Что скрывает самая загадочная башня Петербурга: ТОП-4 космических разработок ленинградских ученых

Благодаря разработкам ленинградских ученых полеты советских летчиков стали действительно космическими, а посадка – мягкой. Фото: ЦНИИ РТК

Загадочный Институт робототехники и технической кибернетики, завораживающий петербуржцев причудливой башней на Тихорецком проспекте, зародился в годы, когда в космос отправились первые люди. Благодаря разработкам ленинградских ученых полеты советских летчиков стали действительно космическими, а посадка – мягкой. В год 60-летия полета Юрия Гагарина ветераны ЦНИИ РТК рассказали о самых ярких космических разработках прошлого.

«КАКТУС»

Обеспечить мягкую посадку

Старт космической работе ЦНИИ дал «Кактус» – измерительно-управляющая система малых высот, или, простыми словами, система мягкой посадки. Разработанная в 1968-м для кораблей серии «Зенит» (новое имя серии «Восток» появилось после полета Гагарина), она до сих пор используется для посадки всех отечественных космических кораблей.

– Гагарин как садился? Катапультировался. Получается, что полет не вполне космический, ведь садится космонавт по-авиационному, – объясняет ведущий инженер института, в прошлом начальник лаборатории фотонных методов измерения навигационных параметров Валерий Могучев. – Как совершить мягкую посадку? Вся проблема в том, что система должна очень низко сработать при огромной скорости. Американцы думали-думали, так и не придумали: до сих пор на воду садятся. А у нас, когда Береговой полетел, «Кактус» уже работал.

Этот прибор измеряет расстояние до поверхности посадки.

Фото: Олег ЗОЛОТО. Перейти в Фотобанк КП

В основу системы легло фотонное излучение, вернее, его отражение от земли. Система освещает пространство под кораблем наподобие фонарика и определяет высоту. Чем ближе к земле, тем сильнее обратный сигнал. На заданном расстоянии от поверхности срабатывают двигатели мягкой посадки. Происходит это при скорости от семи до пятнадцати метров в секунду на высоте всего полметра-метр. Словом, счет идет на доли секунды.

– Никакой другой принцип тут не годится, – продолжает Валерий Могучев. – Лазер – это слишком тонкий лучик: аппарат будет качаться, и он вам покажет километр в одну сторону, километр в другую. А если туман? А если пыльная буря? Радиосистема просто не успеет за такой скоростью. Аппарат на тросе или штыре тоже идея никудышная: зацепится за что-то, сломается, качнется. Экспериментальные надувные шары не прижились: непонятно, куда на них после посадки корабль «допрыгает». А «Кактус» наш надежный, всепогодный и универсальный, потому что сигнал интегрируется с большой площади: садись с ним хоть в ветер, хоть на воду, хоть в пшеничное поле.

Система до сих пор используется. Фото: ЦНИИ РТК

Тем удивительнее, что систему разработали с нуля и испытали всего за три месяца: партия намекнула, что надо побыстрее. В руки ученым тогда дали всю промышленность Ленинграда, лишь бы они сумели обеспечить космонавтам настоящую мягкую посадку. Работали без выходных. Было захватывающе интересно.

Первые испытания проходили прямо в Ленинграде: «Кактус» бросали оземь с подъемного крана. Затем систему повезли испытывать на полигон в Феодосии.

– Брали имитацию космического аппарата, сажали внутрь манекен (мы называли его Иваном Ивановичем), облепляли его датчиками, чтобы контролировать, как посадка скажется на организме космонавта, затем поднимали аппарат на вертолете, вылетали в степь и сбрасывали его вниз, – вспоминает ученый. – Что-то не получилось – меняем и бросаем снова. И так до посинения. Сплошное творчество.

Валерий Могучев.

Фото: Олег ЗОЛОТО. Перейти в Фотобанк КП

Креативно подошли и к доработке «Кактуса» к полету в составе автоматических станций «Луна-16» и «Луна-20», которые в 1970 и 1972 году доставили на Землю образцы лунного грунта.

– Есть такое понятие «альбедо» – отражательная способность поверхности. Так вот у Луны и Земли альбедо отличаются. Задачка на Луне не включить двигатели посадки, а вовремя выключить основной двигатель, чтобы дать кораблю мягко сесть на «лапы». Поэтому «Кактус» нужно было адаптировать к лунной поверхности. Но как? В Академии наук подсказали: поролон, – улыбается Могучев. – Набрали поролоновых матрасов из соседнего общежития Политеха, выстлали ими зал и сымитировали Луну. Ничего примечательного, просто надо знать немного физики и электроники.

Современная система мягкой посадки строится на тех же принципах, что и 40 лет назад.

Фото: Олег ЗОЛОТО. Перейти в Фотобанк КП

Современная система мягкой посадки строится на тех же принципах, что и 40 лет назад. Сейчас в ЦНИИ дорабатывают «Кактус» для космического корабля «Орел» (он же «Федерация»), который должен заменить корабли серии «Союз» после 2023 года.

– А откуда название такое, «Кактус»?

– Один из вариантов ответа на вопрос космонавтам: «Как сели?» – «Как на кактус!». Даже с системой посадка им мягкой после невесомости совсем не кажется. Так и прижилось.

«ФОБОС»

Вперед, к Марсу!

Частью работы над «Кактусом» стало математическое моделирование, им в ЦНИИ занималось отдельное подразделение. Задачей математиков было предусмотреть все нештатные ситуации, которые могут возникнуть в полете, еще на берегу.

– После «Кактуса» были интересные работы по дальнему космосу. Среди них – проект «Фобос», который предусматривал облет одноименного спутника Марса. Наш рентгеновский высотомер-вертикант должен был обеспечить полет над поверхностью на малых высотах, чтобы провести эксперименты с использованием лазера, – вспоминает заместитель руководителя научно-исследовательского центра Екатерина Смирнова. – В течение двух-трех лет мы моделировали эту операцию, а Московский физтех готовил модель поверхности Фобоса. Конечно, никакой красивой компьютерной графики тогда еще и в помине не было, а программа хранилась на толстой пачке картонных перфокарт. Чтобы внести в нее правку, надо было ручками перенабрать карту, а затем эту бумажную колоду вернуть в считыватель.

Проект «Фобос», в котором участвовало тринадцать стран, стартовал в 1988 году, когда СССР запустил две станции для исследования Марса и его спутников. Аппарат, на котором установили механизмы ЦНИИ, потерял связь с Землей незадолго до сближения с Фобосом, и восстановить ее не удалось. Кстати, вторая станция смогла сделать 38 снимков спутника Марса с близкого расстояния в феврале 1989 года, но спустя месяц связь с ней также прервалась.

«АИСТ»

«Руки» для «Бурана»

Еще одним масштабным и тоже воплощенным не до конца для ленинградских инженеров стал проект создания советской многоразовой транспортной космической системы «Буран». Свой первый и единственный полет на автопилоте этот орбитальный «самолет» совершил в 1988 году, а затем программу свернули. Для «Бурана» в Ленинграде создали «руки» – систему бортовых манипуляторов, которая получила имя «Аист».

– На «Буране» было задумано два манипулятора, они были антропоморфными, то есть повторяющими руку человека, только без пальцев, – объясняет Екатерина Смирнова. – Каждый манипулятор обеспечивал шесть степеней свободы и был наделен «зрением» – телевизионными камерами. Управление и программное обеспечение были модульными: сложная операция представляла собой комбинацию из отработанных автоматических движений. В систему управления мы заложили возможность делать «Аиста» более умным от полета к полету.

Испытания системы проходили в ЦНИИ на двух стендах: плоскостном (он представлял собой большой зал с максимально гладким и ровным полом, а манипулятор двигался на воздушных подушках) и пространственном (эту систему, имитирующую невесомость с помощью подвесов, развернули в башне, там же поставили действующий макет кабины «Бурана»).

Аппарат до сих пор хранится в институте. Фото: ЦНИИ РТК

После того как программу «Бурана» закрыли, «Аист» остался не у дел: применения в других аппаратах он не нашел, а использовать в земных условиях его попросту невозможно. А вот принципы проектирования системы и алгоритмы управления до сих пор актуальны: в отличие от железа математика не ржавеет.

«СОКОЛ»

Управление космическим «самолетом»

Для «Бурана» в институте разработали и аппаратуру, контролирующую работу гидрокомплекса. Его задача – управлять стойками шасси, тормозами, рулем и другими аэродинамическими элементами космического «самолета». Комплекс контроля назвали «Соколом».

– Из-за сильных изменений температуры и смены положения элементов меняется уровень жидкости с гидросистеме. А его очень важно контролировать. Разработать совершенно новую систему, которая бы это делала, и было нашей целью, – объясняет бывший начальник лаборатории фотонных методов измерения технологических параметров и радиоэлектронных средств контроля и измерений Александр Минков.

Свой первый и единственный полет «Буран» совершил в 1988 году. Фото: ЦНИИ РТК

«Сокол» представлял собой три блока детектирования и три источника излучения, установленных на пневмогидроаккумуляторах, а также блок обработки информации, которая подавалась одновременно на пульт управления пилота и на Землю.

При сборке системы от опасного излучения специалистов ограждал инструментарий из вольфрамового сплава. Для космонавтов «Сокол» также был бы не опасен. Впрочем, до запуска «Бурана» гидроцилиндры прятали за защитными экранами.

– Для высокой надежности самые важные узлы комплекса троировали (то есть утроили), отдельные элементы дублировали, – отмечает ученый.– Систему сделали настолько устойчивой к нагрузкам, что потом это посчитали даже излишним. Возможно, когда-нибудь в отдаленном будущем эти наработки понадобятся нам, когда мы будем осваивать другие планеты и поднимать на кораблях большие массы.

Александр Минков.

Фото: Олег ЗОЛОТО. Перейти в Фотобанк КП

Всего для испытаний, отработки систем и полета «Бурана» изготовили 14 комплексов. На первом этапе, в 1985 году, «Сокол» использовали при летных испытаниях в Жуковском. За три года здесь провели 24 полета. В 1988-м, накануне запуска «Бурана», блоки детектирования «Сокола» сделали герметичными. В дальнейшем комплекс«Сокол», дополненный аппаратурой «Скутер» для снижения погрешности в восемь раз, стали использовать для наземного обслуживания «Бурана».

А ЧТО ЕЩЕ?

Электроснабжение и герметичность

В числе других космических систем, для которых в ЦНИИ разработали приборы, – система электроснабжения. Для нее изобрели блок контроля источников питания, счетчик ампер-часов, датчик тока и блок измерения потребления. Каждый из этих приборов выполнили в нескольких модификациях. Вместе они способны были следить за напряжением, степенью разряда источника тока и другими параметрами. По сути, приборы позволяли судить, насколько эффективно и разумно расходуется энергия солнечных батарей.

– Главное требование к электроснабжению в космосе – чтобы все работало максимально надежно. Вот почему применяют резервирование, дублирование, троирование: чтобы, если какой-то элемент отказал, система все равно продолжала функционировать, – поясняет Минков. – А вот для Земли такая надежность уже излишняя. К тому же она делает оборудование намного дороже.

Сейчас на смену этим приборам пришли более современные, а потому выпускать их перестали и они перешли в разряд музейных экспонатов. А вот система контроля герметичности и температуры в отсеке востребована и сегодня.

– Ее используют на Земле, чтобы выяснить, можно ли запускать аппарат в космос, сможет ли он просуществовать на орбите расчетный срок, -рассказывает ученый. – Датчики очень точные, один чувствителен к температуре, второй – к давлению. С помощью этой пары во время контроля на космодроме выявить недостаточную герметичность отсека можно в три раза быстрее, чем обычным способом.

КСТАТИ

Роботы для космоса, медиков и спасателей

Советскими разработками космические достижения ЦНИИ не ограничиваются. Один из самых известных проектов последних лет – «Косморобот», мобильный аппарат для операций в открытом космосе. Этот межпланетный гигант весом 250 килограммов умеет перемещаться по наружной поверхности корабля шагами длиной 2,5 метра (правда, небыстро – со скоростью 12 шагов в час) и работать шесть часов без подзарядки. «Косморобот» оснащен двумя метровыми «руками», которыми он может переносить грузы весом до 200 килограммов, и «глазом»-телекамерой. Робот поможет в наружном ремонте летательного аппарата, внешней разведке и работе космонавтов вне корабля.

Аппарат для операций в открытом космосе может работать без подзарядки шесть часов. Фото: ЦНИИ РТК

В числе более земных разработок ученых – роботы-медики, выполняющие сложнейшие операции, и роботы-спасатели, способные разведать обстановку в нечеловеческих условиях и даже вывезти из опасной зоны раненых. К слову, некоторые роботы из Ленинграда участвовали в ликвидации последствий чернобыльской аварии.

СПРАВКА

Центральный научно-исследовательский институт робототехники и технической кибернетики (ЦНИИ РТК) – один из крупнейших научных центров страны, берущий свое начало с Особого конструкторского бюро, основанного в 1968 году в связи с необходимостью изобрести систему мягкой посадки космического пилотируемого аппарата.

Эмблема и одновременно символ института – его футуристического вида башня, построенная в 1975-1986 годах. По проекту ее высота составляла 105 метров, но при возведении высотность снизили до 65. Внутренний диаметр башни – 28 метров.

Институт знаменит своей башней на Тихорецком проспекте, которая была нужна для испытаний.

Фото: Олег ЗОЛОТО. Перейти в Фотобанк КП

Изначально башня, как и весь институт, предназначалась для разработки системы «Кактус», а позднее здесь стали испытывать манипулятор для «Бурана». По сей день башня начинена аппаратурой, способной обеспечить невесомость «Аиста». Кстати, антенну, дополнившую облик космической доминанты, телевизионщики установили здесь лишь в 90-х.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

Вселенский волчок: Как в Ленинграде разрабатывали приборы для навигации в космосе

Ученые города на Неве стали авторами систем, которые позволили состояться полету Юрия Гагарина (подробности)