- а) дальнего автономного сближения, завершающегося на дальности около 400 м;
- б) облета кооперируемой станции по направлению к заданному стыковочному узлу;
- в) зависания (на этой стадии скорость космического средства относительно станции равна нулю);
- г) причаливания к кооперируемой станции.
Стыковка ТПК серии «Союз ТМ» и ОК «Мир», в большинстве случаев, планировалась в начале третьих суток полета корабля (на втором витке третьих суток, т.е. 34-й виток).
На 3–4-м витках полета корабль выполняет двухимпульсный маневр по подъему своей орбиты. Импульсы рассчитываются так, чтобы после их выполнения разность средних величин высот ТПК «Союз ТМ» и ОК «Мир» обеспечивала прибытие его к ОК «Мир» на дальность от 300 до 900 км в середине 32-го витка. Величина импульсов рассчитывается баллистическими службами, обеспечивающими полет. Информацию об орбитах корабля и ОК «Мир» для расчетов получают при помощи наземных измерительных пунктов (НИП) с использованием систем радиоконтроля орбиты (РКО) 20Г6 или 38Г6. Посредством радиотехнических средств НИП проводится контроль обмена различной информацией между бортом корабля и ОК «Мир».
Рассчитанные на Земле, импульсы коррекции орбиты вводятся в БЦВК кора*ля, который с помощью бортовых приборов системы управления реализует их исполнение.
На 17-м витке, в соответствии с последними измерениями РКО, уточняющими необходимую орбиту ТПК, выполняется еще один импульс.
На 32-м витке система управления ТПК «Союз ТМ» приступает к выполнению процесса автономного автоматического сближения, для реализации которого в БЦВК корабля вводятся параметры орбит ТПК «Союз ТМ» и ОК «Мир», рассчитанные баллистической службой на момент начала автономного управления сближением по последним измерениям РКО. После этого алгоритмы БЦВК ТПК «Союз ТМ» самостоятельно рассчитывают необходимые импульсы для выполнения процесса сближения по энергетическим оптимальные траекториям и для их реализации выдают необходимые команды в бортовые системы.
С дальности около 200 км БЦВК (как указывалось выше) использует поступающие от системы сближения «Курс» параметры движения космического аппарата относительно ОК «Мир».
В процессе сближения экипаж осуществляет визуальный контроль стыковки по стыковочной мишени на ОК «Мир», которая подсвечивается Солнцем или фарой, расположенной на кооперируемом ТПК «Союз ТМ».
С дальности 400 м ТПК «Союз ТМ» осуществляет облет ОК «Мир» для выхода в зону стыковки к заданному стыковочному узлу ОК «Мир».
После облета и зависания напротив заданного стыковочного узла, выдается экипажем разрешение на выполнение режима «Причаливание» и затем осуществляется механическое соединение космического аппарата с ОК «Мир» в единый объект.
В процессе отработки и испытаний бортовой аппаратуры сближения были апробированы многие передовые методы, которые позволили в дальнейшем оптимизировать процесс испытаний сложных систем сближения космических средств. Многие предложения инженеров-испытателей 1-го НИУ и Центра 12Ц были реализованы в новых методиках проверки параметров бортовых систем сближения космических средств. Отдельные предложения были реализованы в качестве изобретений, что позволило сократить время проведения испытаний бортовой аппаратуры не в ущерб качеству и расходу ресурса бортовой аппаратуры. В качестве примера, можно констатировать, что сначала время наработки бортовой аппаратуры «Курс» в составе ТПК «Союз ТМ-2» в процессе подготовки и испытаний» в БЭК «Эхо-3» составляло около 36 часов, а уже на ТПК «Союз ТМ-3» этот процесс подготовки составил 9 часов, что позволило значительно сократить ресурс бортовой аппаратуры при наземной отработке на ТП-2Т без ущерба качеству испытаний.
Неоценимую помощь при отработке и испытаниях бортовой аппаратуры систем сближения, разработке новых методик и их проверок на космодроме Байконур оказывали: специалисты предприятий-разработчиков аппаратуры. Среди них можно назвать: от НИИ ТП — В.В. Сусленников, С.И. Нейман, А.И. Бурдин, В.Ю. Галион, В.С. Широков, А.В. Пахомов, Р.А. Парецкий, М.Ю. Мицмахер, В.А. Володин, И.А. Рожков, а от ГКБ НПО (РКК «Энергия») — А.П. Перегонцев, Л.Н. Уставщиков, Г.В. Руднев, В.И. Трофимов, Э.В. Захаржевская. Плодотворную помощь при комплектовании рабочих мест испытаний бортовой аппаратуры наземным оборудованием и при отработке систем сближения на технических комплексах оказывали и руководители направления: В.П. Легостаев, В.Н. Бранец, П.Н. Куприянчик.
К сожалению, их огромный опыт по испытаниям различных систем сближения и запас знаний со временем становится не востребованным, т.к. молодежь все меньше и меньше стремится к этой профессии. Не малую роль в этом сыграло и то, что оплата специалистов такого уровня оставляет желать лучшего. Вот и создается ситуация, когда ветераны уходят, а на замену им порой некому прийти.
Таблица 7. Стыковки космических аппаратов с ОК «Мир»
Всего за время полета ОК «Мир» было осуществлено 142 стыковки, включая перестыковки кораблей и модулей с одного узла на другой.
Следует заметить, что операции стыковки космических аппаратов проходили не всегда гладко. Так, стыковка модуля «Квант» удалась только со второй попытки, т.к. первая не удалась из-за ошибки в алгоритмах работы системы управления. Но когда модуль состыковался, процесс стягивания стыковочных механизмов остановился, т.к. стягиванию помешал посторонний предмет (мешок с отходами), вклинившийся между модулем и базовым блоком, для удаления которого потребовался выход в открытый космос.
Модуль «Квант-2» тоже стыковался со второй попытки (отключение системы сближения «Курс» на модуле «Квант-2»), а его автономный полет принес немало волнений.
Также со второй попытки была проведена стыковка к ОК «Мир» и стыковочно-технологического модуля «Кристалл».
В процессе полетов на ОК «Мир» произошло много различных ситуаций, которые ставили под угрозу не только выполнение задач программы полета, но и жизнь членов экипажа. На некоторых ситуациях, которые позволяют оценить сложность и опасность создавшегося положения, но и грамотные действия экипажа, хотелось бы остановиться.
При возвращении на Землю экипажа ТПК «Союз ТМ-5» в составе В.А. Ляхова и А. Моманда (Афганистан) создалась аварийная ситуация, которая могла бы привести к трагическим последствиям. Посадка ТПК «Союз ТМ-5» планировалась на 06.09.1988 г. В соответствии с циклограммой спуска командир экипажа В.А. Ляхов вручную отстрелил бытовой отсек. Эта операция на ТПК серии «Союз Т» и «Союз ТМ» проводилась еще на орбите до выдачи тормозного импульса, что позволяло значительно сэкономить топливо. Вскоре после отстрела бытового отсека и возникла нештатная ситуация, которая быстро переросла в аварийную. Из-за отказа датчика инфракрасной вертикали (ИКВ-1) системы ориентации корабля при прохождении кораблем терминатора загорелась аварийная индикация «Невыполнение ориентации».
Затем снялся признак «Готовность системы ориентации» корабля (это одно из условий включения сближающего — корректирующего двигателя — СКД), и он в расчетное время не включился. БЦВК перешел в режим «ожидания», а В.А.Ляхов анализировал создавшуюся ситуацию. Однако через семь минут ориентация восстановилась, а БЦВК неожиданно выдал команду на запуск СКД. В.А. Ляхов посмотрел на глобус (в ТПК «Союз ТМ» имеется такой маленький глобус, по которому в любой момент космонавты могут определить, куда приземлится спускаемый аппарат, если спуск начнется в текущий момент) и район посадки был обозначен … в Тихом океане! Время включения было нерасчетным, и поэтому командир экипажа через 6 сек, вынужден был выключить двигатель. Спуск был перенесен на следующий (резервный) виток. Во время сеанса связи на борт ТПК «Союз ТМ-5» по командной радиолинии в БЦВК была заложена новая циклограмма спуска. Эта циклограмма была рассчитана на то, что СКД вовсе не включился, поэтому управляющая информация не содержала данные по величине тормозного импульса, на самом деле он включился, но отработал всего 6 сек. Ни экипаж, ни операторы ЦУП этой ошибки не заметили.
Следовательно, по роковому стечению обстоятельств она оказалась ошибочной и двигатель снова включился, но, отработав всего 6 сек, вместо положенных 200 сек для создания полноценного тормозного импульса, снова выключился. Тогда командир экипажа снова включил СКД, но через 14 сек опять произошло выключение СКД. В.А. Ляхов снова включил СКД, пытаясь «дожать» тормозной импульс. Однако когда СКД отработал 33 сек, нарушился режим стабилизации и командир вынужден был прекратить торможение, выключив двигатель. Корабль никак не удавалось свести с орбиты! Но и это было еще не все.
Во время чехарды с включением и выключением двигателя со звуковым сигналом включились термодатчики на разделение спускаемого аппарата и приборно-агрегатного отсека. Именно по их командам спускаемый аппарат отделяется с помощью пиропатронов от приборно-агрегатного отсека. А после последнего выключения двигателя запустился еще и счетчик программно-временного устройства разделения отсеков, которое должно было произойти через 20 минут. Командир вручную отключил термодатчик, но счетчик продолжал отсчитывать роковые минуты, ибо вот-вот должно было произойти разделение спускаемого аппарата и приборно-агрегатного отсека со СКД. А так как СКД не доработал до нужного торможения кора*ля, то спускаемый аппарат с экипажем мог бы остаться на орбите.
Времени в процессе сеанса связи с ЦУП для анализа создавшейся ситуации было очень мало. После того, как засветился транспарант «Программа разделения включена» и «Термодатчик подключен», командир, не дожидаясь разрешения ЦУП, выдал команду «ОДР» (отбой динамических режимов) на запрет выполнения всех динамических режимов, в том числе программы разделения отсеков корабля.
Впоследствии в отряде космонавтов ее так и будут называть «командой Ляхова», в память об этом полете. До отстрела приборно-агрегатного отсека с двигателем оставалось уже чуть больше 1 минуты! Если бы это произошло, то спускаемый аппарат с экипажем остался бы на орбите, и космонавты были бы обречены на неминуемую гибель от удушья. К счастью В.А.Ляхову, проявившему незаурядное самообладание и высокий профессионализм, удалось во время предотвратить разделение спускаемого аппарата и приборно-агрегатного отсека.
Экипаж провел на орбите дополнительные сутки в спускаемом аппарате без бытового отсека, (а значит без пищи, воды и, главное, туалета — облаченные в скафандры, поскольку тесное пространство спускаемого аппарата не позволяло их снять и потом одеть), но с приборно-агрегатном отсеком. А причина возникшей экстремальной ситуации была в следующем. Когда предыдущий экипаж, на корабле которого В.А. Ляхов и А. Моманд возвращались на Землю, шел на стыковку с ОК «Мир», в БЦВК была введена «уставка» на последнее включение двигателя длительностью 6 сек. Эта же уставка (вместо 200 сек) осталась, когда ТПК «Союз ТМ-5» пошел на спуск. Далее, из-за отказа системы ориентации не сложилась ее автоматическая готовность перед торможением, в результате чего СКД и не включился в заданное время. Но после некоторого перерыва, система восстановилась, и СКД готов был отработать в нужном режиме, но посадка при этом могла произойти в акватории Тихого океана. И только после выдачи ОДР «отбились» 200-секундная и 6-секундная программы, а последующие же операции на разделение спускаемого отсека и приборно-агрегатного отсека остались без изменения. Лишь 7 сентября 1988 г. экипаж с третьей попытки наконец-то благополучно вернулся на Землю.
На последующих ТПК «Союз ТМ» вернулись к старой схеме разделения отсеков — уже после выдачи и отработки тормозного импульса.
25.08.1989 г. была осуществлена стыковка ТГК новой модификации — «Прогресс М1» (11Ф615А55 № 201), оснащенного модифицированной аппаратурой сближения 17Р64–03 («Курс»).
В августе 1990 г. была осуществлена стыковка модуля «Кристалл», оборудованного вторым стыковочным агрегатом типа АПАС для обеспечения стыковки к нему МТКС «Буран», что предусматривалось программой эксплуатации ОК «Мир». Но, как оказалось впоследствии, этому не суждено было случиться. После выведения на орбиту модуля «Кристалл» одна из двух солнечных батарей модуля не смогла полностью раскрыться. Это привело не только к дефициту электроэнергии, но и сказалось на инерционных характеристиках модуля.
В 1990 г. произошло повреждение выходного люка шлюзового отсека модуля «Квант-2», в результате чего пришлось оставить этот отсек разгерметизированным и шлюзоваться в резервном отсеке. Ремонт люка удалось провести только через полгода.
В декабре 1990 г. создалась опасная ситуация при стыковке ТГК «Прогресс М-7»: из-за поломки антенны 3АО-ВКА системы сближения «Курс» на модуле «Квант» и ТГК «Прогресс М-7» пролетел мимо ОК «Мир» на очень близком расстоянии.
В рамках летно-конструкторских испытаний (ЛКИ) предполагалось провести десять пусков РН «Энергия» с МТКС «Буран», причем в первых пусках МТКС «Буран» должен был летать в беспилотном режиме. До полета на МТКС «Буран» будущие командиры экипажа (И.П. Волк, А.С. Левченко) приобретали опыт реального космического полета, совершая полеты в составе экипажей транспортных пилотируемых кораблей типа «Союз Т».
И.П. Волк совершил полет на космическом корабле «Союз Т-12» в июле1984 г. А.С.Левченко совершил полет на ОК «Мир» в составе экипажа ТПК «СоюзТМ-4» в декабре 1987 г. Через два часа после возвращения на Землю И.П. Волк и А.С. Левченко провели эксперимент с целью оценки реакции пилота МТКС «Буран» после воздействия факторов космического полета. На самолетах Ту-154 и МиГ-25, оборудованных системой управления ОК «Бурана», пилоты выполнили самостоятельные полеты до аэродрома Подмосковья и обратно на космодром Байконур.
24 мая 1993 г. на ТПК «Союз ТМ-16» (№ 101) стартовал экипаж ЭО-13 (Г.М. Манаков и А.Ф. Полищук), которые провели испытания ТПК «Союза-спасателя» экипажа и проверку причала АПАС по программе «Буран», выполнив стыковку к модулю «Кристалл». Главное отличие ТПК «Союз ТМ-16» (№ 101) данной модификации от обычного ТПК «Союз ТМ» заключалось в том, что на ТПК «Союз ТМ-16» был установлен стыковочный узел новой конструкции: андрогинно-периферийный агрегат стыковки (АПАС-89). Такой же стыковочный узел должен был устанавливаться на шлюзовой камере МТКС «Буран», расположенной в грузовом отсеке кора*ля, что позволило бы стыковать ТПК «Союз ТМ» с МТКС «Буран». Была разработана программа полета ТПК «Союз ТМ» № 101 и МТКС «Буран-2», которая включала в себя следующие элементы:
- после старта МТКС «Буран-2» в беспилотном режиме производится ее стыковка к модулю «Кристалл» ОК «Мир»; экипаж ОК «Мир» переходит в кабину МТКС «Буран-2» и проводит испытания ее бортовых систем, в том числе дистанционного манипулятора;
- полет в состыкованном состоянии длится в течение суток; после расстыковки МТКС «Буран-2» и ОК «Мир», стартует ТПК «Союз ТМ» № 101 с экипажем на борту и пристыковывается к МТКС «Буран-2»; экипаж в течение суток работает на борту МТКС «Буран-2»; после расстыковки МТКС «Буран-2» выполняет автоматическую посадку;
- ТПК «Союз ТМ» № 101 с экипажем осуществляет перелет на ОК «Мир» и выполняет стыковку к модулю «Кристалл». Но уже в 1992 г. стало ясно, что идет процесс сворачивания всех работ по программе «Буран» и поэтому было принято решение использовать «Союз ТМ» № 101 для доставки очередной основной экспедиции на ОК «Мир».
3 июля 1993 г. был впервые осуществлен облет ОК «Мир» ТПК «Союз ТМ-17» и его фотографирование. При этом у причала ОК «Мир» впервые находились три корабля: «Союз ТМ-16», «Прогресс М-17», «Прогресс М-18» (при отходе), а с ТПК «Союз ТМ-17» экипажем проводилась съемка.
14 января 1994 г. после расстыковки ТПК «Союза ТМ-17» с экипажем ЭО-14 (В.В. Циблиев и А.А. Серебров) во время облета ОК «Мир» с ЭО-15 (В.М. Афанасьев, Ю.В.Усачев) произошло нерасчетное сближение и вероятность аварии была очень высока.
Вот как вспоминает об этой ситуации Ю.В. Усачев:
«На транспортном корабле включается тормозной двигатель для схода с орбиты. Он (транспортный корабль) увеличивается в размерах, кажется, начинает раскручиваться какая-то пружина — расстояние между нами сокращается все стремительнее. И я понимаю, что если «этому» суждено случиться, то уход в спускаемый аппарат нас не спасет.
Я замер у иллюминатора. Корабль проносится около нас на расстоянии 30–40 метров!
Это было похоже на фантастику из серии «Звездные войны». Когда он проскочил, я бросился к иллюминатору в каюте командира, увидел удаляющийся транспортный корабль и почувствовал, что мы были близки к…
И, Господь спас нас пятерых — экипажи станции и корабля. Было немного жутковато осознавать, что можно вот так столкнуться, и привет».
Все произошло, как показали результаты разбора, из-за неисправности ручки управления на ТПК «Союза ТМ-17». Но касание с ОК «Мир» все-таки произошло.
В 1994 г. дважды «отказывался» идти к станции ТГК «Прогресс М-24» из-за сбоев в системе автоматического сближения КА. Из-за повышенной флуктуации сигнала в канале измерения угла крена произошло столкновение ТГК «Прогресс М-24» с ОК «Мир» (было 4 касания). После долгих колебаний в ЦУП было принято решение о проведении впервые стыковки в ручном режиме с помощью системы телеоператорного режима управления (ТОРУ) и командир экипажа Ю.В. Маленченко успешно справился с поставленной задачей. В дальнейшем этот режим несколько раз применялся при стыковках ТГК серии «Прогресс».
В феврале 1995 г. к ОК «Миру» был осуществлен подлет МТКС «Дискавери» (полет STS-63) на 11 метров, т.к. стыковка тогда не предусматривалась, и экипажи могли приветствовать друг друга только через иллюминатор.
10 июня 1995 г. во время перестыковки модуля «Кристалл» с бокового стыковочного агрегата (ось «-Y») на осевой стыковочный агрегат (ось «-Х»), которая необходима была для обеспечения стыковки МТКС «Атлантис», было зафиксировано касание шпангоутов модулей.
После перестыковки модуля «Спектр» с осевого стыковочного агрегата на боковой стыковочный агрегат, ранее освобожденный модулем «Кристалл», во время раскрытия солнечных батарей выяснилось, что одна из солнечных батарей не раскрылась. Для определения последствий этой ситуации потребовался дополнительный выход экипажа в открытый космос. В этот критический момент экипаж (В.Н. Дежуров, Г.М. Стрекалов) отказался выходить в открытое космическое пространство (ОКП), объяснив это собственной усталостью (следует отметить, что экипаж совершил к этому времени уже 5 выходов в ОКП).
29 июня 1995 г. МТКС «Атлантис» (полет STS-71) осуществил первую стыковку с ОК «Мир» к стыковочному агрегату модуля «Кристалл». Для этой операции модуль «Кристалл» был перестыкован с бокового стыковочного агрегата (ось «-Y») на осевой стыковочный агрегат (ось «-Х») переходного отсека базового блока ОК «Мир». Следует отметить, МТКС «Атлантис» выполнил за время существования ОК «Мир» еще 6 стыковок и по одной стыковки выполнили МТКС «Дискавери» и «Индевор».
23 апреля 1996 г. при выведении на орбиту модуля «Природа» отказала система энергопитания. Положение усугублялось тем, что в отличие от предыдущих модулей, на этом не было солнечных батарей, и литиевые источники тока были единственным средством обеспечения модуля «Природа» электроэнергией без возможности их подзаряда. В результате этого отказа исключалась возможность повторной стыковки в случае возникновения такой необходимости. Однако, 26 апреля 1996 г. модуль «Природа» благополучно пристыковался к ОК «Мир».
В феврале 1997 г. вышли из строя обе установки по производству кислорода системы «Электрон». Пришлось перейти на резервную систему получения кислорода с помощью твердотопливных генераторов (кислородных шашек). А 23 февраля одна из них загорелась. Отсеки заволокло дымом, так что пришлось надеть противогазы. Но экипаж не растерялся и в короткое время ликвидировал очаг возгорания. В.Г. Корзун и А.Ю. Калери за это были удостоены почетных наград пожарной службы России.
Драматичные моменты были и в процессе проведения операции стыковки с помощью системы ТОРУ. Так, 25 июня 1997 г. при отработке стыковки с помощью ТОРУ с дальних дистанций, ТГК «Прогресс М-34» столкнулся с модулем «Спектр». При этом была повреждена одна из солнечных батарей и нарушена герметичность модуля «Спектр». При создании станции такая ситуация была предусмотрен и если лимит времени у экипажа не превышает пяти минут, то экипажу надо срочно покидать станцию. В данном случае на эвакуацию оставалось почти полчаса.
Разгерметизированный модуль изолировали, и экипаж в составе В.В. Циблиева, А.И. Лазуткина и американского астронавта Майкла Фоэла продолжал работу на ОК «Мир».
Таким образом, была наглядно продемонстрирована высокая степень живучести ОК «Мир». В настоящее время этот режим используют как резервный, и космонавты отработали все операции этого процесса до автоматизма. А тогда еще это было впервые и доставило всем немало волнений.
14 августа 1997 г. при посадке «Союза ТМ-25» с экипажем ЭО-23 (В.В. Циблиев и А.И. Лазуткин) преждевременно, на высоте 5,8 км произошло включение двигателей мягкой посадки. По этой причине посадка СА была жёсткой, (скорость приземления составила 7,5 м/с), но экипаж, к счастью, не пострадал.
5 сентября 1997 г. американский военный спутник пролетел на расстоянии 470 метров от ОК «Мир». Экипаж заранее был об этом предупрежден специалистами ЦУП и переместился в целях безопасности в спускаемый аппарат ТПК «Союз ТМ-26».
В июле 1999 г., из-за попадания молнии в электроподстанцию г. Королева, было обесточено здание ЦУП, что привело к потере связи с экипажем. Экипаж был предупрежден об этом с помощью средств НИП г. Уссурийска, а связь с ним была восстановлена только через 6 часов.
В 1999 г. вышел из строя спутник-ретранслятор «Гелиос» из-за аварии системы терморегулирования спутника, что не позволяло оперативно проводить сеансы связи с ОК «Мир».
25 декабря 2000 г. произошла потеря связи с ОК «Мир». Все попытки установить связь с ОК «Мир» успеха не имели. Только на следующий день сигнал был зафиксирован в сеансе 14:20–14:29 по борту радиотелеметрической системы (РТС) БИТС-2 и через минуту пропал, но в следующем сеансе сигнал вновь появился.
27 декабря того же года произошло самопроизвольное пропадание сигнала с бортового передатчика РТС БР-9ЦУ-5, который при выдаче дополнительных команд не включился. Информацию о режиме работы системы управления движением сотрудники ЦУП получали через режим «ТВ-дисплей», который используется при стыковке.
Закладка базы для построения ориентации тоже была проведена без контроля по телеметрии — только по маркерам с пунктов управления о прохождении команд на борт. Только 30.12.2000 г. удалось построить ориентацию на двигателях, в результате этого приход электроэнергии на модулях «Квант-2» и «Кристалл» стал близок к норме.
31 декабря 2000 г. проведено объединение топливных баков ТГК «Прогресс М-43» и ОК «Мир». Благодаря этому в очередной раз ОК «Мир» удалось спасти.
В январе 2001 г. возникли проблемы с раскруткой гиродинов ОК «Мир» из-за этого пришлось переносить пуск ТГК «Прогресс М1–5».
Немало волнений доставили экипажам во время полета ОК «Мир» утечки теплоносителя из трубопроводов системы обеспечения температурного режима. Поиск нарушений герметичности магистралей этой системы, расположенных в труднодоступных местах, потребовал трудоемкой и кропотливой работы экипажей, с которой они успешно справились. В процессе поиска приходилось отключать магистральные контуры в базовом блоке ОК «Мир» и модуле «Квант», при этом температура в отсеках сразу повышалась. Особенно жарко было в базовом блоке ОК «Мир», в котором температура повышалась порой до 36° С.
