Наши спутники

               
                Только для зрелых душ, интересующихся
                историей отечественного приборостроения
 
12 апреля 1961 года вся страна, в том числе и я, ликовала и гордилась своей могучей космической техникой и восхищалась бесстрашным сыном Родины Юрием Гагариным. У нас создалось впечатление, что тогда всё происходило, как по мановению волшебной палочки. Мы и не подозревали, какие технические, физические и психологические  трудности преодолел первый космонавт планеты. А ведь их было чрезвычайно много. На завершающем этапе запуска не сработала система радиоуправления ракетой Восток, которая должна была выключить двигатели третьей ступени. Их выключение произошло только после срабатывания дублирующего механизма - таймера, но к тому времени корабль уже поднялся на орбиту, высшая точка которой, апогей, оказалась на сто километров выше расчётной. Сход с такой орбиты с помощью «аэродинамического торможения» мог занять по разным оценкам от двадцати до пятидесяти дней.
 
В конце полёта тормозная двигательная установка  работала успешно, но с недобором импульса, поэтому автоматика выдала запрет на штатное разделение отсеков. В результате, в течение десяти минут перед входом в атмосферу корабль беспорядочно кувыркался со скоростью 1 оборот в секунду. Гагарин решил не пугать руководителей полёта, в первую очередь Королёва, и иносказательно сообщил о нештатной ситуации на борту корабля. Когда корабль вошёл в более плотные слои атмосферы, то соединяющие кабели перегорели, и команда на разделение отсеков поступила уже от термодатчиков, так что спускаемый аппарат, наконец, отделился от приборно-двигательного отсека. Спуск происходил по баллистической траектории,  с восьми-десятикратными перегрузками, к которым Гагарин был готов. Значительно сложнее ему было пережить психологические нагрузки, поскольку  температура снаружи при спуске достигала трёх-пяти тысяч градусов и после входа капсулы в атмосферу загорелась обшивка корабля,  по стёклам иллюминаторов потекли струйки жидкого металла, а сама кабина начала потрескивать.

На высоте семи километров в соответствии с планом полёта Гагарин катапультировался, после чего капсула и космонавт стали спускаться на парашютах раздельно. После катапультирования и отсоединения воздуховода спускаемого аппарата, в герметичном скафандре Гагарина не сразу открылся клапан, через который должен поступать наружный воздух, так что Гагарин чуть не задохнулся. Последней проблемой в этом полёте оказалось место посадки — Юрий Гагарин мог опуститься на парашюте в ледяную воду Волги. Ему помогла хорошая предполётная подготовка:  управляя стропами, он увёл парашют от реки и приземлился в полутора—двух километрах от берега. Эту информацию спустя много лет после легендарного полёта я узнала из Википедии.

Если бы в то время нам официально сообщили обо всех обстоятельствах этого полёта, я бы ещё выше оценила личный героизм Юрия Гагарина. А тогда, если честно признаться, запуск первого искусственного спутника Земли 4 октября 1957 года психологически потряс меня даже больше, чем первый полёт человека в космос. В школе на уроках физики мы усвоили: чтобы космический корабль вышел на околоземную орбиту, он должен развить первую космическую скорость, при которой сила его притяжения к Земле уравновешивается центробежной силой, возникающей при его полёте по орбите. Величина этой фантастической скорости не укладывалась в моей голове, поскольку составляла 7,9 км/сек. Она казалась мне запредельной, недостижимой при моей жизни. Но человеческий гений преодолел эти технические трудности. Это был качественный скачок и в развитии космонавтики, и в моём сознании. Дальнейшие полёты космических кораблей, в моём представлении, явились наращиванием количественных показателей – веса корабля, объёма и сложности его конструкции и выполняемых функций.
 
На самом же деле всё оказалось значительно сложнее, что и показал полёт Юрия Гагарина. А  сколько ещё трагедий разыгралось в космосе, вплоть до гибели космических кораблей и их экипажей -  космонавтов Владимира Комарова, Георгия Добровольского, Владислава Волкова, Виктора Пацаева! Какие трудности испытали Герман Титов и Алексей Леонов и другие космонавты! Все они получили высокие, заслуженные награды, но мы едва ли догадывались обо всех сложностях, с которыми им довелось столкнуться на орбите и в процессе снижения космического аппарата. Мы не догадывались, насколько незавершёнными, неотработанными были конструкции космических кораблей, которые в “сыром виде” запускались в космос в стремлении не уступить США свой приоритет в космической области.

 В то время я ещё не знала, что в отдалённом будущем, в последние двенадцать лет моей научной деятельности, и мне придётся поработать в области создания космического приборостроения, и мне придётся преодолеть много трудностей при решении поставленных передо мной задач. В самом же начале своего трудового пути в ЦНИИАГ я работала с наземными гирокомпасами, а потом принимала участие в разработке гироблока. В конце шестидесятых годов мой непосредственный руководитель Юрий Иванович Ушанов предложил мне заняться разработкой системы датчиков угловых скоростей. Эта работа была совершенно новой для меня и связанной с постоянными поездками на полигон в Капустин Яр. К этому времени я уже поступила в аспирантуру МВТУ имени Баумана и прекрасно сознавала, что совместить новую тематику и работу над диссертацией мне не удастся. Тогда мне нужно было бы поставить крест на всех моих предыдущих изысканиях. Поэтому мне пришлось отказаться от порученной работы. Такое тоже произошло в моей жизни.
 
Юрий Иванович всегда отличался чрезвычайной тактичностью. Он не стал настаивать на том, чтобы я взялась за предложенную им работу. Он понимал, что без горения, без настроя решить поставленную задачу у меня всё равно мало что получится. Меня выручил Валерий Белоусов, тоже выпускник МВТУ, годом моложе меня, который в то время казался мне насмешливым, ироничным и уж никак не серьёзным. В течение нескольких лет он под руководством Юрия Ивановича самоотверженно работал над этим заданием.
 
Когда впоследствии гироскопическая тематика в ЦНИИАГ была ликвидирована, Валера сменил направление своей профессиональной деятельности и стал специалистом в совершенно другой отрасли – в экономике - и даже защитил в этой области кандидатскую диссертацию. Затем он снова вернулся в ЦНИИАГ, где работает по сей день. Спустя годы я поняла, что Юрию Ивановичу и Валере я обязана тем, что получила возможность завершить работу над своей диссертацией.

Мы, шестеро сотрудников лаборатории, вновь встретились в 2010 году. В числе моих гостей был и Валера Белоусов. Я поразилась тому, насколько он трансформировался. Он стал более весомым, значительным, широко  эрудированным. К тому же, он оказался хорошим товарищем, единственным из всех сотрудников, кто навещал и ухаживал вплоть до самой его смерти за тяжело больным и одиноким нашим коллегой, Юрой Бибиным. Я была рада, что в тот вечер среди моих гостей были также и другие мои коллеги по прежней работе: Юрий Ушанов, Ирина Эстрина, Люда Данилова и Рита Шевякина. Само их присутствие, свет их душ вернул меня в мою молодость, когда всё ещё было только впереди.

Постоянный поиск научных решений в то время, когда в ЦНИИАГ я работала над диссертацией,  значительно повысили мой потенциал, обеспечив возможность в дальнейшем решать сложные задачи, в частности, в области космического приборостроения. Мне захотелось рассказать, с какими проблемами моим коллегам и мне пришлось столкнуться уже в МИЭА при разработке гироскопических приборов, предназначенных для использования в космических аппаратах.
 
В 1987 году в нашем направлении была проведена большая работа по анализу и экспериментальному исследованию характеристик и работоспособности трёхстепенного поплавкового гироскопа ГПА-Л2 при воздействии линейного ускорении 10g, десятикратно превышающего ускорение силы тяжести. Проведение этой работы, ответственным исполнителем которой был отдел Валентина Дмитриевича Татаринова, было связано с исследованием возможности использования гироскопа ГПА-Л2 в космических условиях и при выводе космического аппарата на околоземную орбиту. В секторе Яшуковой Веры Васильевны была выполнена теоретическая часть этой работы. Я составила методику расчёта и провела анализ прочности цапф и точностных характеристик гироскопа ГПА-Л2 при воздействии линейного ускорения 10g. В этом мне помог опыт, приобретённый ранее при расчёте влияния технологических погрешностей сборки гироскопа ГПА-Л2 на его точность.

            При воздействии линейного ускорения в гироскопе возрастают возмущающие
            моменты, зависящие и не зависящие от ускорения силы тяжести, и дополнительно            
            возникают инерционные моменты и моменты, обусловленные упругостью смазочного
            слоя газодинамической опоры ротора гироскопа ГДО. В качестве источников
            погрешностей, вызывающих изменение дрейфа гироскопа ГПА-Л2 при воздействии               
            линейного ускорения, я исследовала моменты трения в опорах карданова подвеса,            
            моменты дисбаланса, гидродинамические моменты, обусловленные колебаниями и
            поступательными перемещениями гироузла, моменты, обусловленные упругостью
            смазочного слоя ГДО, а также инерционные моменты. Расчёт  моментов
            сопротивления токоподводов, также вызывающих дрейф гироскопа при воздействии
            ускорения, выполнила старший инженер Татьяна Степанова.

            Величина погрешности, возникающей при действии линейного ускорения и            
            вызывающей изменение дрейфа гироскопа, зависит от ориентации вектора
            линейного ускорения относительно вектора кинетического момента. В            
            гиростабилизованной платформе использовались два гироскопа – верхний и            
            нижний, у которых векторы кинетического момента были взаимно перпендикулярны.
            В этой связи теоретическое исследование точности ГПА-Л2 я проводила отдельно
            для верхнего и нижнего гироскопа, при этом предполагалось, что линейное
            ускорение нарастает мгновенно и действует максимально 5 секунд.

            Существенным фактором, обеспечивающим работоспособность и точность гироскопа
            при воздействии линейного ускорения 10g, являлось сохранение прочности ГДО и
            цапф карданова подвеса, отсутствие контакта вращающейся части
            электродвигателя с неподвижными деталями ГДО, а также сохранение точностных            
            характеристик гироскопа ГПА-Л2 после воздействия линейного ускорения.

            Характер движения гироузла при воздействии линейного ускорения определялся            
            величиной разности рабочей температуры в приборе и температуры нейтральной
            плавучести гироузла. В зависимости от знака этой разности гироузел имел
            остаточный вес или остаточную плавучесть и либо касался накладных и сквозных
            камней в опорах  подвеса в различных точках, либо перемещался в пределах            
            зазоров этих опор. После прекращения действия линейного ускорения гироузел
            под действием остаточного веса или остаточной плавучести гироузла возвращался
            в исходное положение, однако его движение происходило в десять раз медленнее,            
            чем при действии ускорения. За время возвращения гироузла в исходное
            положение после прекращения действия ускорения могло наблюдаться монотонное            
            изменение дрейфа гироскопа.

            Экспериментальное определение работоспособности гироузла ГУС-Л2 при
            динамических воздействиях под руководством ведущего научного сотрудника Игоря
            Владимировича Яковлева проводила Тамара Еремеева. Испытания гироузла на
            центрифуге и в процессе сборки газодинамической опоры показали, что ГДО
            способна выдержать воздействие линейного ускорения 10g. Результаты
            теоретического анализа не противоречили данным экспериментов, проведённых
            Татьяной Степановой под руководством начальника сектора Веры Васильевны.
 
            С целью уменьшения погрешностей гироскопа при воздействии линейного ускорения
            10g были даны рекомендации уменьшить отклонение рабочей температуры от            
            температуры нейтральной плавучести гироузла, погрешность компенсации
            маятниковых моментов по координатным осям гироскопа, неравножёсткость ГДО, а
            также угол положения ГДО,  важную характеристику этой опоры, уменьшить
            эксцентриситет кардана в корпусе, а также собственную  вибрацию  гироузла за
            счёт уменьшения допуска на динамический дисбаланс ротора. Эта работа заложила
            основы для дальнейших исследований поведения гироскопа при воздействии
            линейных ускорений, а также в невесомости.

В 1988 году совместно с инженером Т.И. Степановой, начальником сектора В.В. Яшуковой, начальником отдела  В.А.Гаранкиным я подготовила отчёт “Уточнение зависимости и стабильности дрейфа  гироскопа ГПА-Л2-3 от величины и направления действия ускорения в заданном диапазоне величин”. Продолжением этой работы явилось исследование характеристик гироскопа ГПА-Л2-3 в условиях длительного воздействия ускорения до 5g и в условиях невесомости, проведённое в 1989 году.

            При выполнении этого отчёта мне удалось установить основные причины снижения
            точности гироскопа ГПА-Л2 с вертикальным расположением вектора кинетического
            момента. Гироскоп имел конструктивную и тепловую симметрию относительно
            вертикальной координатной оси при расположении вектора кинетического момента
            в горизонтальной плоскости. При развороте же корпуса прибора на 90 градусов
            эта симметрия нарушалась: изменялись условия обогрева прибора, конвективные
            потоки поддерживающей жидкости, градиенты температуры между элементами
            конструкции гироскопа и слоями поддерживающей жидкости, положение            
            токоподводов и, следовательно, их тяжение.

К сожалению, по огромной теме, связанной с исследованием трёхстепенного поплавкового гироскопа при воздействии ускорений, я не опубликовала ни одной статьи. Исключение составила лишь написанная совместно с Татьяной Степановой и опубликованная в 1993 году в журнале “Авиационная промышленность” статья “Дрейф трёхстепенного поплавкового гироскопа от моментов токоподводов при воздействии линейных ускорений”. Логическим продолжением всех этих изысканий явилась работа “Исследование  гироскопа ГПА-Л2-3 при переходе на орбитальный участок и в невесомости”, выполненная в 1990 году, поскольку возникла задача о возможности использования этой модификации гироскопа в космических аппаратах.

В 1992 году наряду с другими сотрудниками я принимала участие  в составлении пояснительной записки к техническому проекту “Разработка системы для измерения координат звёзд”, написав раздел “Исследование динамики движения защитной крышки астроблока системы АИС-93”. В том же году мной был написан раздел “Ожидаемые технические характеристики ГПА-Л2-3 в условиях эксплуатации на космическом аппарате в составе БГО” для технических предложений по теме “Разработка ГПО для изделия Метеор-ЗМ на базе гироскопа ГПА-Л2-3”. В следующем году вместе с Сергеем Кухтевичем и Владимиром Исаевым я работала над эскизным проектом “Разработка гироблока для изделия МЗМ на базе гироскопа ГПА-Л2-3”, в котором я написала раздел “Теоретическое исследование работоспособности гироскопа ГПА-Л2-3 в режиме двухосного датчика угловой скорости”.

В 1993 году на научно-технической конференции “Приборостроение – 93 и новые информационные технологии” мной был прочитан написанный совместно с Е.А. Правоторовым и В.В. Яшуковой доклад “Трёхстепенной поплавковый гироскоп ГПА-Л2-3 как двухканальный измеритель угловой скорости космического аппарата”.  В 1995 году в журнале “Авиационная промышленность” была опубликована совместная статья с тем же названием исполнителей космической тематики Ю.А. Андреева, А.Д. Валько, Е.А. Правоторова, В.С. Рябикова, Е.Б. Соболевой, В.В. Яшуковой. В нашей работе кандидат технических наук В.С. Рябиков являлся представителем заказчика на нашем предприятии.  В том же году в журнале “Авиационная промышленность” была опубликована моя статья “Способ определения угловых скоростей космического аппарата с помощью трёхстепенного гироскопа с электрической пружиной”.
 Дальнейшим развитием космической темы явилась работа “Теоретическое исследование по определению температурного коэффициента дрейфа гироскопа ГПА-Л2-3 в условиях невесомости” и “Теоретическое исследование системы ГПА-УОС-ИК при нулевом кинетическом моменте”.

Работу по исследованию работоспособности трёхстепенного поплавкового гироскопа в качестве двухрежимного двухосного измерителя угловых скоростей космического аппарата я проводила совместно с дочерью Лилей и зятем Сергеем.

Когда я увидела полученные на компьютере графические решения уравнений движения гироскопа, полученные Сергеем, которые отражали движение гироскопа в режиме датчика угловых скоростей, я была восхищена возможностями современной вычислительной техники. В своей практике я решала приближённые уравнения движения гироскопа  без учёта инерционных членов, методом припасовывания, стыкуя уравнения движения гироскопа на разных этапах, для чего я использовала краевые условия на границах участков движения.  До появления мощной вычислительной техники во всех учебниках и пособиях по гироскопии записывались точные уравнения движения, а при их решении делалось серьёзное допущение о том, что моментами инерции рамок карданова подвеса можно пренебречь. Теперь же я воочию убедилась, какую важную роль играет их учёт. Мы получили решения для всех интересующих нас условий полёта и конструктивно-технологических параметров гироскопа и системы обратной связи.

В 1996 году наша совместная с Сергеем и Лилей статья “Влияние параметров цепи обратной связи на работоспособность двухрежимного двухосного измерителя угловых скоростей на базе трёхстепенного поплавкового гироскопа” была опубликована в журнале “Гироскопия и навигация”.
 
     В этой статье исследовалась работоспособность трёхстепенного поплавкового
     гироскопа в качестве двухрежимного двухосного измерителя угловых скоростей
     космического аппарата при различных значениях зоны нелинейности усилителя
     обратной связи и величины запаздывания в срабатывании датчика моментов,
     обусловленного индуктивностью его управляющих обмоток и постоянной времени
     усилителя обратной связи. Величина запаздывания является параметром
     регуляризации системы, что наглядно продемонстрировали результаты
     численного моделирования.

            Основной вывод этой статьи заключался в том, что прецизионный поплавковый
            гироскоп может быть использован в качестве двухрежимного двухосного
            измерителя угловых скоростей космического аппарата, например, в
            бесплатформенном гироориентаторе. С этой целью в расширенном диапазоне
            измерений (режиме успокоения колебаний) уменьшают кинетический момент
            гироскопа и практически во столько же раз увеличивают зону линейности
            усилителя обратной связи. При этом допускается десятикратное ухудшение
            точностных характеристик гироскопа. Уменьшение величины кинетического момента
            в расширенном диапазоне измерений  приводит к существенному изменению частоты
            нутационных колебаний системы и затруднению в подборе корректирующих звеньев.
            Для достижения устойчивости системы и заданного качества регулирования
            достаточно подобрать постоянную времени цепи обратной связи.

            В узком диапазоне измерений (рабочем режиме) гироскоп работает при
            номинальном кинетическом моменте, обеспечивая требуемую точность измерений.
            Обеспечение двух режимов работы – успокоения колебаний после вывода            
            космического аппарата на орбиту и точного измерения его угловых скоростей в
            рабочем режиме – достигается использованием только двух трёхстепенных
            гироскопов вместо шести двухстепенных по традиционной схеме.

В 1997 году в журнале “Гироскопия и навигация” были опубликованы две статьи под общим названием “Температурный дрейф двухосного измерителя угловых скоростей космического аппарата”, написанные мной в соавторстве с начальником отделения Е.А. Измайловым и моей дочерью.
            В первой статье, озаглавленной “Движение трёхстепенного
            поплавкового гироскопа, используемого в качестве
            двухосного измерителя угловых скоростей космического аппарата, при изменении
            температуры”,  исследовалось поступательное движение трёхстепенного
            астатического поплавкового гироскопа в режиме точного измерения угловых
            скоростей космического аппарата, обусловленного упругими тяжениями, при
            отсутствии термостабилизации прибора. В статье было показано, что величина и
            скорость перемещения гироузла определяют одну из составляющих температурного
            дрейфа гироскопа.

            Во второй статье, озаглавленной “Возмущающие моменты в осях карданова подвеса
            трёхстепенного поплавкового гироскопа, обусловленные поступательным
            перемещением гироузла и конвективными потоками поддерживающей жидкости”,
            исследовались возмущающие моменты, действующие на гироузел трёхстепенного
            поплавкового гироскопа в условиях отсутствия термостатирования прибора в
            зависимости от величины и скорости поступательного перемещения гироузла в
            пределах зазоров опор карданова подвеса. В статье были даны конкретные
            рекомендации по уменьшению конструктивно-технологических погрешностей сборки
            гироскопа, а также по расположению возможных источников нагрева гироскопа
            относительно его координатных осей. Выполнение этих рекомендаций
            способствовало уменьшению температурного коэффициента дрейфа гироскопа в
            невесомости.

Идеолог космической тематики, бывший главный конструктор нашего направления Евгений Андреевич Правоторов поручил мне оформить заявки на изобретения, нашедшие практическое применение в метеорологическом спутнике Земли МЗМ. Я написала две заявки: на “Способ определения угловых скоростей подвижного объекта с помощью трёхстепенного гироскопа”, в котором авторами изобретения указала Правоторова Е.А., Соболеву Е.Б., Яшукову В.В., Валько А.Д., и на “Двухосный гироскопический измеритель угловых скоростей с электрической пружиной”, где авторами изобретения были Правоторов Е.А., Андреев Ю.А., Яшукова В.В. и Валько А.Д.
 
Усилиями сотрудников отдела Яшуковой В.В., Андреева Ю.А. и Соболевой Е.Б. разрабатывались электрические схемы, техническая документация, проводились многочасовые испытания. Я подготовила теоретическое обоснование и выполнила необходимые расчёты, подтверждающие возможность использования нашего гироскопа в космических условиях, изначально предназначенного для решения задач авиации. Все мы, безусловно, заслужили то, чтобы стать соавторами этих изобретений. Однако Евгений Андреевич считал иначе. Как выяснилось позднее, он рассчитывал, что я буду составлять и оформлять обе заявки только на его имя. Предметом изобретения является устройство или способ, а эти вопросы решаются уже коллективно. Но Евгений Андреевич, видимо, не знал, что голые идеи не патентуются и что в описании заявки должны присутствовать необходимые расчёты и практическое подтверждение возможности создания устройства с заявленными параметрами. Результатом этой истории стало то, что Правоторов изменил своё отношение ко мне. Но меня это не расстроило, поскольку я была уверена в своей правоте.
 
Конечно, на обе эти заявки мы получили положительные решения ВПИИГПЭ, и когда, наконец, спутник “Метеор – 3М” был запущен, мы были счастливы. Тогда же встал вопрос о денежном вознаграждении авторов, и я, полная оптимизма и радужных надежд, обратилась к начальнику патентного отдела Марии Сергеевне Логуновой, которая сразу же охладила мой пыл, спросив: “А разве вы заключали лицензионное соглашение с предприятием, использовавшим ваши изобретения?” Нет, лицензионного соглашения мы не заключали. В этом сказалась наша юридическая и патентная безграмотность. Но это было уже не столь важно. Важным было то, что наши спутники летали и летали успешно. Не в этом ли истинное счастье?

Окончание см.www.proza.ru/2013/07/05/126