Компьютерра - Компьютерра PDA N119 (02.07.2011-08.07.2011)

Борис Викторович Раушенбах

Перед коллективом ученых и инженеров, возглавляемым Борисом Викторовичем Раушенбахом, была поставлена задача управления ориентацией станции: получением нужного положения корпуса корабля относительно внешних ориентиров, в данном случае Луны. Благодаря их усилиям к середине пятидесятых годов прошлого столетия была разработанатеория управления ориентацией космических аппаратов, в которой в четкой форме математических выражений описаны принципы управления положением корпуса аппарата в космическом пространстве, коррекции траектории его движения и гравитационных маневров, предложены инженерные решения этих непростых задач.

К 1958 году лаборатория Раушенбаха создала действующий прототип автономной системы ориентации, названный "Чайка". 5 мая 1959 года на исследовательском полигоне Тюратам (будущий Байконур) были проведены автономные испытания новой системы ориентации.

Вот как их описывает один из участников: "После этого для полной проверки "Чайки" будущий спутник поднимается краном на гибкой подвеске, раскачивается и закручивается вручную относительно трёх осей. Микродвигатели, к всеобщей радости, "фыркают", подтверждая, что при последних перепайках на борту адреса команд не перепутаны".

В проектной документации межпланентная станция "Луна-3" именовалась "объект E2-A2"

Что до испытания в боевых условиях, то его "Чайка" проходила на межпланетной космической станции-фотографе "Луна-3".

Как Раушенбаху и его сотрудникам удалось четко зафиксировать объетивы фотокамер мчащейся во весь опор "Луны-3" за сотни тысяч километров от Земли?

Компоненты автономной системы стабилизации "Чайка"

Вот так компоненты "Чайки" размещались на борту "Луны-3"

Автономная система ориентации "Чайка" имела в своем составе следующие, взаимодействующие между собой, компоненты: восемь сенсоров солнечного света - по четыре на днище станции (на рисунках обозначены "S") и вокруг объектива окна объективов фотокамер (на рисунках обозначены "В"), три гироскопических сенсора-стабилизатора (на рисунках обозначены "d"), непрерывно измеряющих угловую скорость "Луны-3" в трех плоскостях. Один серсор лунного света (на рисунках обозначен "m"), находившийся между объективами фотокамер, четыре реактивных микродвигателя (на рисунке обозначены "V1-V4"), крестообразно расположенные перпендикулярно центральной оси станции и две пары реактивных микродвигателей (на рисунке обозначены "V5" и "V6"), крестообразно расположенные по касательной к центральной оси станции.

Солнечные сенсоры "Чайки" вокруг фотоиллюминатора станции

Солнечные сенсоры и микродвигатели "Чайки" на днище станции

Информацию от сенсоров получал и обрабатывал электромеханический компьютер, логика работы единственной программы которого базировалась на уравнениях управления ориентацией, разработанных коллективом Раушенбаха. Этот же компьютер управлял моментами запуска и продолжительностью работы восьми реактивных микродвигателей. В качестве топлива в них использовался сжатый азот, хранящийся в специальном баке под давлением 150 атмосфер и подающийся в сопла через редуктор под давлением четыре атмосферы. Компьютер был связан с программно-временным устройством, в котором была заложена циклограмма всего полета "Луны-3".

7 октября 1959 года - спустя трое суток после успешного старта, станция "Луна-3" оказалась в заданной точке траектории ее движения на расстоянии 65200 километров от обратной стороны Луны. Местоположение станции для съемки было выбрано не случайно. Во-первых, она размещалась так, что Луна перед ней и Солнце позади неё находились примерно на одной прямой, а вот Земля, свет которой мог помешать системе ориентации, оказывалась далеко в стороне. Во-вторых, по условиям съемки, "Луна-3" должна была захватить в объективы небольшой участок видимой с Земли поверхности нашего спутника, чтобы у ученых появилась возможность выполнить топографическую привязку местности к известны ориентирам.

В процессе фотографирования система ориентации "Чайка" постоянно удерживала движущуюся станцию кормой к Солнцу

Корпус станции при подлете к точке съемки вращался вокруг ее центра масс с периодом 165 секунд. Эти измерения, выполненные гироскопическими сенсорами "d", позволили задействовать все восемь микродвигателей, практически остановив (погрешность 0,15 градуса в секунду) кувыркание станции по всем трем осям. Гироскопы при этом выполняли роль балансиров, демпфирующих в отсутствии трения действие двигателей ориентации. Этот маневр занял около десяти минут.

После остановки вращения в дело вступили солнечные сенсоры на днище "Луны-3" и вокруг ее объективов. Компьютер, начал подавать управление двигателям V1-V4 таким образом, чтобы максимизировать сигналы сенсоров "S" на днище, и одновременно минимизировать сигналы сенсоров "В" возле объективов. Этот маневр, длившийся около тридцати минут, развернул станцию объективом в сторону Луны, а днищем - к Солнцу.

Точно направить объективы камер на Луну "Чайке" позволила дружная работа гироскопов, солнечных и лунного сенсоров

Нужная ориентация корпуса была получена и постоянно корректировалась с учетом траектории движения центра масс станции. Точно нацелиться на Луну объективам фотоаппаратов позволила информация от сенсора, улавливавшего лунный. Максимизируя его сигналы, компьютер скорректировал положение люка, скрывающего фотоаппаратуру "Луны-3" с погрешностью в 0,5 градуса.

Такое положение по отоношению к Луне заняла станция после завершения маневров ориентации

Так выглядит Луна, пойманная в объектив фотокатеры "Луны-3"

Кроме того, непосредственно перед съемкой "Чайка" придала станции кратковременное вращательное движение вдоль оси съемки, чтобы солнечные лучи равномерно прогрели ее корпус, и процессы химической обработки полученных снимков прошли без проблем.

Полученные "Луной-3" снимки обратной стороны Луны были не ахти какого качества. Это и понятно - сделанные на обычную фотопленку, они проявлялись прямо на борту станции, да и аппаратура их телепередачи методом бегущего луча (того самого, что применяется в современных сканерах) только начинала свое развитие. Но все это было не важно.

Полет "Луны-3" и выполненная ею на "пятерку" фотосессия земного спутника, во второй раз после запуска "Спутника-1" произвели эффект разорвавшейся бомбы. Шутка ли - в то время, как после ряда неудачных запусков микроспутников (Хрущев за маленький вес называл их "грейпфрутами") американского проекта " Авангард", 18 сентября 1959 года США успешно запускают двадцатитрёхкилограмовый "Vanguard-3" на высоту восемь тысяч километров, русские 4 октября того же года отправляют к Луне целую фотолабораторию "Луна-3" весом 287 килограммов. И не просто запускают, а успешно делают и передают снимки лунной поверхности.