Как работала советская технология слежки за ракетами и боевыми спутниками

Может быть, об этом банально говорить, но весь смысл полёта инженерной мысли в те времена объяснялся двумя фразами — "холодная война" и "космическая гонка". После запуска искусственного спутника Земли в 1957 году посреди всеобщего восторга от осознания эпохального события в истории человечества на Западе ощущалась с трудом скрываемая тревога.

А потом полетели другие спутники, и право на беспокойство получили обе стороны — и СССР, и США. Запуск с той стороны Атлантики военного спутника, который должен выполнить свою боевую задачу уже на первом витке полёта (то есть во время первого оборота вокруг Земли) — это возможность, которую нельзя было исключать. Но вот отследить его вовремя поначалу было практически невозможно: слежка за космическими аппаратами велась из нескольких наземных пунктов, из-за этого измерения шли долго, данные о движении объекта удавалось получить к тому времени, когда он уже успевал сделать несколько кругов вокруг Земли.

Именно поэтому ещё в 1962 году специалисты советского НИИ-885 (ныне это РКС — "Российские космические системы") разработали совершенно новую систему точного и оперативного отслеживания космических аппаратов. И не только отслеживания, но и управления ими по радиосвязи. Теперь, спустя 60 лет, в РКС решили поделиться выдержками из 300-страничного уникального документа, в котором подробно расписан эскизный проект высокоточной системы. С её помощью можно было, например, определить орбиту ракеты во время её запуска с полигона, местоположение и траекторию боевого спутника, навести истребитель вражеского аппарата на цель. В общем, звёздные войны.

Одним из главных преимуществ этой системы было то, что следить за аппаратом в космосе можно было с одного наземного пункта. Благодаря этому уже на первом витке, когда спутник выходил на круговую орбиту высотой примерно в 300 километров, эта высота определялась с точностью до километра, а движение вдоль орбиты и смещение в сторону от неё отслеживалось с точностью до трёх километров.

Как объяснил Лайфу ведущий научный сотрудник Института космических исследований РАН Натан Эйсмонт, для полноценного наблюдения и управления всё равно лучше иметь несколько пунктов, но дело было в том, чтобы получить хоть какую-то информацию как можно быстрее.

— Траектория аппарата определяется шестью параметрами. Плюс время. Один наземный пункт мог измерить всего два параметра: дальность и скорость изменения дальности. То есть за короткий срок вы вместо шести параметров получаете два. На том технологическом уровне, который тогда имелся, достигался максимум, который можно было потребовать, — рассказал учёный.

Кстати, скорость объекта в космосе определяли (и до сих пор определяют) по принципу эффекта Доплера. Он заключается в том, что если спутник летит в сторону радара, то частота испускаемых им радиоволн увеличивается. Чем быстрее летит, тем больше увеличивается. А если от радара, то, соответственно, уменьшается.

А для управления предусмотрено было одновременно использовать и наземную систему, и бортовую аппаратуру. Притом спутник сам должен был выходить на связь заранее.

В целом радиосвязь обеспечивалась на расстояниях до 2500 тысяч километров при высоте полёта от 150 до 1500 километров. А за счёт очень узконаправленных антенн с самонаведением планировали в перспективе и удвоить дальность действия системы. Даже в случае потери спутником ориентации связь не терялась, разве что уменьшалась дальность и точность измерений.

Но дело в том, что всё это пригодилось не только для задач космической безопасности, но для того, ради чего и затевалась космонавтика на самом деле: ради стремления человечества покинуть свою колыбель. Изначально эту советскую технологию хотели использовать в советской лунной программе, а именно (для начала) — для управления кораблём "Л-1", который должен был облететь вокруг Луны ещё в конце 1960-х годов с двумя космонавтами на борту. Но, к сожалению, испытания затянулись, было много аварий, в итоге американцы опередили Советский Союз, и советская программа была закрыта. Но было ещё одно принципиально важное дело для СССР как космической державы — запустить в околоземное пространство пилотируемую космическую станцию.

По установившейся традиции, первоначально была поставлена оборонная задача, а именно — построить военную станцию "Алмаз", по сути — наблюдательный пункт на орбите. В рабочем отсеке от пола до потолка расположен телескоп, в который можно наблюдать (и фотографировать) хоть лесные пожары, хоть перемещения войск и боевой техники. Само собой, окружающее околоземное пространство тоже обозревается. Станция была рассчитана на экипаж из трёх человек.

Так вот, была такая проблема: разработчики станции — Конструкторское бюро Челомея — были горячими сторонниками того, чтобы она не собиралась из нескольких частей, а была, так сказать, целиковая. Но в качестве такой единой конструкции вместе со всем в ней необходимым она рисковала не поместиться в ракету "Протон", на которой её надо было запускать.

Сергей Королёв выступал за модульность. Спор разгорался, а меж тем близился XXIV съезд КПСС: правительство дало установку продемонстрировать миру новый космический прорыв именно к этому торжественному событию.

И в этот момент лётчик-космонавт и инженер-разработчик космической техники Константин Феоктистов предлагает такое решение: запустить сначала станцию в том виде, в каком это позволяют возможности ракеты-носителя, а потом отдельно отправить в космос корабль "Союз" и пристыковать его к станции уже на орбите. Он таким образом дополнял станцию всем, чего в ней не хватило, и расширял диапазон её возможностей. Так родилась концепция первой в истории орбитальной станции, она получила название "Салют-1". Сначала, правда, решили "Зарёй" назвать и даже надпись такую уже нарисовали, а потом опомнились, что у китайцев уже есть космический аппарат с этим именем. Так и отправили в космос 19 апреля 1971 года: на станции написано "Заря", а в истории значится как "Салют".

Но это не так уж важно. Важно то, что как раз для стыковки на орбите и пригодилась высокоточная система радиотехнической связи, поскольку стыковка — это процесс, который по уровню сложности находится, как выразился Натан Эйсмонт, "на краю технологических возможностей".

— Для управления космическим аппаратом нужно контролировать 6 параметров, для стыковки к ним добавляются ещё 6 параметров ориентации: 3 — скорости и 3 — угла, за ними тоже нужно следить. И при этом нужно управлять сразу двумя объектами. Поэтому, если говорить о тех, кто всё это разработал, то это, конечно, по тем временам, безусловно, выдающееся достижение, — отметил Натан Эйсмонт.

Та самая первая стыковка в итоге не удалась: штырь вошёл в конус, но не до конца — и на станцию не перейдёшь, и штырь уже просто так не отцепишь. А если его просто снести пиропатронами, это катастрофа для станции: потом к ней уже ничего не пристыкуешь. В итоге экипаж (Владимир Шаталов, Алексей Елисеев, Николай Рукавишников) выполнил очень сложную электрическую схему расстыковки и благополучно вернулся на Землю.

Как подчеркнул ведущий научный сотрудник ИКИ РАН, на этапе сближения станции и "Союза" система сработала на отлично, а неудачи на первых этапах — в космонавтике вещь неизбежная. Важен итог, а итог таков, что разработанные в СССР космические технологии до сих пор используются по всему миру, на них основаны многие зарубежные радиотехнические системы.