Совсем небольшой срок отделяет нас от 12 апреля 1961 г., когда легендарный "Восток" Юрия Гагарина штурмовал космос, а там уже побывали десятки космических кораблей. Все они, уже летавшие или только рождающиеся на листах ватмана, во многом похожи друг на друга. Это позволяет нам говорить о космическом корабле вообще, как мы говорим просто об автомобиле или самолете, не имея в виду определенную марку машины.

И автомобиль и самолет не могут обойтись без двигателя, кабины водителя, приборов управления. Аналогичные части есть и у космического корабля.

Посылая человека в космос, конструкторы заботятся о его благополучном возвращении. Спуск корабля на Землю начинается с уменьшения его скорости. Роль космического тормоза выполняет корректирующая тормозная двигательная установка. Она же служит и для проведения маневров на орбите. В приборном отсеке размещаются источники электроэнергии, радиоаппаратура, приборы системы управления и другое оборудование. Путь с орбиты на Землю космонавты проделывают в спускаемом аппарате, или, как его иногда называют, отсеке экипажа.

Кроме "обязательных" частей у космических кораблей появляются новые агрегаты и целые отсеки, растут их размеры и массы. Так, у космического корабля "Союз" появилась вторая "комната" - орбитальный отсек. Здесь космонавты во время многодневных полетов отдыхают и ставят научные эксперименты. Для стыковки в космосе корабли оборудуются специальными стыковочными узлами. Американский корабль "Аполлон" несет лунный модуль - отсек для посадки космонавтов на Луну и возвращения их обратно.

С устройством космического корабля мы познакомимся на примере советского корабля "Союз", пришедшего на смену "Востоку" и "Восходу". На "Союзах" были произведены маневрирование и ручная стыковка в космосе, создана первая в мире экспериментальная космическая станция, осуществлен переход двух космонавтов из корабля в корабль. На этих кораблях отрабатывалась также система управляемого спуска с орбиты и многое другое.

В приборно-агрегатном отсеке "Союза" размещаются корректирующая тормозная двигательная установка, состоящая из двух двигателей (если один двигатель откажет, то включается второй), и приборы, обеспечивающие полет по орбите. Снаружи отсека установлены панели солнечных батарей, антенны и радиатор системы терморегулирования.

В спускаемом аппарате установлены кресла. В них находятся космонавты при выводе корабля на орбиту, маневрировании в космосе и при спуске на Землю. Перед космонавтами пульт управления космическим кораблем. В спускаемом аппарате размещены и системы управления спуском, и системы радиосвязи, жизнеобеспечения, парашютные и др. На корпусе отсека установлены двигатели управления спуском и двигатели мягкой посадки.

Круглый люк ведет из спускаемого аппарата в самый просторный отсек корабля - орбитальный. В нем оборудованы рабочие места космонавтов и места для их отдыха. Здесь же обитатели корабля занимаются спортивными упражнениями.

Теперь мы можем перейти к более подробному рассказу о системах космического корабля.

Космическая электростанция
На орбите "Союз" напоминает парящую птицу. Это сходство придают ему "крылья" раскрытых панелей солнечных батарей. Для работы приборов и устройств космического корабля нужна электрическая энергия. Солнечная батарея подзаряжает установленные на. борту химические аккумуляторы. Даже тогда, когда солнечная батарея находится в тени, приборы и механизмы корабля не остаются без электроэнергии, они получают ее от аккумуляторов.

В последнее время на некоторых космических кораблях источниками электроэнергии служат топливные элементы. В этих необычных гальванических элементах химическая энергия топлива без горения преобразуется в электрическую (см. ст. "План ГОЭЛРО и будущее энергетики"). Топливо - водород окисляется кислородом. Реакция рождает электрический ток и воду. Потом эту воду можно использовать для питья. Наряду с высоким коэффициентом полезного действия это - большое достоинство топливных элементов. Энергоемкость топливных элементов в 4-5 раз выше, чем аккумуляторов. Однако топливные элементы не лишены недостатков. Самый серьезный из них - большая масса.

Этот же недостаток пока еще препятствует применению в космонавтике атомных батарей. Защита экипажа от радиоактивного излучения этих энергетических установок будет слишком утяжелять корабль.

Система ориентации
Отделившись от последней ступени ракеты-носителя, стремительно несущийся по инерции корабль начинает медленно и беспорядочно вращаться. Попробуйте в таком положении определить, где Земля и где "небо". В кувыркающейся кабине космонавтам трудно определить местонахождение корабля, нельзя вести наблюдения над небесными телами, невозможна в таком положении и работа солнечной батареи. Поэтому корабль заставляют занимать в пространстве определенное положение - его ориентируют. При астрономических наблюдениях ориентируются на некоторые яркие звезды, Солнце или Луну. Чтобы получить ток от солнечной батареи, надо ее панели направить на Солнце. Сближение двух кораблей требует их взаимной ориентации. Выполнение маневров также можно начинать только в ориентированном положении.

На космическом корабле устанавливается несколько небольших реактивных двигателей системы ориентации. Включая и выключая их в определенном порядке, космонавты поворачивают корабль вокруг любой из выбранных ими осей.

Вспомним простой школьный опыт с водяной вертушкой. Реактивная сила струек воды, брызжущей из изогнутых в разные стороны концов трубочки, подвешенной на нити, заставляет вертушку вращаться. То же происходит и с космическим кораблем. Подвешен он идеально - корабль невесом. Для поворота корабля относительно какой-нибудь оси достаточно пары микродвигателей с противоположно направленными соплами.

Включенные в определенном сочетании, несколько двигателей малой тяги могут не только как угодно поворачивать корабль, но и придавать ему добавочное ускорение или перемещать в сторону от первоначальной траектории. Вот что писали об управлении кораблем "Союз-9" летчики-космонавты А. Г. Николаев и В. И. Севастьянов: "С помощью ручки управления, включая ту или иную группу двигателей ориентации, можно было разворачивать корабль в любом направлении, а пользуясь оптическими приборами, ориентировать корабль относительно Земли с большой точностью. Еще более высокая точность (до нескольких угловых минут) достигалась при ориентации корабля на звезды".

Космический корабль "Союз-4": 1 - орбитальный отсек; 2 - спускаемый аппарат, в нем космонавты возвращаются на Землю; 3 - панель сол-
нечных батарей; 4 - приборно-агрегатный отсек.

Однако "малой тяги" достаточно только для выполнения небольших маневров. Значительные изменения траектории требуют уже включения мощной корректирующей двигательной установки.

Маршруты "Союзов" пролегают в 200-300 км от поверхности Земли. При длительном полете даже в той сильно разреженной атмосфере, какая существует на таких высотах, корабль постепенно тормозится о воздух и снижается. Если не принимать "никаких мер, "Союз" войдет в плотные слои атмосферы значительно раньше заданного срока. Поэтому время от времени корабль переводится на более высокую орбиту включением корректирующей тормозной двигательной установки. Корректирующая установка работает не только при переходе на более высокую орбиту. Двигатель включается во время сближения кораблей при стыковке, а также при различных маневрах на орбите.

На космическом корабле "Союз" "шуба" из экранно-вакуумной изоляции.

Ориентация - очень важная часть космического полета. Но только сориентировать корабль недостаточно. Его еще нужно удержать в этом положении -стабилизировать. В безопорном космическом пространстве сделать это не так просто. Один из самых простых методов стабилизации - стабилизация вращением. При этом используется свойство вращающихся тел сохранять направление оси вращения и сопротивляться его изменению. (Все вы видели детскую игрушку - волчок, упрямо не желающий упасть до полной остановки.) Приборы, основанные на этом принципе,- гироскопы, широко применяются в системах автоматического управления движением космических аппаратов (см. статьи "Техника помогает водить самолеты" и "Автоматы помогают судоводителям"). Вращающийся корабль подобен массивному гироскопу: ось его вращения практически не меняет своего положения в пространстве. Если солнечные лучи падают на панель солнечной батареи перпендикулярно ее поверхности, батарея вырабатывает электрический ток наибольшей силы. Поэтому во время подзарядки аккумуляторов солнечная батарея должна "смотреть" прямо на Солнце. Для этого на корабле проводится закрутка. Вначале космонавт, поворачивая корабль, ищет Солнце. Появление светила в центре шкалы специального прибора означает, что корабль сориентирован правильно. Теперь включаются микродвигатели, и корабль закручивается вокруг оси корабль - Солнце. Изменяя наклон оси вращения корабля, космонавты могут менять освещенность батареи и таким образом регулировать силу получаемого от нее тока. Управление космическим кораблем Стабилизация вращением не единственный способ сохранить положение корабля в пространстве. Выполняя другие операции и маневры, корабль стабилизируется тягой двигателей системы ориентации. Делается это следующим образом. Вначале космонавты, включая соответствующие микродвигатели, разворачивают корабль в нужное положение. По окончании ориентации начинают вращаться гироскопы системы управления. Они "запоминают" положение корабля. Пока космический аппарат остается в заданном положении, гироскопы "молчат", т. е. не выдают сигналов двигателям ориентации. Однако при каждом повороте корабля его корпус смещается относительно осей вращения гироскопов. При этом гироскопы подают необходимые команды двигателям. Микродвигатели включаются и своей тягой возвращают корабль в исходное положение.

Однако прежде чем "повернуть руль", космонавт должен точно представить себе, где находится сейчас его корабль. Водитель наземного транспорта ориентируется по различным неподвижным предметам. В космическом пространстве космонавты ориентируются по ближайшим небесным телам и далеким звездам.

Штурман "Союза" все время видит перед собой на пульте управления космического корабля "Землю" -навигационный глобус. Эта "Земля" никогда не бывает укрыта облачным покрывалом, как настоящая планета. Это не просто объемное изображение земного шара. В полете два электродвигателя вращают глобус одновременно вокруг двух осей. Одна из них параллельна оси вращения Земли, а другая перпендикулярна плоскости орбиты космического корабля. Первое движение моделирует суточное вращение Земли, а второе - полет корабля. На неподвижном стекле, под которым установлен глобус, нанесен небольшой крестик. Это наш "космический корабль". В любое время космонавт, посмотрев на поверхность глобуса под перекрестием, видит, над каким районом Земли он сейчас находится.

На вопрос "Где я?" звездоплавателям, как и морякам, помогает ответить давно известный навигационный прибор - секстант. Космический секстант несколько отличается от морского: им можно пользоваться в кабине корабля, не выходя на его "палубу".

Настоящую Землю космонавты видят в иллюминатор и через оптический визир. Этот прибор, установленный на одном из иллюминаторов, помогает определить угловое положение корабля относительно Земли. С его же помощью экипаж "Союза-9" производил ориентацию по звездам.

Не жарко и не холодно
Обращаясь вокруг Земли, корабль погружается то в ослепительные раскаленные лучи Солнца, то в темноту морозной космической ночи. А космонавты работают в легких спортивных костюмах, не испытывая ни жары и ни холода, потому что в кабине постоянно поддерживается привычная человеку комнатная температура. Отлично чувствуют себя в этих условиях и приборы корабля - ведь человек создавал их для работы в нормальных земных условиях.

Космический корабль нагревают не только прямые солнечные лучи. Около половины всего солнечного тепла, падающего на Землю, отражается ею обратно в космос. Эти отраженные лучи дополнительно подогревают корабль. На температуру отсеков влияют и работающие внутри корабля приборы и агрегаты. Ббльшую часть потребляемой ими энергии они не используют по прямому назначению, а выделяют в виде тепла. Если не отводить это тепло от корабля, то жара в герметичных отсеках скоро станет нестерпимой.

Защита космического корабля от внешних тепловых потоков, сброс избыточного тепла в космос -вот основные задачи системы терморегулирования.

Перед полетом корабль одевают в шубу экранно-вакуумной изоляции. Такая изоляция состоит из многих чередующихся слоев тонкой металлизированной пленки - экранов, между которыми в полете образуется вакуум. Это надежная преграда на пути жарких солнечных лучей. В промежутках между экранами проложены слои стеклоткани или других пористых материалов.

На все части корабля, которые по тем или иным причинам не укрываются экранно-вакуумным одеялом, наносятся покрытия, способные большую часть лучистой энергии отражать обратно в космос. Например, поверхности, покрытые окисью магния, поглощают всего лишь четвертую часть падающего на них тепла.

И все-таки, используя только такие пассивные средства защиты, невозможно уберечь корабль от перегрева. Поэтому на пилотируемых космических аппаратах применяются более действенные активные средства терморегулирования.

На внутренних стенках герметичных отсеков путаница металлических трубок. В них циркулирует специальная жидкость - теплоноситель. Снаружи корабля устанавливается радиатор-холодильник, поверхность которого не закрыта экранно-вакуумной изоляцией. С ним соединяются трубки активной системы терморегулирования. Нагретая внутри отсека жидкость-теплоноситель перекачивается в радиатор, который "выбрасывает", излучает ненужное тепло в космическое пространство. Затем охлажденная жидкость вновь возвращается в корабль, чтобы начать все сначала.

Теплый воздух легче холодного. Нагреваясь, он поднимается вверх; вытесняя вниз холодные, более тяжелые слои. Происходит естественное перемешивание воздуха - конвекция. Благодаря этому явлению термометр в вашей квартире, в какой бы угол вы его ни поставили, покажет почти одну и ту же температуру.

В невесомости такое перемешивание невозможно. Поэтому для равномерного распределения тепла по всему объему кабины космического корабля в ней приходится устраивать принудительную конвекцию с помощью обыкновенных вентиляторов.

В космосе как на Земле
На Земле мы не думаем о воздухе. Мы им просто дышим. В космосе дыхание становится проблемой. Вокруг корабля космический вакуум, пустота. Чтобы дышать, космонавты должны брать с собой запасы воздуха с Земли.

Человек в сутки потребляет около 800 л кислорода. Хранить его на корабле можно в баллонах либо в газообразном состоянии под большим давлением, либо в жидком виде. Однако 1 кг такой жидкости "тащит" за собой в космос 2 кг металла, из которого изготовлены кислородные баллоны, а сжатый газ и того больше - до 4 кг на 1 кг кислорода.

Но можно обойтись и без баллонов. В этом случае на борт космического корабля загружают не чистый кислород, а химические вещества, содержащие его в связанном виде. Много кислорода в окислах и солях некоторых щелочных металлов, в известной всем перекиси водорода. Причем у окислов есть еще одно очень существенное достоинство: одновременно с выделением кислорода они очищают атмосферу кабины, поглощая вредные для человека газы.

Организм человека беспрерывно потребляет кислород, вырабатывая при этом углекислый газ, окись углерода, водяной пар и много других веществ. Накопившись в замкнутом объеме отсеков корабля, окись углерода и углекислый газ могут вызвать отравление космонавтов. Воздух кабины постоянно пропускается через сосуды с окислами щелочных металлов. При этом происходит химическая реакция: выделяется кислород, а вредные примеси поглощаются. Например, 1 кг надперекиси лития содержит 610 г кислорода и может поглотить 560 г углекислого газа. Для очистки воздуха герметичных кабин применяют также испытанный еще в первых противогазах активированный уголь.

Кроме кислорода космонавты берут в полет запасы воды и пищи. Обычная водопроводная вода хранится в прочных емкостях из полиэтиленовой пленки. Чтобы вода не портилась и не теряла вкуса, в нее добавляют небольшое количество специальных веществ - так называемых консервантов. Так, 1 мг ионного серебра, растворенного в 10 л воды, сохраняет ее пригодной для питья в течение полугода.

От бачка с водой отходит трубка. Она оканчивается мундштуком с запирающим устройством. Космонавт берет мундштук в рот, нажимает на кнопку запирающего устройства и всасывает воду. Только так можно пить в космосе. В невесомости вода выскальзывает из открытых сосудов и, распадаясь на мелкие шарики, плавает по кабине.

Вместо пастообразных пюре, которые брали с собой первые космонавты, экипаж "Союза" питается обычной "земной" пищей. Корабль имеет даже миниатюрную кухню, где разогревают готовый обед.

На предстартовых фотографиях Юрий Гагарин, Герман Титов и другие первооткрыватели космоса одеты в скафандры, улыбающиеся лица смотрят на нас сквозь стекла гермошлемов. И сейчас человек не может выйти в открытый космос или на поверхность другой планеты без скафандра. Поэтому системы скафандров все время совершенствуются.

Скафандр часто сравнивают с уменьшенной до размеров тела человека герметичной кабиной. И это справедливо. Скафандр не один костюм, а несколько, надеваемых друг на друга. Верхняя теплостойкая одежда окрашена в белый цвет, хорошо отражающий тепловые лучи. Под верхней одеждой - костюм из экранно-вакуумной теплоизоляции, а под ним -многослойная оболочка. Это обеспечивает скафандру полную герметичность.

Кто хоть раз надевал резиновые перчатки или сапоги, знает, как неудобен костюм, не пропускающий воздуха. Но космонавты не испытывают таких неудобств. От них избавляет человека система вентиляции скафандра. Перчатки, ботинки, шлем завершают "наряд" космонавта, выходящего в открытый космос. Иллюминатор шлема снабжен светофильтром, защищающим глаза от ослепляющих солнечных лучей.

На спине у космонавта ранец. В нем запас кислорода на несколько часов и система очистки воздуха. Ранец соединен со скафандром гибкими шлангами. Провода связи и страховочный канат - фал соединяют космонавта с кораблем. "Плавать" в космосе космонавту помогает небольшой реактивный двигатель. Таким газовым двигателем в виде пистолета пользовались американские космонавты.

Корабль продолжает полет. Но космонавты не чувствуют одиночества. Сотни невидимых нитей связывают их с родной Землей.

Много сложнейших задач автоматического управления космическими объектами возникает при управлении пилотируемыми ракетно-космическими комплексами, предназначенными для осуществления полета человека на Луну и возвращения на Землю. В качестве примера можно рассмотреть систему управления американским космическим кораблем «Аполлон», рассчитанным на экипаж, состоящий из трех человек.

В целом такой космический корабль состоит из трех отсеков, выводимых на траекторию полета к Луне с помощью мощной ракеты-носителя.

Командный отсек спроектирован для входа в атмосферу, и в нем большую часть полета находятся все три члена экипажа. Во вспомогательном отсеке расположены двигательные системы, обеспечивающие возможность выполнения маневров, источники питания и др. Для посадки на Луну предполагается использовать специальный отсек, в котором в это время будут находиться два члена экипажа, а третий астронавт будет при этом совершать полет по селеноцентрической орбите.

Система управления и навигации такого космического корабля является бортовой системой, применяемой для определения положения и скорости аппарата, а также для управления маневрами. Части этой системы расположены как в командном отсеке, так и в отсеке, предназначенном для совершения посадки на Луну. Каждая часть содержит устройства для запоминания ориентации в инерциальном пространстве и измерения перегрузок, устройства для проведения оптических измерений, приборные щиты и пульты управления, устройства для выведения данных на индикаторы и бортовую цифровую вычислительную машину.

Схема полета космического корабля «Аполлон»

Траектория полета лунного корабля состоит из активных участков и участков полета по инерции. Задачи системы управления на этих участках в некоторой степени различаются.

Во время полета по инерции необходимо знать положение аппарата и его скорость, т. е. решать навигационные задачи. При этом используется информация, получаемая с наземных станций слежения за полетом космического аппарата, данные по определению положения аппарата относительно звезд, Земли и Луны, полученные с помощью бортовых оптических устройств, и данные радиолокационных измерений. После сбора указанной информации становится возможным определение положения аппарата, его скорости и маневра, необходимого для попадания в заданную точку. На участках свободного полета, и особенно в периоды сбора навигационной информации, часто возникает необходимость в обеспечении ориентации аппарата. При выполнении маневров используется платформа, стабилизированная в пространстве с помощью гироскопов.

На платформе устанавливаются акселерометры, измеряющие ускорения и снабжающие информацией бортовую вычислительную машину. При управлении аппаратом перед посадкой на Луну необходимо знать его начальную скорость и положение. Информация об этих величинах формируется на участках полета по инерции.

Кратко рассмотрим задачи, которые должна решать система управления и навигации на различных этапах программы.

Выведение на геоцентрическую орбиту.При запуске ракеты-носителя управление осуществляется системой, установленной в передней части ракеты-носителя. На участке выведения, однако, система командного отсека вырабатывает команды, которые могут быть использованы в случае отказа системы управления ракеты-носителя. Кроме того, система управления командного отсека выдает экипажу информацию о точности выведения аппарата на заданную геоцентрическую орбиту.

Участок полета по геоцентрической орбите.Космический аппарат и последняя ступень ракеты-носителя совершают один или несколько витков по геоцентрической орбите. На этом этапе навигационные измерения, проводимые с помощью бортового оборудования, выполняются в основном с целью проверки правильности его функционирования. Оптические элементы системы управления командного отсека используются для уточнения положения и скорости аппарата. Данные, полученные с помощью бортовых устройств, используются совместно с данными, передаваемыми с наземных станций слежения.

Участок свободного полета к Луне.Аппарат отделяется от последней ступени ракеты-носителя вскоре после схода с геоцентрической орбиты. Начальные положения и скорость аппарата точно определяются как с помощью бортовых систем, так и наземных станций. Когда траектория аппарата точно определена, может производиться коррекция траектории. Обычно предусматривается возможность выполнения трех корректирующих маневров, причем каждый из них может привести к изменению скорости аппарата на величину до 3м/сек. Первая коррекция траектории может быть выполнена примерно через час после старта с геоцентрической орбиты.

Участок выведения лунного отсека на траекторию полета к поверхности Луны.Первая задача системы управления лунного отсека состоит в обеспечении точного выполнения маневра, при котором лунный отсек за счет изменения его скорости на несколько сот метров в секунду выводится на траекторию, заканчивающуюся на высоте 16 км в окрестностях заданной точки посадки. Начальные условия для выполнения этого маневра определяются с помощью навигационного оборудования командного отсека. Данные вводятся в систему управления лунного отсека вручную.

Участок посадки на поверхность Луны.В соответствующий момент времени, установленный системой управления лунного отсека, запускаются посадочные двигатели, уменьшающие скорость спуска лунного отсека. На начальном этапе наведения отсека с помощью инерциальной системы измеряются ускорения и обеспечивается необходимая ориентация аппарата. При дальнейшем управлении посадкой, после того как высота и скорость отсека упадут до заданных пределов, будет использоваться радиолокатор. В то же время члены экипажа обеспечивают ориентацию отсека с помощью специальных отметок, нанесенных на иллюминатор, и информации, поступающей с вычислительной машины. Система управления должна обеспечить наиболее эффективное использование топлива при осуществлении мягкой посадки в заданном месте.

Этап пребывания на поверхности Луны.Когда лунный отсек находится на поверхности Луны, специальный радиолокатор, который используется также и для обеспечения встречи отсеков на орбите, осуществляет слежение за командным отсеком для точного определения положения орбиты командного отсека относительно точки посадки.

Этап старта с поверхности Луны.Для соответствующих начальных условий вычислительная машина отсека определяет траекторию, обеспечивающую встречу с командным отсеком, совершающим полет по орбите спутника Луны, и выдается команда на взлет. С помощью инерциальной системы происходит наведение лунного отсека и определяется момент выключения двигателя. После выключения двигателя лунный отсек совершает свободный полет по траектории, близкой к траектории командного отсека.

Этап полета по промежуточной траектории.Радиолокатор, установленный на лунном отсеке, позволяет получить информацию об относительном положении обоих отсеков. После уточнения взаимного расположения траекторий можно производить их коррекцию аналогично тому, как это делалось на участке полета к Луне.

Этап встречи на селеноцентрической орбите.Когда отсеки сблизятся, по сигналам инерциальной и радиолокационной систем производится управление тягой двигателей, чтобы уменьшить относительную скорость между отсеками. Управление стыковкой отсеков может производиться вручную или автоматически.

Возвращение к Земле.Возвращение командного и вспомогательного отсека к Земле выполняется аналогично этапу полета к Луне с проведением корректирующих маневров. В конце этого участка навигационная система должна точно определить начальные условия для входа в атмосферу и обеспечить вход в относительно узкий «коридор», ограниченный сверху и снизу.

Вход в атмосферу.На участке входа в атмосферу по данным о перегрузках и ориентации аппарата, получаемым с инерциальной системы, производится управление движением отсека с помощью изменения его угла крена. Командный отсек является осесимметричным телом, но его центр массы не лежит на оси симметрии и при полете на балансировочном угле атаки аэродинамическое качество* аппарата составляет около 0,3. Это позволяет, изменяя угол крена, менять угол атаки и таким образом осуществлять управление полетом в продольной плоскости. При входе в атмосферу Земли происходит аэродинамическое торможение командного отсека. При этом его скорость снижается со второй космической до скорости, несколько меньшей, чем первая космическая (круговая). После первого погружения в атмосферу аппарат переходит на баллистическую траекторию, выходя за пределы атмосферы, а затем снова входит в плотные слои атмосферы и переходит на траекторию спуска. Этап управления космическим кораблем при первом погружении в атмосферу является чрезвычайно ответственным, так как, с одной стороны, система управления должна обеспечить поддержание перегрузок и аэродинамического нагрева в заданных пределах, а с другой - обеспечить требуемую величину подъемной силы, при которой будет достигнута необходимая дальность и приземление корабля в заданном районе.

* Аэродинамическим качеством называется отношение величины подъемной силы к силе лобового сопротивления.

Управление космическим кораблем на участке второго погружения может осуществляться по аналогии с управлением при снижении кораблей-спутников.

Наука и техника управления космическими летательными аппаратами находится еще в начальном периоде своего развития. За десятилетие, прошедшее со времени запуска первого искусственного спутника Земли, она сделала огромные успехи и разрешила многие труднейшие проблемы, однако перспективы ее развития еще более грандиозны.

Совершенствование средств вычислительной техники, микроминиатюризация элементов электронных устройств, развитие средств обработки и передачи информации, построение измерительно-информационных устройств на новых физических принципах, разработка новых принципов и устройств ориентации, стабилизации и управления открывают необозримые горизонты создания совершенных пилотируемых и беспилотных космических летательных аппаратов, которые помогут человеку познать тайны Вселенной и послужат решению многих практических задач.

::: Как управлять космическим кораблем: Инструкция Корабли серии «Союз», которым почти полвека назад сулили лунное будущее, так и не покинули околоземную орбиту, зато завоевали себе репутацию самого надежного пассажирского космического транспорта. Посмотрим же на них взглядом командира корабля.

Космический корабль «Союз-ТМА» состоит из приборно-агрегатного отсека (ПАО), спускаемого аппарата (СА) и бытового отсека (БО), причем СА занимает центральную часть корабля. Подобно тому как в авиалайнере во время взлета и набора высоты нам предписывают пристегнуть ремни и не покидать кресел, космонавты также обязаны на этапе выведения корабля на орбиту и маневра находиться в своих креслах, быть пристегнутыми и не снимать скафандров. После окончания маневра экипажу, состоящему из командира корабля, бортинженера-1 и бортинженера-2, разрешается снять скафандры и переместиться в бытовой отсек, где можно поесть и сходить в туалет. Полет к МКС занимает около двух суток, возврат на Землю - 3−5 часов. Применяемая в «Союзе-ТМА» система отображения информации (СОИ) «Нептун-МЭ» относится к пятому поколению СОИ для кораблей серии «Союз». Как известно, модификация «Союз-ТМА» создавалась специально под полеты к  Международной космической станции, что предполагало участие астронавтов NASA с их более объемными скафандрами. Чтобы астронавты смогли пробираться через люк, соединяющий бытовой блок со спускаемым аппаратом, потребовалось уменьшить глубину и высоту пульта, естественно, при сохранении его полной функциональности. Проблема также состояла в том, что ряд приборных узлов, использовавшихся в предыдущих версиях СОИ, уже не мог быть произведен из-за дезинтеграции бывшей советской экономики и прекращения некоторых производств. Tренажерный комплекс «Союз-ТМА», находящийся в Центре подготовки космонавтов им. Гагарина (Звездный городок), включает в себя макет спускаемого аппарата и бытового отсека. Поэтому всю СОИ пришлось принципиально переработать. Центральным элементом СОИ корабля стал интегрированный пульт управления, аппаратно совместимый с компьютером типа IBM PC. Космический пульт

Cистема отображения информации (СОИ) в корабле «Союз-ТМА» носит название «Нептун-МЭ». В настоящее время существует более новая версия СОИ для так называемых цифровых «Союзов» - кораблей типа «Союз-ТМА-М». Однако изменения затронули в основном электронную начинку системы - в частности, аналоговая система телеметрии заменена на цифровую. В основном же преемственность «интерфейса» сохранена. 1. Интегрированный пульт управления (ИнПУ). Всего на борту спускаемого аппарата два ИнПУ - один у командира корабля, второй у сидящего слева бортинженера-1. 2. Цифровая клавиатура для введения кодов (для навигации по дисплею ИнПУ). 3. Блок управления маркером (применяется для навигации по дисплею ИнПУ). 4. Блок электролюминесцентной индикации текущего состояния систем (ТС). 5. РПВ-1 и РПВ-2 - ручные поворотные вентили. Они отвечают за наполнение магистралей кислородом из шаробаллонов, один из которых расположен в приборно-агрегатном отсеке, а другой - в самом спускаемом аппарате. 6. Электропневмоклапан подачи кислорода при посадке. 7. Визир специальный космонавта (ВСК). Во время стыковки командир корабля смотрит на стыковочный узел и наблюдает за стыковкой корабля. Для передачи изображения применяется система зеркал, примерно такая же, как в перископе на подводной лодке. 8. Ручка управления движением (РУД). С ее помощью командир корабля управляет двигателями для придания «Союзу-ТМА» линейного (положительного или отрицательного) ускорения. 9. Ручкой управления ориентацией (РУО) командир корабля задает вращение «Союза-ТМА» вокруг центра масс. 10. Холодильно-сушильный агрегат (ХСА) выводит из корабля тепло и влагу, неизбежно накапливающиеся в воздухе ввиду присутствия на борту людей. 11. Тумблеры включения вентиляции скафандров при посадке. 12. Вольтметр. 13. Блок предохранителей. 14. Кнопка запуска консервации корабля после стыковки. Ресурс «Союза-ТМА» всего четверо суток, поэтому его надо беречь. После стыковки электропитание и вентиляция поставляются уже самой орбитальной станцией. Статья опубликована в журнале «Популярная механика»

Как только космический корабль или орбитальная станция отделяются от последней ступени ракеты, выносящей их в космос, они становятся объектами работы для специалистов в Центре управления полетом.

Главный зал управления - просторное помещение, уставленное рядами пультов, за которыми разместились специалисты, - поражает сосредоточенной тишиной. Нарушает ее лишь голос оператора, ведущего связь с космонавтами. Вся передняя стена зала занята тремя экранами и несколькими цифровыми табло. На самом большом, центральном экране - красочная карта мира. Синей синусоидой пролегла на ней дорога космонавтов - так выглядит развернутая на плоскости проекция орбиты космического корабля. Медленно движется по синей линии красная точка - корабль на орбите. На правом и левом экранах видим телевизионное изображение космонавтов, перечень основных операций, выполняемых в космосе, параметры орбиты, планы работы экипажа на ближайшее время. Над экранами светятся цифры. Они показывают московское время и время на борту корабля, номер очередного витка, сутки полета, время очередного сеанса связи с экипажем.

Над одним из пультов табличка: «Руководитель баллистической группы». Баллистики ведают движением космического аппарата. Это они рассчитывают точное время старта, траекторию выведения на орбиту, по их данным совершаются маневры космических кораблей, стыковки их с орбитальными станциями и спуск на Землю. Руководитель баллистиков следит за информацией, поступающей из космоса. Перед ним на небольшом телеэкране колонки цифр. Это сигналы с корабля, прошедшие сложную обработку на электронных вычислительных машинах (ЭВМ) Центра.

ЭВМ разных моделей составляют в Центре целый вычислительный комплекс. Они сортируют информацию, оценивают достоверность каждого измерения, обрабатывают и анализируют телеметрические показатели (см. Телемеханика). Каждую секунду в Центре выполняются миллионы математических операций, и каждые 3 секунды ЭВМ обновляют информацию на пультах.

В Главном зале находятся люди, принимающие непосредственное участие в управлении полетом. Это руководители полета и отдельных групп специалистов. В других помещениях Центра работают так называемые группы поддержки. Они планируют полет, находят наилучшие пути для выполнения принятых решений, консультируют сидящих в зале. В группы поддержки входят специалисты по баллистике, конструкторы различных систем космического аппарата, врачи и психологи, ученые, разработавшие научную программу полета, представители командно-измерительного комплекса и поисково-спасательной службы, а также люди, организующие досуг космонавтов, готовящие для них музыкальные передачи, радиовстречи с семьями, известными деятелями науки и культуры.

Центр управления не только руководит деятельностью экипажа, следит за функционированием систем и агрегатов космических аппаратов, но и координирует работу многочисленных наземных и корабельных станций слежения.

Зачем нужно много станций связи с космосом? Дело в том, что каждая станция может поддерживать связь с летящим космическим кораблем очень недолго, так как корабль быстро выходит из зоны радиовидимости данной станции. А между тем объем информации, которой обмениваются через станции слежения корабль и Центр управления полетом, очень велик.

На любом космическом аппарате установлены сотни датчиков. Они измеряют температуру и давление, скорости и ускорения, напряжения и вибрацию в отдельных узлах конструкции. Регулярно измеряются несколько сотен параметров, характеризующих состояние бортовых систем. Датчики преобразуют значения тысяч различных показателей в электрические сигналы, которые затем по радио автоматически передаются на Землю.

Всю эту информацию нужно обработать и проанализировать как можно быстрее. Естественно, что специалисты станций не могут обойтись без помощи ЭВМ. На станциях слежения обрабатывается меньшая часть данных, а основная масса по проводам и по радио - через искусственные спутники Земли «Молния» - передается в Центр управления.

Когда космические аппараты проходят над станциями слежения, определяются параметры их орбит и траекторий. Но в это время напряженно работают не только радиопередатчики корабля или спутника, но и их радиоприемники. Они принимают многочисленные команды с Земли, из Центра управления. По этим командам включаются или выключаются различные системы и механизмы космического аппарата, изменяются программы их работы.

Представим себе, как работает станция слежения.

В небе над станцией слежения появляется и медленно движется маленькая звездочка. Плавно вращаясь, следит за ней многотонная чаша приемной антенны. Еще одна антенна - передающая - установлена в нескольких километрах отсюда: на таком расстоянии передатчики уже не мешают приему сигналов из космоса. И так происходит на каждой следующей станции слежения.

Все они расположены в местах, над которыми пролегают космические трассы. Зоны радиовидимости соседних станций частично перекрываются друг другом. Еще не полностью выйдя из одной зоны, корабль уже попадает в другую. Каждая станция, закончив разговор с кораблем, «передает» его другой. Космическая эстафета продолжается и за пределами нашей страны.

Задолго до полета космического аппарата выходят в море плавучие станции слежения - специальные суда экспедиционного флота Академии наук СССР. В разных океанах несут вахту суда «космического» флота. Его возглавляет научный корабль «Космонавт Юрий Гагарин», 231,6 м в длину, 11 палуб, 1250 помещений. Четыре огромные чаши антенн корабля посылают и принимают сигналы из космоса.

Благодаря станциям слежения мы не только слышим, но и видим обитателей космического дома. Космонавты регулярно проводят телерепортажи, показывают землянам их планету, Луну, россыпи ярко сияющих на черном небе звезд...