Валентин Бобков - Космические корабли

Навигационные задачи решались при помощи гиростабилизированной платформы, датчиков инфракрасной вертикали, приборов визуальных наблюдений и бортовой цифровой вычислительной машины, а также с использованием передачи данных траекторных измерений с Земли. Можно было применять различные сочетания этих средств, что увеличивало надежность и гибкость в работе. Применение в гироплатформе четвертой (избыточной) рамки подвеса снимало ограничение по допустимым углам разворота КК в ряде режимов работы, а также упрощало управление. Позднее, при подготовке и полетах КК «Аполлон», на котором использовалась гироплатформа с тремя карданными рамками, американские космонавты с сожалением вспоминали о больших возможностях и удобствах системы с четырехрамочной гироплатформой.

В качестве исполнительных органов системы ориентации и управления поступательными перемещениями была применена реактивная система управления, которая состояла из нескольких групп двигателей, размещенных в обоих отсеках КК. Первая группа из 16 таких двигателей тягой 110 Н каждый была выполнена в виде единого модуля, включавшего в себя две автономные подсистемы. Все это размещалось в передней части капсулы и предназначалось в основном для управления КК при спуске.

Остальные 16 двигателей реактивной системы управления, скомпонованные в виде четырех блоков, находились в приборно-агрегатном отсеке (6 вблизи центра масс КК, 10 в хвостовой части). Два из этих двигателей (тягой по 377 Н) и еще два (тягой по 440 Н) использовались для коррекции орбиты, четыре двигателя тягой по 440 Н — для поступательных перемещений КК и восемь двигателей тягой по 110 Н — для ориентации КК.

Двигатели работали на двухкомпонентном топливе (монометилгидразин + четырехокись азота), существенно более эффективном по сравнению с однокомпонентным топливом КК «Меркурий». Его запас составлял от 180 до 427 кг.

Для схода с орбиты КК «Джемини» имел блок тормозной двигательной установки из четырех твердотопливных двигателей с суммарной тягой 45,6 кН. Предусматривалось также использование тормозной двигательной установки для отделения КК от РН во время некоторых аварийных ситуаций при срабатывании САС.

Следует сказать, что в некоторых полетах КК «Джемини» наблюдались отдельные отказы двигателей реактивной системы управления. В частности, после стыковки КК «Джемини-8» с ракетой «Аджена» один из этих двигателей из-за заедания клапана оставался включенным в течение длительного времени. В результате КК приобрел скорость вращения почти 1 об/с и фактически все топливо было израсходовано. Корабль, который удалось застабилизировать только с помощью двигателей реактивной системы управления, находившихся в капсуле, совершил экстренную аварийную посадку.

Для стыковки КК «Джемини» с ракетной ступенью «Аджена» был создан комплекс технических средств (часть которых располагалась на ракетной ступени), который включал в себя радиолокатор, стыковочное устройство, систему мишеней и индикаторов, командную радиолинию, в том числе между КК и ракетной ступенью, и т. д. Радиолокатор, установленный в носовой части КК, обеспечивал наведение на ракетную ступень «Аджена», измерял углы, дальность и относительную скорость при расстояниях от 460 км до нескольких метров от КК. Радиоканал локатора использовался также для передачи нескольких десятков команд с КК на ракетную ступень.

Для расчета корректирующих импульсов при выполнении маневров по сближению применялись несколько методов с использованием как наземных, так и автономных бортовых средств, в том числе бортовой цифровой вычислительной машины, в которую вводились данные по параметрам орбиты. Управление на участке причаливания космонавты проводили вручную с использованием индикаторов дальности и скорости.

Основная активная часть стыковочного устройства, с помощью которой производилось механическое соединение КК, размещалась на «Аджене». Носовая часть КК со штырем, служившим для выравнивания по крену, входила в приемный конус стыковочного устройства, подвешенный на гидравлических амортизаторах. После сцепки конус подтягивался электроприводом до упора — в неподвижный шпангоут, после чего допускалось совместное маневрирование состыкованных аппаратов, в том числе при включенном основном двигателе «Аджены». Штатная расстыковка выполнялась также механизмами активной части стыковочного устройства по радиокоманде с КК.

15 декабря 1965 г. КК «Джемини-6» и «Джемини-7» сблизились в космосе и осуществили групповой полет в течение 5,5 ч на расстоянии от 1 до 30 м. Первую стыковку в космосе с ракетной ступенью «Аджена» провели 16 марта 1966 г. космонавты Н. Армстронг и Д. Скотт на КК «Джемини-8», однако при этом возникла аварийная ситуация и космонавты совершили вынужденную посадку после 10,5 ч полета. Во время полета КК «Джемини-10» с состыкованной «Адженой» при помощи двигателя ракетной ступени был увеличен перигей орбиты (до 760 км) и оценивалась доза радиации, которую получили космонавты Дж. Янг и М. Коллинз при полете через радиационные пояса Земли (эта доза оказалась существенно меньше предсказываемой).

В ряде полетов КК «Джемини» проводились эксперименты с выходом космонавтов в открытый космос, при этом оценивались работоспособность и возможности человека в этих условиях. Перед выходом в космос кислород из кабины космонавтов полностью стравливался и открывалась крышка люка КК. Проведенные эксперименты продемонстрировали как возможности, так и трудности работы человека в безопорном пространстве, показали необходимость применять средства фиксации ног и других частей тела, а также проводить специальные наземные тренировки (например, в «бассейнах гидроневесомости»).

Форма капсулы КК «Джемини» была выбрана такой, чтобы при создании угла атаки, т. е. угла между направлением полета в атмосфере и продольной осью КК, могла создаваться подъемная сила (составляющая силы аэродинамического сопротивления, перпендикулярная направлению полета). Отношение подъемной силы к силе сопротивления принято называть аэродинамическим качеством. В отличие от самолетов это отношение для СА (капсул) невелико, 0,2–0,4, и поэтому СА относится к летательным аппаратам с малым аэродинамическим качеством.

Если центр масс капсулы (СА) находится на продольной оси, то угол атаки равен нулю, подъемной силы не возникает и спуск получается баллистическим (как в случае КК «Меркурий»). Если центр масс сместить, то возникает угол атаки и подъемная сила. В зависимости от того, куда смещен центр масс, определяется направление, в котором действует подъемная сила по отношению к траектории спуска. В принципе можно управлять положением СА по тангажу и курсу, однако при полете в атмосфере необходимые управляющие моменты оказываются неприемлемо большими: требуется компенсировать моменты, стремящиеся вернуть СА в устойчивое положение.