В.Н.Шауров, член Союза авиастроителей, кандидат технических наук, доцент
Пятьдесят лет тому назад, в ноябре 1970 года на околоземную орбиту был запущен, по официальному сообщению, искусственный спутник Космос-379. Это событие не привлекло внимание подавляющего большинства людей. На самом же деле оно было весьма знаменательным для отечественной космонавтики. Ведь под официальным названием значился космический аппарат Т2К, который был не чем иным, как беспилотной версией советского пилотируемого лунного корабля (ЛК), предназначенного для посадки на поверхность Луны. И целью запуска была проверка функционирования практически полностью укомплектованного, за исключением посадочных опор, корабля в условиях космического пространства.
Рис.1. Аппарат Т2К в сборочном цехе (http://astronaut.ru)
В ходе полёта Т2К при помощи штатной многорежимной двигательной установки совершил ряд манёвров с изменением орбиты. Они имитировали спуск лунного корабля к Луне с перемещением у ее поверхности, подъём с неё на окололунную орбиту, а также эволюции, проводимые при сближении и стыковке с находящимся на ней орбитальным кораблём. Испытания были успешными. За первым Т2К, в 1971 году с тем же результатом последовали еще два полета аналогичных объектов, подтвердивших работоспособность и надежность лунного корабля, его систем и оборудования.
Среди всего комплекса исследований и разработок, выполненных при создании корабля ЛК, важное место заняло решение проблемы управления кораблем на очень ответственном заключительном этапе посадки на Луну и участия в нём космонавта. По целому ряду причин, в том числе секретности советской пилотируемой лунной программы, а также специфики этой работы, она практически не нашла достаточно полного отражения в публикациях. Более того, отрывочные сведения, содержащиеся в интернете (и не только в нём), в большинстве не соответствуют действительности. Наряду с полной чепухой о создании ЛК в ОКБ Янгеля, «гуляют» по интернету сведения о якобы 7-градусном угле обзора из кабины, прицельной сетке на иллюминаторе, «пальцевой» рукоятке управления, о возможности управления космонавтом тягой двигателя, вертолетных тренажерах на базе Ми-8 и т.д. Даже весьма уважаемый космонавт А.А.Леонов, который входил в состав пилотов ЛК, в хорошем фильме компании БиБиСи «Cosmonauts. How Russia won the space race» рассказывает про мифический планшет, который должен был открыть космонавт при посадке, про якобы имевшиеся 2 секунды на выбор места посадки… В информативных книгах моего коллеги по проектированию В.М.Филина «Воспоминания о Лунном корабле» и «Притяжение Луны» этим вопросам отведено очень мало места и есть неточности. И это вполне понятно: ведь в проектном отделе каждый из нас отвечал за решение определенной проблемы. Занимаясь ракетным блоком «Е» корабля, Вячеслав Михайлович объективно не мог знать о деталях работ по управлению посадкой. А с консультацией по этому вопросу при написании книги имелись трудности. Как говорится, «иных уж нет, а те далече»…
Нижеследующая публикация имеет своей целью в значительной мере восполнить имеющийся пробел. На основе личного опыта автора в ней отражено возникновение указанной выше проблемы, пути её решения и тот большой вклад, который внесли специалисты авиационной отрасли в успешное выполнение принципиально новых, сложных и ответственных научно-технических задач.
Немного вводной информации
Напомню, что широкомасштабные работы по ракетно-космических средствам пилотируемого полета на Луну развернулись на основании Постановления ЦК КПСС и Совета Министров СССР «О работах по исследованию Луны и космического пространства» № 655-268, которое вышло 4 августа 1964 года под грифом «Сов.секретно, особой важности». В числе главных направлений исследования космического пространства значилось «осуществление высадки экспедиции на поверхность Луны с помощью ракеты-носителя Н-1 с последующим её возвращением и посадкой на Землю (головной исполнитель по ракете-носителю Н-1, космическому кораблю и комплексу высадки экспедиции на поверхность Луны в целом — ОКБ-1 Государственного комитета по оборонной технике СССР, главный конструктор т. Королев)».
Рис. 2. Лунный корабль ЛК комплекса Н-1 – Л3
Полный макет без внешней теплоизоляции (http://i57.fastpic.ru)
Рис.3. Лунный ракетно-космический комплекс Н-1 – Л3 (https://fishki.net)
Постановлением был установлен срок проведения экспедиции – 1967-1968 годы. Таким образом, на весь комплекс научно-исследовательских и проектно-конструкторских работ, изготовление, наземные и летные испытания перечисленных в Постановлении объектов отводилось максимум 4 года. Диктовалось это, прежде всего, намерением опередить американцев, еще в 1961 году декларировавших цель осуществить пилотируемый полет на Луну до конца текущего десятилетия.
Из всех объектов, входивших в состав лунного экспедиционного комплекса, получившего обозначение Н-1-Л3, абсолютно новым, не имевшим прототипов и аналогов, являлся корабль ЛК. Его проектирование пришлось начинать в полном смысле «с нуля». Для этого, как всегда в ОКБ-1 (ныне РКК «Энергия»), было создано специальное подразделение. Его костяк составили опытные специалисты, ранее занимавшиеся проектированием космических аппаратов спецназначения (в том числе фоторазведчика «Зенит» и первого спутника связи «Молния»). В числе пополнивших состав подразделения молодых специалистов оказался и автор этой статьи, имевший год с небольшим опыт работы в ОКБ-1, но успевший поучаствовать в компоновке бортовой аппаратуры спускаемых аппаратов автоматических межпланетных станций «Марс» и «Венера».
При распределении задач между сотрудниками подразделения мне неожиданно поручили заниматься вопросами, связанными с деятельностью космонавта (в отличие от американцев, посадочный корабль был одноместным) в процессе посадки. Сейчас я думаю, что причиной этого послужило то обстоятельство, что сотрудники подразделения в своём большинстве уже имели большой опыт работы по различным проектным аспектам и стали заниматься аналогичными вопросами применительно к ЛК. А «незакрытый», новый для них фронт работ, поручили новому человеку, впрочем, столь же несведущему в этой проблеме. (Замечу, что в ОКБ-1 существовала практика поручать молодым инженерам решение сложных задач). Как оказалось, по мере погружения в проблему, в число вопросов, которыми нужно было в той или иной мере заниматься, вошли функции и возможности космонавта при посадке, используемые средства управления, определение обзора из кабины. Список выглядит пугающе, но всё это были аспекты одной проблемы, без внимания к которым невозможно было проблему эту разрешить. Небольшое пояснение: в проектном отделе ОКБ-1 «заниматься проблемой» означало не решать самому всё, что с ней связано, а, досконально разобравшись в её сути, быть в курсе выполняемых работ как в ОКБ, так и в смежных организациях, принимать участие в решении ключевых вопросов и, при острой необходимости, решать те или иные задачи. И всё это в интересах соблюдения общей концепции и проектных параметров корабля.
На пути в неизвестное
Я уже отмечал, что проектируемый лунный корабль был совершенно новым объектом. Помимо этой новизны, когда большинство технических решений практически являлись изобретениями, сложность работы усугублялась отсутствием полной и достоверной информации о том, что же собой представляет лунная поверхность. Были известны характеристики рельефа, включая его типологию и закономерности распределения отдельных видов элементов рельефа на поверхности так называемых лунных «морей», намеченных для посадки. Большое значение для этого имели достаточно детальные снимки лунной поверхности, полученные в 1964-65 годах с помощью американских автоматических аппаратов «Рейнджер», долетавших до поверхности Луны, но без мягкой посадки. Однако относительно характера лунного грунта среди специалистов единого мнения не было. В ходу были две теории – твердой поверхности и пылеобразного грунта. Последний вариант разработчиков лунного корабля не устраивал категорически, расчеты показывали, что в этом случае габариты и вес посадочного устройства, не позволяющего кораблю погрузиться в пыль, не укладывались в требуемые ограничения. Точку в споре вынужден был поставить С.П.Королёв, в своей поистине исторической справке волевым образом определив тип грунта и динамические параметры посадки.
Рис.4. Справка С.П.Королёва о посадке на Луну (https://telegra.ph)
И хотя эти указания Главного конструктора развязывали нам руки, служили своеобразной «индульгенцией» (а вдруг?), мы с огромным волнением ждали изображений лунной поверхности, которые должен был передать аппарат «Луна-9», совершивший в феврале 1966 года первую успешную мягкую посадку на Луну. И, о радость! На полученных изображениях хорошего качества была явно видна твердая поверхность. Об этом, в том числе, свидетельствовали камни, ведь в противном случае они погрузились бы в пыль. Интуиция и на этот раз не подвела С.П.Королёва. И хотя тонкий слой пыли на Луне всё же оказался, но влияния на условия контакта с её поверхностью он практически не оказал.
Рис.5. Снимок с аппарата «Луна-9» (https://rumlin.files.wordpress.com)
Оценки, сделанные уже на начальном этапе проектирования ЛК, показывали, что, под влиянием различных факторов, отклонения реальной точки посадки лунного корабля (под «точкой» подразумевается некоторый участок поверхности) от выбранной на Земле могут достигать нескольких сот метров. И при этом велика вероятность попадания корабля на опасный для его устойчивости и целостности конструкции элемент рельефа — относительно небольшой, но глубокий кратер, крутой склон или камень. Выходов из этого положения было два: обеспечить безопасность посадки за счет конструктивных решений или же выполнить манёвр ухода от опасности.
В результате проработок оказалось, что первый вариант из-за потребных размеров посадочного устройства не проходит по весовым и компоновочным ограничениям. Расчеты второго варианта показали, что при определенном сочетании допустимых для посадки параметров рельефа, характеристик посадочного устройства и величины манёвров (с соответствующими затратами топлива) удается уложиться в заданные ограничения по весу и габаритам корабля.
Таким образом, выявился круг задач, которые должны были решаться на заключительном этапе посадки в непосредственной близости от лунной поверхности. А именно: 1) определение местоположения прогнозируемой, то есть автоматической, без вмешательства точки посадки, 2) оценка безопасности рельефа в ней, 3) поиск и выбор, при необходимости, новой, безопасной точки посадки в пределах зоны возможного манёвра, 4) выполнение манёвра для выхода в выбранную точку.
Согласно проведенным расчетам различных схем движения лунного корабля, при располагаемом запасе топлива можно выполнить два манёвра для перелета в выбранную точку посадки – основной до 100 метров и уточняющий терминальный до 15 метров. Перед каждым манёвром корабль должен был зависнуть на высоте порядка 100 метров для оценки и выбора посадочной площадки.
Нужно сказать, что проектирование лунного комплекса велось в условиях жёстких весовых ограничений. Из ракеты-носителя Н-1 удалось «выжать» возможность вывести на околоземную орбиту, с которой должен был стартовать лунный комплекс, максимум 95 тонн. А ведь в процессе создания кораблей, особенно лунного, их вес неуклонно и закономерно возрастал относительно проектных оценок, и заложенные резервы постепенно «съедались». Дело дошло до денежного стимулирования всяческих решений по снижению веса конструкции, аппаратуры и затрат топлива. Значимость этих решений отражал тот факт, что за килограмм сэкономленного веса лунного комплекса платилась премия, если не ошибаюсь, заметно превышающая 100 рублей! (При том, что решение «обычных» актуальных научно-технических задач поощрялось премией 30 рублей, как это нашло отражение в трудовой книжке автора статьи. Но это к слову).
Но вернёмся к посадке на Луну. Указанные весовые ограничения позволили выделить всего по 10 секунд в каждой из точек висения для оценки рельефа и выбора места посадки. Эти задачи однозначно должен был решать космонавт, об их автоматизации не могло быть и речи при крайне ограниченных вычислительных возможностях бортовой ЦВМ. Она могла обеспечить расчёт положения прогнозируемой точки посадки на лунной поверхности, это вопросов не вызывало. Требовалось только найти способ оптимальной индикации этой информации для космонавта. Проблема не простая, но было понятно, что её можно, так или иначе, решить техническими средствами.
Абсолютно «чистым листом» являлось знание того, насколько эффективно, по времени и точности, космонавт сможет действовать, как и какие факторы влияют на его деятельность в условиях жёсткого временного режима. Мы предполагали, что сложность представит и визуальное определение линейных размеров элементов рельефа в условиях отсутствия масштабных ориентиров. Здесь уместно привести слова слетавшего на Луну пилота американского лунного корабля LM Чарлза Дьюа: «Проблема на Луне — восприятие глубины. Вы смотрите на объект, который вы никогда не видели прежде, и у вас нет никакого знакомого масштаба. То есть, нет телефонных столбов или деревьев или автомобилей, по которыми можно судить о размерах объектов на поверхности…»
Напрашивалась некоторая аналогия с критической посадкой вертолета в лишённой ориентиров местности. И вообще нас интересовали особенности действий летчиков в условиях дефицита времени. Руководство нашего подразделения обратилось к С.П.Королёву с просьбой «посодействовать». Будучи лётчиком (а бывших лётчиков не бывает!), он прекрасно понимал важность роли пилота летательного аппарата и необходимость создания оптимальных условий его деятельности. Тем более в таком сложном и необычном деле, как посадка на Луну.
Авиация приходит на помощь
И вот, после согласования всяких организационных вопросов с Минавиапромом, к нам, по просьбе С.П.Королёва, из Лётно-исследовательского института (ЛИИ МАП) были направлены опытнейшие и заслуженные лётчики-испытатели, Герои Советского Союза М.Л.Галлай и Ю.А. Гарнаев. Они, по словам одного выдающегося испытателя, «могли летать на всём, что летает, а также на том, что в принципе летать не должно». Последнее было близко к нашему случаю.
Выбор Главного конструктора объяснялся тем, что М.Л.Галлай в качестве ведущего методиста участвовал в подготовке полёта Ю.А.Гагарина и других космонавтов, а Ю.А.Гарнаев испытывал аппарат вертикального взлёта и посадки «Турболёт», в чём-то схожий с ЛК по газодинамическому принципу движения.
«Турболёт» был создан в ЛИИ для исследования вопросов управления самолётами вертикального взлёта и посадки. Это, по сути, был летающий, вертикально установленный турбореактивный двигатель. Управление аппаратом по тангажу и крену осуществлялось путем отклонения вектора тяги двигателя с помощью газовых рулей в сопле двигателя, а по рысканью – с помощью струйных, установленных на разнесённых штангах. Полёты «Турболёта» под управлением Ю.А.Гарнаева выполнялись во второй половине 1950-х годов. Нас этот аппарат и особенности управления им интересовали применительно не только к ЛК, но и к возможным средствам имитации полёта корабля в земных условиях.
К великому сожалению, гибель Ю.А.Гарнаева прервала его участие в совместных работах. А с М.Л.Галлаем установились плодотворные, в различных аспектах, отношения. Он привлёк к участию в работах по ЛК и других сотрудников ЛИИ, которые разработали, в том числе, весьма оригинальные методы моделирования движения ЛК с помощью вертолета. Но об этом ниже. Очень важным для нас явилось мнение летчиков, что так смущавшие нас пресловутые 10 секунд не такое уж малое время при условии тренированности космонавта, хорошей видимости рельефа и наличии необходимых средств индикации (каких, ещё предстояло определить).
В дальнейшем, при консультации М.Л.Галлая, который был не только заслуженным лётчиком-испытателем, но и учёным, доктором технических наук, были разработаны программы исследования точности и времени оценки человеком лунного рельефа при различных условиях его наблюдения.
На начальном этапе к реализации этих программ был привлечён Институт медико-биологических проблем Минздрава. С его помощью были получены первые оценки нужных нам характеристик, которые послужили отправными точками исследований по более точному определению условий посадки, обеспечивающих эффективную деятельность космонавта лунного корабля.
Для проведения этих исследований был выбран Государственный научно-исследовательский испытательный институт авиационной и космической медицины (ГНИИИ АиКМ) Военно-воздушных сил. Институт имел большой опыт изучения и оптимизации деятельности лётчиков и космонавтов в экстремальных условиях, в том числе с применением уникальных методик, располагал специалистами высокой квалификации, штатом испытателей.
Работы по программам исследований проводились на специальном стенде, изготовленном нашим предприятием. С его помощью с высокой точностью моделировались элементы рельефа лунной поверхности и их солнечное освещение в различных сочетаниях их параметров. Замечу, что автору этой статьи пришлось не только разработать проект стенда, но и приложить немало сил, чтобы «пробить» изготовление этого «непрофильного» изделия на опытном заводе нашего предприятия и укомплектовать его опять-таки непрофильным оборудованием вроде мощного прожектора с ксеноновой лампой. Но, как говорится, «игра стоила свеч».
Несколько тысяч (!) экспериментов, выполненных на стенде под общим научным руководством ведущего психофизиолога института Л.С.Хачатурьянца, позволили найти зависимости точности и времени визуальной оценки опасности рельефа от условий его наблюдения. А именно от высоты Солнца над горизонтом, его азимута, углов визирования, параметров элементов рельефа.
Интересно отметить, что спустя 35 лет, изучая содержащиеся в интернете материалы о полётах американских астронавтов на Луну, я обнаружил интересное обстоятельство. Оказалось, что от полёта к полёту условия наблюдения при посадке корабля LM изменялись в сторону значений, близких к тем, которые были определены по нашим экспериментам как оптимальные.
Эксперименты в ГНИИИ АиКМ позволили прояснить ещё один существенный момент. А именно, насколько полученные в лабораторных условиях данные могут измениться в условиях реального полёта при вполне очевидном эмоциональном напряжении космонавта. Для этого сотрудником института Л.П.Гримаком была использована разработанная им оригинальная методика. Перед экспериментами испытателям в гипнозе внушалась установка, что недооценка опасности рельефа опасна для жизни. После выхода из гипноза установка сохранялась, и при её воздействии испытатели выполняли свои задачи в экспериментах с одновременной фиксацией ряда физиологических показателей. (Нужно сказать, что всё «действо» выглядело весьма впечатляюще). Эти показатели, в частности, повышение в полтора раза частоты дыхания, свидетельствовали о наличии выраженного эмоционального напряжения у испытателей. Для нас важным явилось то обстоятельство, что в этом состоянии при внушённой установке, испытатели более чем в полтора раза завышали степень опасности элементов лунного рельефа, как бы «перестраховывались». Это позволяло считать, что в реальном полете космонавт будет действовать столь же осторожно, что уменьшало риск выбора непригодной посадочной площадки.
Данные об оптимальных условиях наблюдения были использованы при формировании окончательных параметров участка посадки лунного корабля. Кроме того, выявленные ограничения на высоту Солнца в точке посадки на Луне должны были учитываться в расчётах дат старта ракетно-космического комплекса с Земли.
Что касается перелёта (или манёвра) в выбранную космонавтом точку посадки, то относительно управления движением ЛК в этом режиме было сломано немало копий. Коллеги-управленцы из профильного отдела ОКБ-1 настаивали на «ручной» схеме управления, при которой космонавт должен управлять горизонтальным движением корабля и, возможно, вертикальным, то есть тягой двигателя. Однако здесь существовала одна важная особенность. Чтобы выполнить перелёт из точки висения в новую точку, ЛК должен был перейти в режим разгона, а затем торможения. При этом из-за компоновки корабля (неподвижный основной двигатель без газовых рулей, расположение двигателей ориентации на «макушке» корабля), а также малой лунной гравитации, углы тангажа и крена могли, при максимальной дальности манёвра, достигать 40 градусов. Такие эволюции приводили к полной потере видимости космонавтом точки посадки и, соответственно, к невозможности в процессе манёвра визуально контролировать результаты управляющих действий. Второй негативный фактор – большие ограничения по располагаемому топливу на маневрирование, что требовало оптимизации управления движением, трудно достижимой при ручном управлении.
Обратились к лётчикам-испытателям. Конечно, им, привыкшим к тому, что машина всегда «находится в их руках», хотелось видеть ту же ситуацию применительно к нашему кораблю. Но, будучи людьми мыслящими практически, тоже пришли к выводу, что ручное управление в данном случае вряд ли реализуемо и, главное, не оптимально по расходу топлива. В процессе обсуждения проблемы они высказали соображение — а нельзя ли установить нечто вроде коллиматорного прицела, аналогичного авиационному. Прицельную марку в таком случае космонавт накладывает на выбранную точку посадки, а автоматика выводит в неё корабль. Идея показалась весьма плодотворной, консультации с разработчиками системы управления движения из НИИ автоматики и приборостроения (НИИ АП) подтвердили возможность реализации сопряжения такого прицела с бортовой ЦВМ.
После проработки всех аспектов с лётчиками и создателями системы управления движением, алгоритм управления с использованием прицела выглядел следующим образом. При переходе в режим висения, в поле зрения прицела по командам бортовой ЦВМ должна индицироваться крестообразная марка прогнозируемой точки посадки. Причём, что очень важно, угловой размер горизонтальной части марки всегда должен соответствовать 5 метрам в той точке поверхности, на которую она указывала. А 5 метров – это критический, максимальный диаметр кратера, в который допустимо попадание посадочных опор корабля. Таким образом, космонавт в условиях отсутствия масштабных ориентиров на поверхности мог оценить размеры кратеров и камней и определить их опасность. Выбрав альтернативную площадку, космонавт должен с помощью ручки управления переместить марку в условный центр этой площадки и нажатием кнопки на ручке ввести координаты точки посадки в бортовую ЦВМ. Далее движение ЛК осуществляется под её управлением в оптимальном автоматическом режиме. В этом алгоритме всё, что называется, логически «стыковалось».
Дело было за «малым» – создать нужный прицел. Для справки: основная особенность коллиматора – это формирование прицельной марки «в бесконечности» на фоне объекта, расположенного на большом удалении от наблюдателя. Поэтому для одновременного наблюдения прицельной марки и фона (в нашем случае — поверхности Луны) не нужно перефокусировать зрение. При реализации идеи возникли существенные проблемы.
Чтобы с высоты висения 100 метров видеть всю зону возможного маневра, поле зрения через иллюминатор и, соответственно, через прицел должно было быть не менее 40 градусов. А в авиационных прицелах этот угол не превышал и 20 градусов. Нужного нам коллиматора никогда не делали. Красногорский и Казанский оптико-механические заводы, оценив сложность задачи и требуемые сроки работ, при всём их опыте создания различных оптических устройств, за разработку не взялись. Нас выручил Киевский завод «Арсенал» (увы, сейчас уже не существующий). Коллиматор был изготовлен с требуемыми характеристиками. Он получил официальное название «Прибор наблюдения при посадке НП-1» и вместе с ручкой управления перемещением прицельной марки был включен в структуру средств управления движением ЛК. Кстати, размеры, конфигурация и расположение ручки выбирались экспериментально, с учётом возможности работы в наддутом скафандре (на случай разгерметизации кабины при посадке).
Для определения времени работы с НП-1 стенд в ГНИИИ АиКМ был доукомплектован прибором, ручкой управления и скафандром. Проведенные эксперименты подтвердили возможность решения космонавтом всех стоящих перед ним задач при посадке лунного корабля за отведенное время. Как это ни странно, выбранный метод индикации выглядит прогрессивнее, нежели применённый в американском посадочном корабле LM с гораздо более высокими возможностями бортовой ЦВМ. Там требовалось участие двух человек, один из которых считывал показания цифровых приборов, а второй использовал эти данные для определения точки посадки по рискам на стеклах иллюминатора. Это не только требовало перефокусирования зрения, но и не исключало ошибок.
«Лунные полёты» на Земле
Уже на этапе эскизного проектирования лунного корабля, которое выполнялось в 1965 году, С.П.Королёв поручил нашему подразделению определить программу и состав средств отработки посадки на Луну и тренировок космонавтов с созданием условий, близких реальным. К этой работе были привлечены и специалисты авиационной отрасли. В результате большой работы в канун 1966 года был подготовлен, согласован с различными службами ОКБ-1 и организациями-соисполнителями документ, который, если мне не изменяет память, назывался «План-проспект по наземной экспериментальной отработке Лунного корабля». Однако С.П.Королёв уже был госпитализирован. Тем не менее, он распорядился привезти документ к нему в больницу, что и было сделано буквально накануне операции. После визита к С.П.Королёву, его заместитель по космической тематике К.Д.Бушуев сообщил, что документ утверждён, и передал всем участникам работы благодарность Главного конструктора. Это был один из последних документов, утверждённых С.П.Королёвым.
Планом предусматривалось создание большого экспериментально-тренажёрного комплекса. В него входили, в том числе, стенд с имитацией лунного тяготения путем тросовой подвески летающего аппарата, динамически подобного ЛК; свободно летающий турбореактивный стенд с карданной установкой полноразмерной модели ЛК; наземный динамический моделирующий стенд; летающий вертолётный имитатор. Предлагалось также создание на одном из военных полигонов большой площадки с имитацией лунного рельефа для полётов над ним. Рельеф должен был формироваться путем авиационной бомбардировки боеприпасами различного калибра.
Трагическая и безвременная смерть С.П.Королёва имела отрицательные последствия для реализации разработанного плана. Увы, ставший преемником Главного конструктора его заместитель В.П. Мишин, «ракетчик», далёкий от «лётчицких» проблем и озабоченный наметившимся нарушением директивных сроков осуществления лунной экспедиции, посчитал план избыточным и оставил минимум работ. Важное место в их числе заняли две разработки организаций авиационной отрасли – вертолётный имитатор и наземный моделирующий динамический стенд.
Вертолётный имитатор ВИ-4-ЛК
В основу создания вертолётного имитатора легли работы ЛИИ в области моделирования в полёте динамики перспективных летательных аппаратов с использованием летающих лабораторий. Их инициатором и одним из руководителей был Л.М.Берестов.
Он же вошёл в состав разработчиков методики имитации движения ЛК с помощью вертолёта и проекта вертолётного имитатора ВИ-4-ЛК, который был изготовлен в ЛИИ в середине 1960-х годов.
Имитатор представлял собой вертолёт Ми-4, который с помощью специальной системы, сопряжённой с автопилотом вертолёта, должен был имитировать горизонтальное движение ЛК. Угловые эволюции ЛК по тангажу в процессе маневрирования имитировались путём поворота установленной в грузовом отсеке Ми-4 модели гипотетической кабины ЛК, в которой находился пилот-испытатель. Вертолёт при этом должен был летать «вперёд хвостом».
Рис.13. Вертолётный имитатор ВИ-4-ЛК
(https://www.aviapanorama.ruwp-contentuploads20180416.pdf )
Полёты на ВИ-4-ЛК, которые выполняли лётчики-испытатели ЛИИ, подтвердили жизнеспособность идеи, позволив провести серию экспериментов с различными вариантами управления лунным кораблём. Помимо решения исследовательских задач, предполагалось применить подобный имитатор для тренировок космонавтов.
Вертолётный имитатор был гораздо проще в реализации, дешевле и безопаснее, чем специальные летательные аппараты-динамические аналоги лунных кораблей, подобные, например, «Турболёту», американскому LLRV и его тренировочной версии LLTV (кстати, 3 из 5 этих аппаратов потерпели крушение, но астронавты смогли спастись).
Рис. 15. Аппарат LLTV и его крушение (https://www.hq.nasa.gov)
Возможно, что совершенствование имитатора с применением другого вертолета, например, Ми-8 с установкой кабины в двухстепенном кардане позволило бы расширить диапазон моделирования движения ЛК и одновременно избавиться от вибраций (или снизить их), весьма ощутимых в Ми-4 (в том числе по собственным впечатлениям автора).
Телевизионный динамический стенд
Для исследовательских и тренировочных целей указанным «Планом» предусматривалось создание стенда, который позволял имитировать линейные и угловые движения ЛК при посадке с одновременным отображением лунной поверхности так, как её видел бы космонавт. Такой стенд мог использоваться как для экспериментов, так и для тренировок, поскольку создавал визуальную иллюзию полета. В то время разработки подобных стендов в стране только начинались и прежде всего в интересах авиации.
Ознакомление с состоянием дел в этой области показало, что наиболее продвинутыми являются работы, проводимые в Киевском институте инженеров гражданской авиации (КИИГА). Он располагал довольно большими вычислительными мощностями, имел различные научно-исследовательские лаборатории и, что немаловажно, тесно сотрудничал с Институтом кибернетики АН УССР. Такое сотрудничество позволяло КИИГА применять в разработках передовые достижения в области использования вычислительной техники. Возглавлял работы по моделирующим стендам заведующий кафедрой теории автоматического регулирования и научный руководитель одной из лабораторий института, доктор технических наук, член-корреспондент АН УССР А.И.Кухтенко. Изучив полученные из ОКБ-1 весьма неожиданные предложения, институт дал согласие на сотрудничество.
Работы по техническому заданию ОКБ-1, в подготовке которого принимали участие специалисты нескольких подразделений, проводились в КИИГА в 1967-71 годах. В созданном стенде угловые и линейные перемещения ЛК моделировались путем движения телевизионной камеры, которая была установлена в карданном шарнире и перемещалась линейно в трёх направлениях над макетом лунной поверхности. Управление линейным и угловым, в карданном шарнире, движением телекамеры осуществлялось с помощью ЭВМ. Изображение поверхности проецировалось на экран в поле зрения иллюминатора корабля.
Помимо создания всех электро-механических, оптических, телевизионных и вычислительных компонентов стенда, КИИГА решил довольно непростую задачу изготовления макетов лунной поверхности с фотометрическими свойствами, близкими к лунному грунту. На макетах моделировался рельеф лунной поверхности на основе данных о типах элементов рельефа и их распределении. (Такие же макеты были использованы также в стенде для ГНИИИ АиКМ).
Рис 17. Фрагменты ТВ стенда (телекамера с приводами и макет поверхности)
(кадры из кинофильма БиБиСи «Cosmonauts. How Russia won the space race»)
Телевизионный стенд, который позволял моделировать широкий диапазон условий посадки ЛК, его динамических характеристик и способов управления движением, был установлен на нашем предприятии, сопряжён с макетом передней части кабины ЛК со всем оборудованием управления и использовался в исследовательских целях.
Рис.18. ТВ стенд, макет кабины ЛК В центре — прибор НП-1 (http://www.astronautix.com)
Рис.19. Испытатель в макете кабины. Слева – ручка управления
(кадр из кинофильма БиБиСи «Cosmonauts. How Russia won the space race»)
В заключение рискну утверждать, что три успешных орбитальных околоземных полёта кораблей Т2К наряду с масштабной наземной экспериментальной отработкой посадочного устройства и работами по обеспечению оптимальной деятельности космонавта, доказали готовность корабля к лунной экспедиции. А ведь создание этого не имевшего прототипов и аналогов очень сложного объекта заняло всего 6 лет, по нынешним меркам — сущие пустяки! К сожалению, полет комплекса Н-1- Л3 не состоялся по многим, в основном известным причинам. Но его создание является одним из примеров очень непростой, в своём большинстве результативной научной, инженерной и производственной деятельности больших коллективов различных предприятий и организаций СССР. В том числе в немалой степени и специалистов авиационной отрасли.