Пока дорабатывали 'Днепр', внимание руководства Главкосмоса переключилось на испытания космического корабля. 22 августа был запущен беспилотный космический корабль, уже не 'Север', а полноценный 'Союз', с орбитальным отсеком. Ранее в такой конфигурации уже летали спутники-фоторазведчики 'Зенит-М'. За прошедшие полгода с Байконура и Плесецка их запустили уже 6. Во время полётов 'Зенитов' были выявлены и устранены многие несуразности и производственно-технологические ошибки, вроде неправильной полярности подключения приводов клапанов двигателей ориентации, или неправильной установки при сборке сопел дублирующего корректирующего двигателя (ДКД). Из-за этого было потеряно два 'Зенита', зато в техпроцессы были внесены дополнительные проверки.
Теперь шла подготовка к пилотируемому полёту, и Королёв хотел запустить корабль в точности такой, на каком предстояло лететь космонавту.
— Выведем его на орбиту, погоняем суток восемь или десять, посадим. Если всё пройдёт штатно — запустим второй такой же беспилотный корабль, а следом за ним, через сутки или двое — корабль с космонавтом, и попробуем отработать стыковку, — объяснил Сергей Павлович программу полётов на совещании НТС.
Стыковочный узел разрабатывали в большом отделе (более 200 человек), которым руководил Лев Борисович Вильницкий. Работу над проектом Вильницкий, по прямому совету Королёва, поручил группе молодых конструкторов. Первый вариант стыковочного узла, предложенный 'проектантами' — общеконструкторским отделом ОКБ-1, был плоским. На одном корабле размещалось неподвижное кольцо, на втором — подвижное. При стыковке кольца совмещались за счёт поворота подвижного кольца. Сцепление происходило за счёт 'бегающих' крюков, которые перед стыковкой 'взводились' с помощью нескольких приводов. Для фиксации подвижного кольца и раскрытия крюков при расстыковке тоже использовались приводы. (См. В.С. Сыромятников '100 рассказов о стыковке' стр. 145)
Этот вариант забраковали сразу. В то время считалось, что привод является заведомо ненадёжным элементом, источников отказов, и чем меньше в конструкции приводов, тем лучше. Исходя из этого подхода Сыромятников, Денисов и Уткин предложили свои варианты стыковочного узла с общим техническим решением — 'штырь-конус'. Вариант Сыромятникова имел всего один электрический шарико-винтовой преобразователь (ШВП), работавший одновременно как привод и амортизатор — в случае приложения внешней нагрузки, и был основан на всем понятной схеме 'папа-мама'. Первоначальный вариант не имел внутреннего прохода, переходить из одного корабля в другой предполагалось через открытый космос.
Королёв забраковал и этот вариант. Он уже ознакомился в ИАЦ со всеми будущими вариантами, к тому же он изначально рассчитывал, что придётся сотрудничать с другими странами (АИ), а главное — переходить из одного корабля в другой надо всё-таки по внутреннему герметичному проходу. Из всех вариантов ему более всего приглянулась конструкция АПАС-75 — кольцевой стыковочный узел с внешними лепестками, использовавшийся в полёте 'Союз' — 'Аполлон'. Он не требовал частичного демонтажа после стыковки, и не вызывал нежелательных фрейдистских ассоциаций. Но эта схема получалась намного более сложной, тяжёлой и дорогой, в ней было 6 ШВП, вместо одного.
В то же время Королёву понравился подход, предложенный Сыромятниковым, в части общего агрегатирования стыковочного узла в виде единой законченной сборки, тогда как вариант Денисова предполагал при похожей схеме использование нескольких отдельных узлов. Единый агрегат было проще изготавливать, испытывать и доводить до работоспособного состояния.
— Вот что, орёлики, — резюмировал Сергей Павлович, ознакомившись со всеми проектами. — Всё не то, хотя в каждом варианте есть свои сильные стороны. Вот и давайте попробуем их объединить. Вариант проектантов мне нравится тем, что в нём легче всего организовать внутренний проход, но он переусложнён. Варианты из отдела Вильницкого намного проще, а шарико-винтовой преобразователь — вообще шедевр. Но переходить из корабля в корабль надо всё-таки без разгерметизации — это просто удобнее. Поэтому давайте подумаем, как из всех предложенных вариантов взять лучшие технические решения, и объединить их. Для нашего внутреннего потребления вариант со штырём и конусом можно было бы использовать, если сразу организовать в нём внутренний проход.
Поэтому предлагаю предложенную конструкцию модифицировать, расположив штырь и конус на крышках соединяемых отсеков. Штырь, двигаясь назад, будет после стыковки осуществлять стягивание, до герметического соединения причальных шпангоутов.
(См. В.С. Сыромятников '100 рассказов о стыковке' стр. 297 и 305)
После окончательной стыковки космонавты эти крышки снимут, или разъединят и откинут на петлях, чтобы войти в пристыкованный корабль. (там же, стр. 360) Шпангоуты можно взять с варианта проектантов, но делайте сразу круговую симметрию, чтобы крюку на одном шпангоуте соответствовала защёлка на другом. (Там же, стр. 309) Такие шпангоуты позволят затем использовать их и в международных проектах. Но если будем сотрудничать с иностранцами, то схема со штырём и конусом не подходит, по политическим соображениям. Кому понравится, что их перед всем миром имеют на орбите?
Он подождал, пока стихнут сдавленные смешки, и продолжил:
— Мне вот пришла такая идея — сделать ловитель в виде трапецеидальных лепестков — две этакие розочки по внешнему периметру причального шпангоута, и соединяться они будут вот так, — Главный растопырил пальцы рук и соединил руки вместе, так, что пальцы одной руки вошли между пальцами другой. — В таком варианте середина остаётся свободной для внутреннего прохода, а все замки и разъёмы выносим на периферию причальных шпангоутов. И делаем кольцевую симметрию, чтобы обе половинки были одинаковыми.
— Так сказать, чтобы никому не обидно было, — добавил Вильницкий.
Предложение Королёва взяли за основу для развития. В итоге, после трёх лет разработки появился универсальный стыковочный узел, внешне соответствующий американской половине конструкции АПАС-75 — с 6-ю независимыми амортизаторами подвижного причального шпангоута, образующими подобие платформы Гью-Стюарда.
Американцы разрабатывали свою 'половину' с использованием гидравлических амортизаторов, советская сторона сделала ставку на уникальные шарико-винтовые преобразователи. Впоследствии независимые амортизаторы заменили на более сложный механизм, в котором 6 ШВП были связаны между собой дифференциалами, но для первой стыковки даже андрогинный узел с независимой амортизацией был уже достаточно сложным устройством.
(См. В.С. Сыромятников '100 рассказов о стыковке' стр. 412)
Его в 1960-м удалось без особых затруднений согласовать с американской стороной — в случае 'штырь-конуса' это вряд ли получилось бы. К 1961 году стыковочный узел уже более года проходил испытания (АИ). По ходу дела в конструкцию вносили различные доработки, дело двигалось быстро, так как были ясные перспективы в виде орбитальной станции и чёткие планы со сроками реализации.
(АИ, в реальной истории отработка стыковки затянулась по нескольким причинам. К проектированию приступили только в 1963-м, далее Королёв отвлёкся на посадку на Луну АМС Е-6 и полёты 'Восходов', затем все силы были брошены на программу облёта Луны, сменивший Королёва Мишин сосредоточил усилия на лунной программе, где, из-за ограничений по полезной нагрузке, предполагался переход из корабля в корабль через открытый космос. Стыковочными узлами плотно занялись только в 1966-м, когда начались полёты первых беспилотных 'Союзов', при этом вначале использовался простейший вариант без внутреннего прохода. Экипажи 'Союз-4' и 'Союз-5' перебирались из одного корабля в другой через открытый космос и люки на боковой стороне орбитального отсека)
Подвижное кольцо с лепестками позволяло эффективно выровнять неизбежные перекосы и смещения, а затем стянуть и герметично соединить причальные шпангоуты кораблей, сцепив их подвижными крюками и защёлками. Для более уверенного сцепления 'активный' корабль использовал тягу двигателей ориентации, поджимая свой причальный шпангоут к ответному шпангоуту 'пассивного' корабля.
Для соединения автономного орбитального отсека 'Союза' со спускаемым аппаратом (АИ, см. гл. 04-21) Королёв предложил использовать те же причальные шпангоуты от стыковочного узла. На крышках мог устанавливаться штырь — на спускаемом аппарате, и конус — на орбитальном отсеке, но на практике, для экономии веса, устанавливали только конус, а на спускаемый аппарат ставили крышку без штыря. Это позволяло, при необходимости, отстыковать орбитальный отсек и оставить его на орбите, в том числе — пристыкованным к орбитальной станции. Получалось, что на орбитальном отсеке 'Союза' появлялось два стыковочных узла — универсальный андрогинный с лепестками наружу, пригодный для стыковки к такому же узлу на орбитальной станции или другом 'Союзе', и более простой, лёгкий и дешёвый — с ответным конусом, на противоположном конце, обращённом к спускаемому аппарату. (Такую же схему использовали американцы на своём стыковочном отсеке для совместного полёта 'Союз' — 'Аполлон')
Лев Борисович Вильницкий определил ведущим конструктором стыковочного узла Владимира Сергеевича Сыромятникова, и Королёв его поддержал, несмотря на то, что опыта молодому инженеру ещё не хватало. В помощь ему Вильницкий назначил опытнейшего конструктора Николая Васильевича Уткина. Николай Васильевич начинал слесарем, ему в начале разработки было около 45 лет, специального инженерного образования не имел, но работоспособность механизмов понимал и чувствовал 'от природы', часто предлагая нестандартные решения. В соответствии с принятой тогда концепцией разработки ведущие конструкторы чертили общую компоновку изделия, а детальной проработкой занимался целый коллектив деталировщиц во главе с Валентиной Филипповной Кульчак, женщиной на редкость работоспособной и имевшей разносторонние интересы — от тенниса и туризма до фотографии и любительского кино.
Параллельно доводке стыковочного узла Владимир Михайлович Комаров, Амет-Хан Султан, Георгий Тимофеевич Береговой и Павел Романович Попович интенсивно тренировались на симуляторе, построенном в 39-м цехе завода ? 88, предназначенном для вертикальной сборки ракет. Цех был построен ещё до 1956 г и представлял собой застеклённую башню с закрашенными белой краской стёклами. В 1957-м здесь стояла ракета Р-7, которую показывали Хрущёву.
Симулятор представлял собой 'мишень' — макет корабля 'Союз' со стыковочным узлом, висящий на 40-метровом тросе, для имитации возможного вращения. К ней подъезжал подвешенный на кран-балке полноценный корабль 'Союз' со стыковочным узлом, тоже висящий на таком же длинном тросе. Всей этой хренотенью управляла ЭВМ УМ-1НХ конструкции Староса (АИ). На тренажёре можно было отрабатывать как полностью автоматическую, так и полуавтоматическую, и ручную стыковку. Основным на этом этапе был принят полуавтоматический режим, когда стыковкой управляла гироплатформа, стабилизирующая корабль, и комплекс радиолокационных и оптических датчиков, а космонавт имел возможность вмешиваться в процесс и корректировать его вручную.
(Подобный тренажёр в цехе ?39 действительно построили и использовали в период освоения стыковки, см. В.С. Сыромятников '100 рассказов о стыковке' стр. 155)
Второй тренажёр, построенный на ЭВМ PDP-1M с использованием некоторых фрагментов кода от игры 'Spacewar' (АИ, см. гл. 04-20), имитировал сближение с мишенью на дальнем этапе, при помощи радиолокатора системы 'Игла' и лазерного дальномера.
Только сейчас, после доклада Королёва на совещании НТС СССР, Никита Сергеевич оценил всё значение изменений, сделанных Королёвым и Келдышем в космической программе после тщательного изучения в ИАЦ присланных Веденеевым книг, статей и прочих информационных материалов. Он-то вначале считал, что, прочитав их, руководители космической отрасли хотя бы смогут избежать катастроф и непоправимых ошибок.
Но Келдыш с Королёвым поставили с ног на голову всю космическую программу, начав, по настойчивым просьбам Хрущёва, со спутников, имевших ключевое значение для военных и народного хозяйства, а затем сосредоточились на пошаговой отработке более совершенного корабля, разом пропустив более примитивные 'Восток' и 'Восход'. Выбранный ими путь последовательной эволюции одной базовой конструкции, вначале лишь немного более совершенной, чем 'Восток', позволил сократить путь к стыковке почти на 7 лет. Не факт, что у них получится с первого раза, но уже разработаны корабль и стыковочный узел, и готовится к первому полёту орбитальная станция.
Дом на орбите станет сначала лабораторией, а затем, последовательно — полноценным заводом, заправочной станцией, орбитальным терминалом, форпостом человечества на орбите Луны и основой конструкции тяжёлого межпланетного корабля для полёта к Марсу.
Космический корабль 'Союз' — пока ещё беспилотный, уже был оснащён доработанной системой солнечно-звёздной ориентации, новой БЦВМ УМ-2К на процессоре 6502, и системой управляемого спуска. 6 двигателей, работающих на перекиси водорода, тягой 7,5 кг для управления по рысканию и тангажу, и 15 кг — для управления по крену устанавливались на спускаемом аппарате. (См. 'Мировая пилотируемая космонавтика' стр. 81) Положение его центра тяжести, и аэродинамическая форма 'фары' позволяли осуществлять спуск с аэродинамическим качеством 0,25 и перегрузкой 3-4 g. В первых полётах кораблей 'Север' двигатели управления спуском устанавливались, но не задействовались (АИ частично).
В указанной комплектации корабль был способен к полноценному орбитальному маневрированию, необходимому для стыковки. Штатно смонтированный на корабле лазерный дальномер обеспечивал точность измерений (АИ частично, в реальной истории лазерного дальномера на первых 'Союзах' не было).
Конечно, корабль ещё нуждался в доводке и отработке, но по конструкции и возможностям он уже примерно соответствовал 'Союзу' 1967 года, как объяснил Никите Сергеевичу Королёв, а благодаря наличию БЦВМ и лазерного дальномера — по возможностям автономного управления даже и превосходил. До первого пилотируемого полёта на новом корабле беспилотные 'Союзы' стартовали под безликим обозначением 'Космос'.
Запуск беспилотного 'Союза' 20 августа прошёл удачно. Корабль запускали на уже неплохо отработанной во время пусков 'Зенитов' ракете 'Союз-2.3'. Она постепенно вытеснила и заменила более сложную и дорогую Р-7.
Как и планировалось, полёт корабля продлился до 30 августа. В ходе полёта отрабатывалось дистанционное управление кораблём, коррекции траектории, выполнение орбитальных маневров и многократное построение вертикали с ориентацией корабля на Солнце при помощи солнечно-звёздной системы ориентации. В полёте было выявлено множество мелких недостатков и недоработок, в том числе — в новой системе ориентации. При этом более серьёзные недочёты, вроде технологической заглушки в центре теплозащитного щита, или солнечной батареи, зацепляющейся при раскрытии за ЭВТИ на кормовой 'юбке' устранили сразу, ещё до запусков первого 'Севера', а вот всякие 'электрические ляпсусы' внутренних систем вычислить и устранить на Земле часто не удавалось.
