Космический «Черный ящик»

Ночь опустилась над степью. Замер ярко подсвеченный прожекторами носитель «Протон» с «Марсом-96» на борту. Тысячи людей из многих стран мира ждут его пуска. К таинственной «красной планете» должен отправиться самый большой и тяжелый в истории космонавтики марсианский автоматический корабль, в создании которого принимали участие российские и американские, английские и французские, немецкие и итальянские специалисты.
Пуск осуществлен в расчетное время. Четко, одна за другой, отработали три ступени ракеты-носителя. Нормально прошел и первый запуск четвертой ступени – так называемого разгонного блока «Д». Машина вышла на опорную околоземную орбиту. Теперь, через час с небольшим, должны произойти второй запуск и отделение блока «Д», затем включится ненадолго автономная двигательная установка самого корабля, и «Марс-96» выйдет на заданный курс к планете.
Но… Центр дальней космической связи в расчетное время из расчетного места сигнал с корабля не получил. Стало ясно: произошла авария. Образованная Государственная аварийная комиссия во главе с директором Центрального института ракетно-космической отрасли академиком В.Уткиным сразу же сталкивается с непреодолимым препятствием. Отсутствуют прямые телеметрические данные с аварийного участка: в Африке, над которой происходили драматические события, наших наземных измерительных пунктов нет, а специальный океанский корабль, когда-то находившийся в Гвинейском заливе, давно оттуда отозван из-за нехватки средств.
Специалисты марсианского аппарата пытаются доказать, что виноват разгонный блок «Д», а «разгонники» грешат на систему управления аппарата. Солидной комиссией причина однозначно так и не была установлена.
Спустя несколько месяцев, Юрий Глинкин (НПО им. С.А.Лавочкина) в результате кропотливейшего анализа обосновывает реальную версию: при первом запуске блока «Д» происходит прогар его двигательной установки, начинает вытекать горючее, и пока машина движется по околоземной орбите, бак опустошается. Для второго запуска «горючки»… нет, и выдается команда «АВД» – аварийное выключение двигателя.
Но «разгонники» версию отвергают: мол, выводы сделаны на основе косвенных данных. А прямых-то нет!
Ровно через год не выведен на геоцентрическую орбиту и загублен иностранный многофункциональный спутник связи «Азиасат». Картина повторилась точь-в-точь. Выплачивается большая страховка. Удручены заказчик, страховщик и, конечно же, изготовители. Только после этого «разгонники» признают справедливость версии и дорабатывают двигательную установку. Причина установлена, меры приняты, инцидент исчерпан. Но какой ценой!
  Такими примерами, к сожалению, изобилует история как отечественной, так и зарубежной ракетно-космической техники. Вот успешно стартует «Венера-4», а ее дублер спустя пять дней бесславно гибнет (1967 г.). Через три года история повторяется с дублером «Венеры-7» (1970 г.), а потом и «Венеры-8» (1972 г.). Что-то каждый раз случается с разгонным блоком «Л» на околоземной орбите, но причина так и не установлена до сих пор.
А вот совсем свежий пример. Ракетно-космическая корпорация «Энергия» им. С.П.Королева разработала по заказу «Газпрома» два дорогостоящих спутника связи «Ямал». Запуск производился одной ракетой. «Ямал-1» функционирует нормально, но что произошло со вторым спутником, который ни разу даже не пискнул? Как говорится, «науке это неизвестно».
Специалисты в области космонавтики разработали проект космического «черного ящика», который во многом решает проблему определения причины аварии (страхового случая).
Сколько раз после очередной катастрофы воздушного лайнера или вертолета мы слышали: вот когда будут найдены «черные ящики»!.. Действительно, эти бесстрастные самописцы всегда становятся главными свидетелями катастрофы и основными информаторами в получении истинной картины аварии. Нечто подобное предлагается создать и для ракетно-космических средств.
Космический «черный ящик» обеспечивает сбор, хранение и оперативную доставку на Землю заказчику (страховщику) достоверной информации о параметрах контролируемого объекта. Устанавливают его на верхнюю ступень ракеты-носителя (разгонный блок) и (или) выводимый на рабочую орбиту космический аппарат. Одновременно с включением перед стартом систем ракеты-носителя и космического аппарата включается блок памяти черного ящика.
В него поступают данные о параметрах контролируемого объекта. Сбор, хранение, обновление и объем нужной информации определяются техническими характеристиками объекта и требованиями заказчика (страховщика). В случае аварии или в другой нештатной ситуации, которая влечет за собой невозможность выполнения целевой задачи, черный ящик отделяется от контролируемого объекта и совершает посадку на поверхность Земли в соответствии с заданной программой собственного функционирования.
Она определяется текущим значением времени полета и обеспечивается комплексом бортовой аппаратуры черного ящика.
Космический черный ящик включает в себя следующие основные системы:
  • установки «ящика» на контролируемом объекте (на РБ – разгонном блоке и (или) на КА – космическом аппарате);
  • возвращаемой на Землю капсулы с комплексом бортовой аппаратуры – КБА, включающим блок памяти;
  • стабилизации и торможения;
  • спуска и посадки.
Кратко «пройдемся» по каждой.
Система установки обеспечивает механический и электрический интерфейс – проще говоря, совместимость черного ящика с контролируемым объектом, а также разделение с ним в случае аварии.
Возвращаемая капсула с КБА осуществляет сбор и хранение информации о состоянии контролируемого объекта и выполняет программу функционирования систем доставки черного ящика на Землю.
В состав комплекса бортовой аппаратуры входят:
  • блок управления;
  • блок памяти;
  • батареи электропитания;
  • радиомаяки;
  • система передачи телеметрической информации;
  • бортовая кабельная сеть.
Комплекс бортовой аппаратуры непосредственно собирает и хранит данные о контролируемом объекте, управляет спуском черного ящика, обеспечивает условия для его поиска после посадки.
Система стабилизации и торможения осуществляет сход с орбиты и управляемый вход в атмосферу возвращаемой капсулы, а система спуска и посадки – доставку на Землю капсулы черного ящика и ее посадку в заданном районе.
  Весь полет, вернее, программа работы черного ящика подразделяется на 11 этапов (см. схему функционирования системы).
  1. При возникновении аварийной ситуации на борту космического аппарата (ракеты-носителя) черный ящик отделяется от контролируемого объекта.
  2. Затем производится первое включение тормозной двигательной установки черного ящика, и он направляется по траектории снижения к Земле.
  3. Наполняется газом конструкция надувного стабилизирующего устройства.
  4. Происходят разворот черного ящика, его стабилизация, определяется точка на траектории полета, в которой должен быть выдан второй тормозной импульс.
  5. Наконец, производится второе включение тормозной двигательной установки.
  6. «Мавр сделал свое дело…» – мавр может уйти. И тормозная двигательная установка отделяется от черного ящика.
  7. Вводится в действие и наполняется газом надувное тормозное устройство.
  8. Теперь можно отделить стабилизирующее устройство.
  9. Атмосфера все ближе и ближе. И наша машина уже в «объятиях» земной атмосферы.
  10. Надувное тормозное устройство с черным ящиком на борту штурмует плотные слои атмосферы – идет интенсивное аэродинамическое торможение.
  11. И вот долгожданная посадка. На зов радиомаяков черного ящика спешат вертолеты с группой поиска. Испытатели эвакуируют черный ящик и доставляют его заказчику (страховщику). Специалисты расшифровывают и анализируют информацию, выясняют причину возникновения аварии.
  Спроектированный космический черный ящик – его летная модель – в исходном положении представляет собой усеченный конус высотой полметра и максимальным диаметром, равным тоже половине метра. Время доставки капсулы в заданный район Земли от трех часов до двух – трех суток, в зависимости от параметров орбиты.
Масса черного ящика составляет пятьдесят килограммов.
– Ого! – воскликнет конструктор-проектант, борясь, как всегда, с дефицитом массы космической машины. – Овчинка выделки не стоит.
Еще как стоит! Когда на «кон» поставлены сотни миллионов долларов (а то и миллиарды!) – такова цена многих современных ракетно-космических проектов, а также престиж фирм и агентств, придется «раскошелиться» на космический черный ящик.
Ведь довольно скоро может наступить такое время, когда без космического черного ящика невозможно будет представить старт космического корабля, как нельзя сейчас отправить в полет воздушный лайнер без «черного ящика» – ярко-оранжевого цвета! – на борту.
Юрий МАРКОВ, инженер-испытатель космических аппаратов