить повторения негативного опыта прошлых лет, связанного с попыткой создания сверхтяжелой космической системы Н1–Л3. Она предназначалась для высадки советского человека на Луну. Однако тема была закрыта в 1974 году после четырех аварий на Байконуре.
Основная причина тех неудач заключалась главным образом в недостаточном объеме наземной экспериментальной отработки системы, особенно ее крупномасштабных компонентов. Если конкретно – то первой ступени, оснащенной 30 двигателями.
Права на ошибку при создании подобной по масштабам сверхтяжелой космической системы нового поколения у разработчиков уже не было. Сразу стало ясно, что для выполнения этой грандиозной задачи не подходили классические методы обеспечения надежности и безопасности, когда заданные показатели достигались количеством образцов, которые подвергались испытаниям путем их реального запуска. Образец по существу имелся один – уникальный и непомерно дорогой. Вот почему упор был сделан на создание полномасштабной испытательной базы и максимальное приближение наземных испытаний к полетным условиям. В организациях промышленности и на космодроме появились сотни уникальных стендов и имитационных установок, с помощью которых предполагалось добиться максимального приближения проводимых испытаний к реальным условиям полета.
Результаты всех испытаний собирались в едином центре, обрабатывались по единой технологии с применением имитационного моделирования, для чего привлекались лучшие научные коллективы страны, в том числе Минобороны (например, 50-й ЦНИИ – головной в военном ведомстве по космической тематике). Так в целом удалось выстроить иерархическую испытательную систему, где результаты, полученные на нижних уровнях, служили исходной информацией для проведения более крупных испытаний. И все это осуществлялось по единой комплексной программе, продуманной в НПО «Энергия» совместно с другими участниками работ.
ЭТАПНЫЕ ИСПЫТАНИЯ
Особо следует отдать должное тем уникальным испытательным установкам, стендам и комплексам, которые, находясь на вершине этой «пирамиды», сыграли главную роль в обеспечении успешного полета МКС «Буран». Это в первую очередь летающая модель орбитального корабля (ОК) под условным названием БТС-002, летающая лаборатория на базе самолета Ту-134 и баллистическая модель ОК «Бор-5». Они позволили совместно решить задачу сквозной отработки участков спуска корабля с орбиты, торможения в атмосфере и приземления по-самолетному на аэродром.
При этом, безусловно, сказался и имевшийся у нас к тому времени уже достаточно большой опыт обеспечения орбитальных полетов пилотируемых космических кораблей. Однако опыта по отработке схода с орбиты и аэродинамического торможения в атмосфере многотонных ОК на гиперзвуковых скоростях и посадки их на аэродром в стране практически не было. Зато существовала научная школа, трудились специалисты, талант и энергия которых позволяли успешно справляться в короткие сроки со сложнейшими проблемами.
Так, группа летчиков-испытателей ЛИИ МАП под руководством Игоря Волка 24 раза поднимала и сажала на аэродроме в подмосковном Жуковском макет ОК БТС-002, пока в конце концов не «научили» его приземляться на посадочную полосу в автоматическом режиме с высоты в 2,5 км. Но это был только самый последний участок спуска и посадки.
Большой проблемой оставался участок непосредственного схода с орбиты на космической скорости и погружения ОК в атмосферу с гашением космической скорости до обычной самолетной (порядка 375 км/ч). Поистине уникальными были в этом смысле полеты летающей модели ОК «Бор-5».
Она запускалась в космос с помощью ракеты-носителя среднего класса и совершала спуск в заданный район по предполагаемой траектории ОК. Эта модель вначале никак «не хотела» приземляться в заданный район. Промахи превосходили все возможные допуски. Всесторонний анализ причин отклонений показал существенное несоответствие заданных аэродинамических характеристик ОК реальным условиям полета.
А летный образец ОК МКС «Буран» был уже изготовлен и готовился к отправке на космодром. Потребовались большие усилия специалистов НПО «Молния» и ЦАГИ по доработке его конструкции с последующими многократными продувками моделей в аэродинамических трубах, прежде чем удалось добиться требуемых аэродинамических характеристик.
Орбитальные корабли БТС-002 и «Бор-5» долгое время демонстрировались на авиационных салонах в Жуковском. Но, к сожалению, на последних выставках эти уникальные летательные аппараты в экспозициях отсутствуют.
Испытания в Жуковском стали отработкой заключительного этапа полета МКС. Перед этим 15 мая 1987 года реальным запуском 100-тонного космического аппарата «Скиф» с помощью ракеты-носителя «Энергия» был опробован участок выведения ОК на орбиту. Здесь полностью учли печальный опыт Н-1 и на пуск этой ракеты пошли только после полномасштабных стендовых огневых испытаний ее ступеней.
ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЙ АККОРД
Теперь предстояли, без преувеличения, грандиозные по масштабу испытания полностью собранного комплекса «Энергия-Буран» в составе собранных вместе ОК и ракеты-носителя «Энергия» на космодроме Байконур с максимально возможной имитацией его полетных режимов на участках выведения, орбитального полета и посадки на штатный посадочный комплекс. Эти испытания под названием «Сухой вывоз» были в большей степени апробацией как бортовых, так и наземных систем и средств управления, работающих в штатных режимах полета.
Об объеме тех испытаний можно судить хотя бы по тому, что только бортовых излучающих радиоэлектронных средств (РЭС) было более сорока, а наземная группировка РЭС состояла более чем из 60 приемо-передающих станций. В процессе проведения испытаний сразу дали о себе знать ряд «нештатных» влияний систем друг на друга, которые невозможно было выявить при автономных испытаниях на предприятиях-изготовителях.
Прежде всего данные недостатки касались электромагнитной совместимости РЭС, а также стыковки программного обеспечения бортовой системы управления в рамках единой директивной технологии управления полетом. В процессе испытаний на старте стояло штатное летное изделие «Энергия-Буран» с включенными бортовыми и наземными системами управления и телеметрии, а над космодромом парила летающая лаборатория на базе Ту-134, которая замыкала имитационный процесс спуска и посадки ОК.
В результате выявленных замечаний потребовалась существенная доработка аппаратных и программных средств управления комплекса «Энергия-Буран», что привело к сдвигу ранее предполагаемого срока его запуска на несколько месяцев.
На основании анализа проведенных работ, а также анализа конструктивного построения системы и особенностей ее функционирования разработчиками совместно с испытательными подразделениями промышленности и Минобороны были составлены перечни нештатных ситуаций (НШС) и разработаны программные и организационно-технологические мероприятий по их парированию в режимах функционирования этой системы на участках предстартовой подготовки, запуска, орбитального полета, спуска с орбиты и посадки на аэродром. Это давало существенный прирост к расчетным показателям по надежности безопасности полета.
Следует особо отметить, что ответственность за обеспечение безопасности полета была достаточно высока, ибо траектория полета почти 100-тонного ОК пролегала не только над советской территорией, но и над рядом зарубежных стран. Поэтому данной проблеме руководством госкомиссии, главными конструкторами систем и агрегатов, военным руководством и правительством страны уделялось особое внимание.
Высокая эффективность и масштабность проведенных экспериментальных работ с целью достижения заданных показателей надежности и безопасности сыграли решающую роль в обеспечении успешного полета МКС «Буран». Особо хотелось бы отметить положительный эффект этих работ по успешному парированию двух очень опасных нештатных ситуаций, возникших в процессе предстартовой подготовки, а также на участке спуска и посадки ОК. Так, в процессе предстартовой подготовки МКС «Буран» 29 октября 1989 года за 50 секунд до запуска маршевых двигателей не отделилась прицельная плата от корпуса ракеты-носителя, что могло стать причиной разрушения конструкции заправленной ракеты с непредсказуемыми негативными последствиями. Ситуация была парирована автоматически своевременной выдачей заранее запрограммированной на такой случай команды на прекращение пуска. Пуск был отложен и проведены необходимые конструктивные доработки механизма отделения прицельной платы.
При беспилотном полете ОК 15 ноября 1989 года на участке спуска и посадки бортовой системой управления была парирована опаснейшая нештатная ситуация, связанная с нерасчетным порывом бокового ветра, путем оперативного пересчета на борту в автоматическом режиме без всякого участия человека терминальных параметров наведения на аэродром посадки. В результате этого беспилотный корабль осуществил нештатный боковой маневр и успешно совершил автоматическую посадку на полосу посадочного комплекса с другой стороны, нежели это было заложено в полетном задании. Этим маневром было предотвращено его неминуемое падение в районе Аральского моря.
С тех пор прошло много времени, однако опыт этих крупномасштабных работ был и остается уникальным и актуальным по настоящий день. Он не должен быть потерян для новых поколений создателей перспективных отечественных авиационно-космических систем в современной России.
