Первый полет

Первый полет

В. КРАВЕЦ, руководитель полета орбитального корабля «Буран», доктор технических наук
О. БАБКОВ, заместитель Генерального конструктора

Разработка многоразовой системы, а затем и подготовка «Бурана» к полету были начаты на фоне дальнейшего развития работ по орбитальным станциям. Это, естественно, создавало дополнительные организационные и технические трудности.

Из соображений безопасности экипажа первый испытательный полет нашего орбитального корабля с самого начала был определен как беспилотный, что традиционно для советской космонавтики. Это потребовало полностью автоматизировать все динамические операции вплоть до рулежки по посадочной полосе аэродрома.

Более 10 лет шли мы к этому полету. Напряжение в день пуска усиливалось предшествующей отменой старта 29 октября.

15 ноября вся циклограмма предстартовой подготовки проходит без замечаний. Точно в 6.00 московского времени ракета-носитель «Энергия» с многоразовым орбитальным кораблем «Буран» отрываются от стартового стола и почти сразу же уходят в низкую облачность.

Удивительно долго тянутся восемь минут участка выведения. В 6 ч 08 мин 03 с «Буран» начинает первый самостоятельный полет...

Особенность баллистической схемы полета комплекса «Энергия» — «Буран» в том, что после завершения работы носителя высота над поверхностью Земли составляет около 150 км и требуется довыведение «Бурана» на орбиту собственными средствами. Поэтому в первые 40 минут осуществляются два маневра довыведения корабля на рабочую орбиту с параметра ми: наклонение 51.6°, высота 260 км. Параметры этих маневров (величину, направление и момент отрабатываемого импульса двигательной установки) автоматически рассчитывает БЦВК в соответствии с заложенным полетным заданием и реальными параметрами движения на момент отделения от носителя.

Первый маневр проходит в зоне связи наземных станций слежения, второй — над Тихим океаном. Передача телеметрии по второму маневру идет по цепочке «Буран» — плавучая станция слежения в Тихом океане — стационарный спутник связи — ретрансляционная станция «Орбита» в Петропавловске-Камчатском — высокоэллиптический спутник связи — подмосковный ретрансляционный пункт — Центр управления полетом. Протяженность этой трассы более 120 тыс. км!

Вне участков маневров для соблюде-
ния теплового режима «Буран» летит в орбитальной ориентации левым крылом к Земле. Правильность заданной ориентации корабля помимо телеметрии подтверждает «картинка» с бортовой телекамеры, размещенной по продольной оси корабля за остеклением кабины. Четко работает командная радиолиния, исполняются все передаваемые из ЦУПа команды на управление телеметрической и телевизионной системами «Бурана».

Насгупает одна из завершающих операций — перезагрузка оперативной памяти БЦВК для работы на участке спуска и перекачка топлива из носовых баков в кормовые для обеспечения посадочной центровки. И надо же было случиться, что в этот момент произошел сбой в передаче телеметрии.

Несколько забегая вперед, отметим, что в первом испытательном полете «Бурана» не обошлось без замечаний по работе отдельных бортовых систем, но ни одно из них не было принципиальным, не влияло на выполнение задач полета в целом.

Проходит всего полтора часа полета, а БЦВК уже рассчитывает и сообщает в ЦУП параметры тормозного маневра для схода с орбиты. В 8 ч 20 мин включается двигатель, отрабатывает заданную величину скорости, и корабль начинает снижение. Еще через полчаса орбитальный корабль «цепляет» за атмосферу, а в 8 ч 53 мин на высоте 90 км связь с ним прекращается из-за плазменных образований. Движение «Бурана» в плазме более чем втрое продолжительнее, чем при спуске одноразовых кораблей типа «Союз», и по расчету составляет 16—19 мин.

Наконец в 9 ч 11 мин, когда корабль находился на высоте 50 км, пошли доклады: «Есть прием телеметрии!», «Есть обнаружение корабля средствами посадочных локаторов!», «Системы корабля работают нормально!». В этот момент «Буран» отделяло от посадочной полосы около 550 км, а скорость его хотя и уменьшилась, но все еще в десять раз превышала скорость звука.

До посадки чуть больше 10 минут... Скорость корабля интенсивно гасится в атмосфере. Движение «Бурана» идет строго по расчетной траектории снижения, на контрольных дисплеях ЦУПа отметка корабля смещается к посадочной полосе аэродрома практически в середине допустимого коридора возврата. На высоте около 7 км на сближение с «Бураном» выходит самолет сопровождения МиГ-25, и мы наблюда-
ем телевизионное изображение орбитального корабля. Летит целый и как-будто невредимый.

Начинается завершающее предпосадочное маневрирование. На высоте 4 км — выход на посадочную глиссаду. Изображение в ЦУП начинают передавать аэродромные телекамеры. Еще минута, выпуск шасси... И вот в 9 ч 24 мин 42 с — касание посадочной полосы. Необычно красивая, правильная и изящная посадка восьмидесятитонной махины. Просто не верится, что полет беспилотный.

Первый автоматический полет орбитального корабля «Буран» завершен, впервые в мировой практике осуществлена беспилотная посадка орбитального корабля на посадочную полосу аэродрома.

Что делается в зале Центра управления! Взрослые, серьезные и даже мрачноватые в последние сутки подготовки к полету люди — инженеры, кандидаты и доктора наук — вскочили из-за пультов, хлопают в ладоши, кричат «ура!», обнимаются. Пожалуй, за последние 20 лет работы по управлению полетами не было такого искреннего и всеобщего ликования.

Но эмоции приходится сдерживать: Центр управления еще в течение 10 минут после остановки корабля на полосе аэродрома контролирует приведение бортовых систем в исходное состояние и их выключение. По просьбе группы послеполетного обслуживания выдаем из ЦУПа через спутник связи последнюю команду на борт. Системы «Бурана» обесточены. Все! Программа первого испытательного полета выполнена полностью.

При создании системы управления «Бурана» был использован весь накопленный опыт по разработке автоматических и пилотируемых космических аппаратов с вычислительными машинами на борту. Практика управления полетом орбитальными станциями и одноразовыми транспортными кораблями показывает, что все больший объем тактических задач управления необходимо переносить на бортовой комплекс и экипаж корабля, оставляя за Центром управления полетом и наземным персоналом решение задач стратегического планирования, управления в непредусмотренных ситуациях, обработки и интерпретации научных и народнохозяйственных экспериментов и исследований.

Исходя из этих соображений, на систему управления многоразового орбитального корабля, построенную на базе многомашинного бортового вычислительного комплекса и специального электронного оборудования, возлагаются функции по управлению движением, режимом работы и диагностике бортовых систем, автоматическому управлению резервными блоками и агрегатами бортовой аппаратуры, автономной навигации и автоматическому планированию полетных операций, причем в гораздо более широких масштабах, чем на ранее разработанных и эксплуатируемых кораблях и станциях.

На «Буране» реализована возможность закладки в БЦВК еще на Земле при подготовке к пуску последовательности всех необходимых полетных операций и их модификаций в нештатных ситуациях, требуемых для автоматического выполнения программы полета. В случае необходимости программа полета корабля может быть изменена также из Центра управления, по командной радиолинии.

Особые функции возлагаются на системы управления ракеты и корабля по задачам безопасности и сохранения полетных нагрузок. В частности, при отказе одного из жидкостных двигателей ракеты-носителя «Энергия» она осуществляет оптимальное перераспределение оставшейся энергетики ракеты и корабля. При этом возможны три варианта полета: штатный с выходом на расчетную орбиту ИСЗ, одновитковый (в случае отказов носителя на поздних этапах
участка выведения) и маневр возврата «Бурана» на аэродром вблизи стартового комплекса (при отказах носителя на ранних этапах участка выведения).

Все это потребовало разработки необычно большого объема бортового программного обеспечения с применением проблемно-ориентированных языков высокого уровня как на этапе разработки системы управления, так и при наземных и летных испытаниях орбитального корабля. Были созданы специальные комплексные стенды для наземной отработки аппаратуры и бортовой математики в штатных режимах и в обозримом многообразии нештатных ситуаций. Комплекс проблем по разработке и испытаниям бортового программного обеспечения стал одним из центральных при создании орбитального корабля.

Широкие возможности системы управления с БЦВК и достаточно гибкая бортовая математика позволили даже в процессе завершающих наземных испытаний без изменений аппаратного состава повысить надежность функционирования отдельных систем «Бурана» и предстоящего полета в целом.

При подготовке корабля к запуску особенно тесное взаимодействие установилось между разработчиками и испытателями системы управления и объединенной двигательной установки «Бурана», также одной из центральных и наиболее сложных систем корабля. О сложности двигательной установки «Бурана» говорит количественная характеристика: в ее состав входит 48 двигателей трех размерностей по тяге. Два наиболее мощных из них предназначены для довыве-дения на орбиту, орбитального маневрирования и торможения при сходе с орбиты, 38 двигателей используются для управления движением относительно центра масс и еще 8 — для прецезионных перемещений.

Еще одна из центральных систем орбитального корабля — радиотехнический комплекс, обладающий возможностями обмена с Центром управления полетом всеми видами полетной информации — командной, телеметрической, навигационной, телевизионной и телефонной. Этот комплекс также потребовал большого объема наземных испытаний. Специальное внимание было уделено при этом отработке связи «Бурана» с ЦУПом через спутник-ретранслятор, располагавшийся на геостационарной орбите. Тракт связи с кораблем через такой спутник обладает гораздо большими возможностями, чем работа через наземные и корабельные станции слежения.

Особое место в подготовке к полету занимали создание средств и отработка автоматического спуска с орбиты и посадки «Бурана» на аэродром. Сложность этой задачи характеризуется тем, что трасса спуска многоразового орбитального корабля в атмосфере примерно вдвое длиннее, чем у одноразовых кораблей, а требуемая точность при посадке на аэродром — выше на три порядка. Кроме того, посадка осуществляется в «бездвигательном» режиме, то есть должна надежно выполняться с первого и единственного захода.

Полет по трассе спуска до высоты 40 км обеспечивается системой управления кораблем автономно, а ниже — при коррекции ее сначала даль-номерными, затем азимутально-угломестными маячными радиотехническими средствами. Ориентация «Бурана» до высот около 90 км осуществляется с помощью реактивных двигателей в интервале 90—20 км при совместной работе реактивных и аэродинамических органов, ниже 20 км — с помощью только аэродинамических органов управления. При этом на атмосферном участке полета должна обеспечиваться устойчивость и управляемость корабля в диапазоне от ги-перзвуковых (М>20) до посадочной скорости «Бурана» на полосу аэродрома — 320—340 км/ч.

Все эти особенности спуска многоразового корабля (высокая точность посадки и необходимость ее осуществления с первого захода, полет и работа органов управления в необычно широком диапазоне скоростей, корректировка бортовой системы управления с Земли) заставили разработчиков системы управления посадкой провести большой объем экспериментальной донатурной отработки, в том числе на многочисленных летающих лабораториях.

Проверка аэродинамических характеристик и управляемости на гипер-звуковых скоростях осуществлялась на геометрически подобных моделях «Бурана», выводимых на суборбиталь-ные траектории с помощью серийных ракет-носителей, а работа системы управления на дозвуковых скоростях — с помощью специально оборудованных летающих лабораторий на базе самолетов Ту-154 и Ту-134.

Наземные средства приема телеметрической, телевизионной и телефонной информации, располагаемые в районе аэродрома посадки, совместно с радиолокационными средствами слежения и выдачи целеуказаний отрабатывались при полетах специально оборудованного самолета МиГ-25, используемого на спуске «Бурана» для сопровождения и телевизионного наблюдения. Траекторная информация с радиолокационных средств обрабатывалась на специальных мини-ЭВМ аэродрома, отображалась на рабочих местах для персонала региональной группы управления посадкой и в цифровом виде транслировалась в Центр управления полетом для идентичного отображения в реальном масштабе времени.

Радиолокационные средства слежения за полетом с обработкой и отображением информации, дальномерная и маячные системы с ответной бортовой аппаратурой для коррекции автономной системы управления были созданы и отрабатывались как единый радиотехнический навигационно-посадочный комплекс.

Совокупность всех бортовых и наземных систем при полете орбитального корабля на дозвуковых скоростях с автоматической посадкой отрабатывалась и проверялась на его аналоге, который был оснащен дополнительными двигателями для самостоятельного взлета с аэродрома. Всего на летающих лабораториях и аналоге до полета «Бурана» было выполнено около 150 автоматических посадок. Полеты на летающих лабораториях и аналоге выполняли будущие пилоты многоразового орбитального корабля.

Несмотря на широко развитую бортовую автоматизацию полетных операций, даже в кратковременном первом полете орбитальный корабль связан с Землей информационными и командными каналами. Центр управления полетом обменивается с «Бураном» всеми видами полетной информации — телеметрической, навигационной, командной, телевизионной, а в будущем при пилотируемых полетах — и телефонной.

Возросшие сложность и скоротечность полетных операций потребовали в ЦУПе повышенной автоматизации обработки и передачи данных. Объем передаваемой с борта телеметрической информации (более половины которой составляют данные БЦВК) возрос почти вдвое по сравнению с летающим комплексом «Мир»—«Квант»—«Союз». Обмен командно-программной информацией с кораблем для первого полета был хотя и ограничен, но, в отличие от ранее испытываемых космических аппаратов с бортовыми ЭВМ, осуществлялся на уровне меж машинного обмена: информационновычислительный комплекс ЦУП— БЦВК «Бурана». Впервые в отечественной практике обработка траекторией информации с многоразового корабля осуществлялась в режиме, близком к реальному масштабу времени.
Все эти особенности обработки и передачи данных заставили существенным образом модифицировать средства Центра управления, расширить объем наземного математического обеспечения и повысить автоматизацию подготовки исходных данных для его разработки.

К началу подготовки к летным испытаниям «Бурана» в ЦУПе был построен и оборудован специальный комплекс с новым главным залом управления и помещениями групп поддержки. Существенно увеличена мощность информационно-вычислительного комплекса ЦУПа за счет введения ЭВМ четвертого поколения ПС-2000 и ВС-2, развитой терминальной системы взаимодействия с пользователями и применения персональной вычислительной техники. Общая производительность информационно-вычислительного комплекса ЦУПа возросла до 50 миллионов операций в секунду. Объем вновь разработанного
математического обеспечения управления полетом составил около двух миллионов команд.


Наземный комплекс управления, мозговым центром которого является ЦУП, включал в себя в первом полете «Бурана» шесть наземных станций слежения (в Евпатории, Москве, Джусалы, Улан-Удэ, Уссурийске, Пет-ропавловске-Камчатском), четыре плавучих станции (по два судна в Тихом и Атлантическом океанах) и объединяющую станции слежения с ЦУПом систему связи и передачи данных. Эта система в свою очередь состояла из сети наземных и спутниковых широкополосных и телефонных каналов связи. Для обеспечения полета «Бурана» были привлечены три спутника-ретранслятора на геостационарных орбитах и группировка из нескольких спутников на высокоэллиптических орбитах.

Накопленный опыт работ с долговременными орбитальными станциями и одноразовыми кораблями показал необходимость совместной разработки и испытаний бортовых и наземных средств управления полетом. При под-
готовке и полете «Бурана» эта идея была воплощена в функциональном их объединении и испытаниях в рамках автоматизированной системы управления полетом.

Тщательно готовился к первому запуску «Бурана» персонал управления полетом в ЦУПе. На заключительном этапе подготовки, в предшествующие полету четыре месяца, было выполнено около десяти комплексных тренировок с привлечением всех задействованных средств ЦУПа, станций слежения, полигонного и посадочного комплексов. При этих тренировках многократно отрабатывались все полетные операции с имитацией возможных нештатных ситуаций.

Задачей первого полета многоразовой системы были продолжение летной отработки универсальной ракеты-носителя «Энергия», проверка функционирования конструкции и всех бортовых систем корабля «Буран». Поэтому первый беспилотный полет «Бурана» был запланирован непродолжительным — 2 витка, или 206 минут полета.

Работы по многоразовой системе «Энергия»—«Буран» и ее успешное первое испытание способствовали взаимному обогащению современным опытом разработок космической и авиационной техники, созданию средств всепогодной автоматической посадки, развитию мощной экспериментальной и стендовой базы, совершенствованию и применению компьютерной техники, получению опыта разработки и отладки больших объемов математического обеспечения реального времени. Важной стороной создания многоразовой системы было получение неоценимого опыта организации работы по разработке автоматизированной системы управления полетом при сложной кооперации ее участников.

Все это уже сегодняшний вклад «Энергии» и «Бурана» в общее развитие и прогресс нашей науки и техники.