Scienty

38 лет назад, 15 мая 1987 года, состоялось первое испытание сверхтяжелой ракеты-носителя «Энергия» — последнего советского космического гиганта. Технически проект завершился успехом, получив полностью готовое изделие, которое безупречно прошло два испытательных полета. Однако летная эксплуатация так и не началась по причинам, от него уже не зависевшим. Запуск ракеты прошел успешно, хотя и с особенностями — одним из участников этих испытаний был автор Naked Science.

Концепция сверхтяжелой системы

В 1980-х развитие космической техники продолжало гонку двух космических держав – СССР и США. Советский Союз первым отправил человека в космос и достиг впечатляющих успехов в орбитальных станциях и долгосрочном пребывании экипажей в космосе. США высадили людей на Луну и начали отправлять на околоземную орбиту экипажи из шести до восьми человек. В обоих случаях это делалось сверхтяжелой («Сатурн-5») и похожей по стартовой массе и тяге тяжелой («Шаттл») системами запуска, где «Спейс Шаттл» был в значительной мере многоразовым, теряя при запуске лишь внешний топливный бак.

СССР не добился успеха в лунной гонке, так как не довел до эксплуатации свою первую сверхтяжелую ракету Н-1 (в форсированном варианте запускавшей на орбиту определяющие 100 тонн). К 1980-м годам Луна как цель никого уже не интересовала, но расширение доступа на околоземные орбиты было актуальным. Особенно с учетом проектов пилотируемых боевых орбитальных станций, больших и тяжелых. Им требовался кардинальный выход за массовые и габаритные пределы 20-тонных блоков, доступных пуску тяжелого «Протона», из которых строились все советские орбитальные станции.

Многоразовые космические самолеты казались очень перспективными. Стоимость их эксплуатации была не столь важна по сравнению с широкими возможностями, которые открывались, в том числе для военных целей. Возможность многократного использования, размещения большого экипажа, перевозки десятков тонн грузов в космос и возвращения спутников на Землю — все это являлось весомыми аргументами за создание крылатых космических систем.

Объединение двух направлений развития в одной сверхтяжелой транспортной системе оказалось разумным и перспективным. Одна ракета могла бы выводить в космос как 100-тонные станции, так и многоразовый пилотируемый челнок такого же веса. При этом большую часть конструкции — четыре ускорителя первой ступени — можно было бы использовать повторно до десяти раз. В них предусмотрели парашюты, двигатели мягкой посадки и амортизационные стойки для приземления.

В СССР возникла сверхтяжелая транспортная космическая система «Энергия», много чем похожая на американскую систему «Спейс Шаттл», но при этом отличающаяся от неё. Как и американский челнок, она могла выводить на орбиту крылатый космический «Буран» и сохранять ускорители на парашютах. Однако «Спейс Шаттлу» не под силу было ничего сравнимого по полезной нагрузке с «Энергией», которая могла доставить на орбиту и оставить там в качестве полезной нагрузки 100-тонный модуль любого назначения, что в три с лишним раза превосходит предельные 30 тонн полезной нагрузки «Шаттла». При этом, подобно американскому челнку, могла вывести на орбиту крылатый космический «Буран».

По поводу истории создания «Энергии» существует много публикаций, но пересказ этих материалов — не наша цель. Стоит заметить, что проектирование изделия и его летные испытания — разные сферы деятельности, хотя тесно взаимосвязанные. Этому примеру можно привести авиацию: пилоты-испытатели не занимаются конструированием самолётов, но всё же высказывают свои замечания во время полёта и после завершения облёта. Испытатели ракетной техники также не являются главными конструкторами. У них есть собственная специализация, организационные структуры, техническое оснащение и алгоритмы работы.

Испытания небом

Разработка ракетных систем, достигших стадии изготовления и прошедших стендовые испытания, переходит на важный этап – летные испытания. Это сложный процесс проверки и доработки всех конструкторских решений во время запусков с заранее неизвестным результатом. Неудачные четыре испытательных запуска первой советской сверхтяжелой ракеты Н-1 являются ярким примером. В итоге разработка прекратилась, и программа завершилась. Однако вторая половина 80-х годов характеризовалась другим уровнем технологий: массовые вычислительные моделирования и большой опыт проектирования.

К 1987 году к первому испытательному запуску новой сверхтяжелой ракеты-носителя «Энергия» было всё готово. На Байконуре построили, проверили и подготовили к пуску новый стартовый комплекс. Рядом со стартовой площадкой на многие километры расположилась обширная измерительная инфраструктура космодрома, работавшая по сопровождению всех ракетных систем (и не только космического назначения), запускавшихся с Байконура.

По трассе полета по орбите размещались многочисленные измерительные пункты разного назначения и оснащения. Работу второй ступени носителя с космодрома можно плохо видеть близко к горизонту, или вообще не видеть. Особенно тяжело наблюдать завершение ее работы, которое иногда происходит в сотнях километров от старта. А у ракеты может быть и третья ступень, работу которой нужно отслеживать полностью, до финального выключения двигателя и завершения активного участка запуска.

Самые отдаленные от Байконура наземные измерительные комплексы расположены в Дальневосточном регионе. Что именно измеряют эти комплексы, неизвестно широкой публике.

Задачами любой работы с пуском являются измерение движения ракеты в космосе и мониторинг ее внутреннего состояния.

Главным результатом работы ракеты-носителя является движение полезной нагрузки.
Цель ракеты — передать ей определенный вектор скорости, который формирует последняя ее ступень.
Эта скорость должна иметь конкретную величину, направление в пространстве и быть привязана к точке с определенными географическими координатами на заданной высоте в установленное время.

Получить точно заданное сочетание параметров для скорости сложно. Даже достигнуть его невозможно практически всегда, кроме редких случайностей. Это свойство настоящего полёта.

Любая техническая система функционирует с погрешностью, с отклонением от заданной задачи. Это комплекс различных ошибок: исполнения, метода, бортовых измерений и др. Необходимо, чтобы точность работы ракеты-носителя оставалась в рамках заданных параметров. Ошибка выведения, состоящая из погрешностей скорости, ее направления, координат, высоты и времени, должна быть допустимой для выполнения полетной задачи.

Фактическое движение полезного груза ракеты, включающее в себя все погрешности работы носителя, необходимо измерить – это траекторные измерения. Выполняют их радиолокационные комплексы и другие системы, например, радиотехнические.

Основная задача испытаний – телеметрия. На борту ракеты и полезной нагрузки установлены датчики, измеряющие температуру, давление, напряжение, ток, ускорения, включая колебания высокой частоты, и другие физические величины. Данные от датчиков передаются по радиоволнам на наземные приемники, а затем поступают в комплексы регистрирующей аппаратуры для дальнейшего анализа. здесь.

Точки на территории

За береговой линией Дальнего Востока во времена СССР действовали специализированные плавучие морские измерительные комплексы. Местонахождение обеспечивало нужную географическую точку в Мировом океане для выполнения работы, аналогичной наземным измерительным пунктам. Некоторые могли выполнять и командную функцию, отправляя на борт спутника команды или устанавливая двустороннюю радиосвязь с экипажами на орбите.

В тот день функционировал ещё один измерительный комплекс — самый специализированный и необычный среди всех испытательных структур.
Расположен он восточнее других наземных точек, на Камчатке. Восточная Чукотка находится ещё восточнее и севернее; там не пролегают траектории запусков и не проводятся измерительные работы.

Камчатский испытательный комплекс, также называемый отделением научно-испытательной станции ОНИС-43, в настоящее время известен как полигон «Кура» и предназначен прежде всего для приемки боевых частей межконтинентальных баллистических ракет.

Эта задача имеет специфику, обусловленную пересечением баллистики, аэродинамики и других факторов, от сейсмических волн до функционирования ядерной начинки боеголовок. Космодромы и позиционные стартовые районы боевых межконтинентальных ракет таковых особенностей не имеют.

Своеобразие камчатских просторов

Примерно траекторные измерения движения боеголовки в атмосфере осуществляют не радиолокационными, а оптическими методами с помощью фототеодолитов, работающих на свету и инфракрасном диапазоне. По какой причине не использовать радиолокатор, как для сопровождения ракеты во время запуска? Потому что боеголовка движется через атмосферу значительно быстрее взлетающей ракеты. Воздух обтекает ее со скоростью, создавая ударную ионизацию (в некоторых местах многократную), покрывая изделие плазмой.

Этот плазменный след сохраняется продолжительное время и простирается по небу на километры. Иногда ночью при ясной погоде его можно увидеть как полоску зеленоватого свечения длительностью до двадцати секунд и более. Чаще его видны за боевой ступенью разведения, входящей в атмосферу, а боеголовка обычно слишком яркая, что ослабляет визуальное восприятие своего следа.

Ионоподобный след видится радиолокатору как отражающий сигнал объект, неточечный по своей форме. Определение точного местонахождения радара на нем труднее, чем определение положения чётко ограниченного в пространстве объекта, например ступени ракеты.

Фототеодолиты, установленные в трех пунктах на расстоянии десятков километров друг от друга, выполнят задачу методом триангуляции. Они определят угловое положение яркой точки боеголовки на небе, и это позволит установить ее местоположение в пространстве (в конкретный момент времени) с погрешностью несколько метров при удалении в полсотни километров. Однако оптические средства имеют слабость — погода. В туман и за облаками они не будут ничего видеть.

Другая система определяет траекторию на последних километрах полета с помощью радиотехнической суммарно-разностной дальномерной системы СРДС «Волна». Третья система измеряет не всю траекторию, а только точку падения по трем независимым каналам, включая сейсмическую и баллистическую волны; это сейсмо-акустическая система оперативного определения координат точек падения САС «Вулкан».

На камчатском полигоне функционируют другие необычные системы. К примеру, местная телеметрия включает специфическую систему специальной телеметрии, которая не измерительная, а регистрирующая. Эта система не измеряет физические величины, но фиксирует события в системе взведения и исполнительной системе подрыва термоядерного боевого заряда. здесь.

Это высокочувствительные антенны необычной конструкции, сильно отличающиеся от окружающего ландшафта.

— А здесь ничего обычного нет? — спросит измученный чтец. — Есть обычная телеметрия: комплекс ПРА, приемно-регистрирующей аппаратуры.

Система сопряжена с радиотелеметрической станцией БРС-4М, быстродействие которой необходимо для измерения профиля вибраций на борту цели. Вибрации могут быть килогерцовыми. Записать их можно только высокой скоростью регистрации, которая достаточно полно опишет профиль колебаний во времени, иначе не понять характера и деталей вибраций. Это универсальная система широкого профиля для проведения и регистрации самых разных измерений.

Работа по пролетной цели

Радиотелеметрические системы обеспечивают устойчивый прием сигнала на расстоянии до двух тысяч километров, если цель располагается в открытом космосе. Такая возможность связана с приближением головных частей к атмосфере через несколько минут.

Случается редко, но иногда требуется большая дальность приема сигнала при запуске межконтинентальных баллистических ракет на максимальную дальность. Максимальная дальность различается для разных типов ракет и обычно составляет 10-12 тысяч километров по ортодромии (кратчайшему пути на поверхности Земли между стартом и падением). При пусках на максимальную дальность расстояние от Байконура, Капустина Яра или Плесецка до Камчатки недостаточно, это лишь около половины пути.

При максимальной дальности запуска боеголовки и боевая ступень ракеты падают в Тихий океан, в район примерно в тысяче километров от Гавайев. Камчатский полигон ракета проходит в космосе, в сотнях (иногда больше тысячи) километров над нашей планетой. Телеметрия вполне устойчиво работает по этим целям, называемым в такой ситуации пролетными.

Можно продолжить повествование об этих событиях, но теория — это одно, а практика — совсем другое. Практика обычно вносит свои изменения. Давайте рассмотрим первый пуск «Энергии» с позиции измерительного пункта камчатского принимающего полигона.

Боевая работа

Работа по пролетной цели была назначена очередному боевому дежурству на измерительном пункте ИП-14, которое состоялось 15 мая 1987 года. Фоторегистрирующие станции ФРС-2 «Дятел» со встроенными фототеодолитами не были задействованы, так как не могли обнаружить цель в космосе. Телеметрические станции работали обычным образом, но по необычной цели.

Зрение телеметрических антенн «Жемчуг-М» высокочувствительно, но узко по дальности приема. Цель, обычно боеголовка с идентификационным номером запуска, излучает сигнал слабо из-за сферического распространения и малой мощности бортового передатчика. Где и как в небе пройдет боеголовка — неизвестно такой высокоточной антенне для наведения. Для этого работает баллистический центр. По проекту запуска он рассчитывает для всех измерительных пунктов траекторию полёта и падения цели. Центр указывает каждому наблюдателю время видимости цели в его поле зрения.

За несколько дней до пуска на измерительный пункт поступает целеуказание — ЦУ. Это секретный документ, занимающий много страниц, где детально описано расчетное баллистическое положение всех целей (у ракеты 15А18М могло быть до четырнадцати боевых блоков в идущем в небе боевом ордере; в залповых пусках нескольких ракет их ещё больше) над местным горизонтом в последовательные моменты полетного времени. Расчетные азимут, угол места и удаление каждые десять секунд, когда цель еще далека и перемещается медленно. Потом каждые пять секунд; и каждую секунду, когда цель приближается с наибольшим смещением.

В соответствии с задачами перед тренировкой за день-два до боевого дежурства антенны наводятся в нужные точки неба по назначенной цели. По этим же указаниям ведется боевая работа: в заданное время антенны установлены под заданными углами к горизонту (угол места) и северу (азимут), управляемые операторами станции. В этом случае они видят цель в центре поля зрения (диаграммы направленности антенны) и внимательно прослушивают ее сигнал издалека.

Испытатель Петров, готовности и ТВС

Петров, как обычно, посмотрел на цифры в только что пришедших ЦУ и обнаружил удивительное. Азимуты по направлению к цели менялись. Начавшись с обычного северо-западного направления прихода боеголовок, они продолжали отклоняться всё дальше на север, а затем, вместо того чтобы остановить движение, повернули на восток и постепенно ушли к югу.

Петров впервые увидел в целеуказаниях азимуты 90 градусов и выше. Цель как обычно подлетала к полигону, а затем неожиданно уходила дальше, в океан, сначала на восток, потом на юг. Это говорило о предстоящей работе по пролетной траектории.

С Байконура запускали что-то. Тип ракеты именовался стандартным буквенно-цифровым индексом, для данной задачи не уточнялся, было только слово «изделие». Подготовка началась по обычной схеме, в вечернее время.

Готовность представляет собой дискретные временные интервалы, предшествующие пуску. Длительность этих интервалов различна. Готовности имеют строго определенную последовательность и во время боевых действий доводятся до сведения всех участников по специальной связи секретным документом. Начало задается четырехчасовой готовностью. Каждая готовность немедленно сообщается всем средствам, участвующим в работе.

После этого станции должны подтвердить готовность к работе. Общий доклад о готовности пункта направляется далее в центр. В нем не только измерительные средства, но и станция ПП СЕВ, питающая их точным миллисекундным временем, ДЭС – дизельная электростанция, обеспечивающая большой поток энергии измерителям, узел связи и прочие структуры. Готовность три часа сменяется двухчасовой и часовой; в целом это пока вольготное время для операторов станций.

С часовой готовности начинается главная фаза событий. Готовности увеличиваются: следующей объявляется получасовая. В приоткрытые форточки аппаратных комнат, где размещены измерительные станции, доносится затихающий гул турбовинтовых двигателей. Самолеты со специальной аппаратурой спецконтроля пролетели в направлении своей зоны работы в небе. После получасовой наступает готовность 15 минут. Все заняли свои места, отлучаться запрещено. На центральный пост поступает и доводится на него 10-минутная готовность. Через пять минут объявляется последняя, пятиминутная готовность.

Через пять минут все ожидают: центральный пост, операторы ФРС, телеметристы. Время течёт. Минута. Другая. Третья. Нужен главный сигнал о начале. Никто не нервничает, не барабанит пальцами и не совершает бессмысленных жестов. Все готовы к сигналу, а дальше — как ляжет судьба, точнее, где упадут боеголовки. Может быть, ничего вообще не прилетит, как уже бывало.

Люди, занятые боевой работой, соберутся и будут готовы осуществить запуск, как и при предыдущих подобных случаях. Ведь многим это знакомо.

Прибытие к точке запуска в виде микроскопического ТВС — это время старта, привязанное к московскому времени. Оно измеряется как разрыв контакта подъема изделия со стартовой установкой. Эта информация поступает в течение получаса от расчетного нуля при успешном запуске. Цифры означают, что ракета начала свой полет с любой позиции: стартового стола космодрома, шахты позиционного района, колесной машины или подводной лодки — контакт подъема разомкнулся. Зачем и кому нужны эти секунды и миллисекунды?

ТВС заводится в программы положений антенн в небе. Сейчас они направлены на горизонт, в точку будущего радиовосхода цели; но отсчет идет уже по фактическому полетному времени, а не расчетному. Иногда антенны заранее направлены чуть выше горизонта, на градус, потому что в момент баллистического восхода цели (пересечения ею горизонта) ее еще совсем не слышно. Подъем над горизонтом означает приближение цели и начала устойчивого приема ее сигнала. Первым, к кому поступало ТВС, был Петров. Но зачем мы так подробно сосредоточились на этом ТВС? Потому что оно всё не поступало.

Пуск с переносами

После готовности вместо получасовой работы назначили перерыв на час.
Переносы работ – обычная практика; прекращение боевой работы случается реже, а переносы – чаще. Причины для перевода бывают различными и препятствуют результативному пуску. Результат необходимо измерить; без измерения нет оценки пуску, и он становится бессмысленным. Переносятся как задачи запуска, так и работа принимающего полигона.
На нём может быть плохая погода, и оптические средства не будут работать. Иногда это важно, а иногда нет, если их не используют, как в этой работе. Сейчас перенос пуска назначен из-за старта на Байконуре.

Часа переносили, проблема разрешалась. Если нет — еще один час ожидания, новая часовая готовность. Время ожидания и боевой работы уходило до часу-двух ночи. Случалось не часто, но случалось. Так было и в этот майский вечер. После первого переноса последовал второй на час. За ним третий. Вечер плавно перешел в ночь следующих суток, 16 мая. К четырем часам утра расчеты станций и дежурная смена технического здания стали осоловевшими. Переносы все продолжались, каждый раз на час.

Восход солнца ознаменовал наступление утра. Майские снега сверкали под теплым лучами, вышедшими из-за горизонта. Хорошо, что оптические приборы не работали — им пришлось бы менять ночные светофильтры на более мощные дневные из-за смены освещения. В шесть часов утра прошла получасовая готовность, за ней все короткие, включая пятиминутную.

После половины седьмого утра, после долгой ночи ожидания в готовности, аппарат спецсвязи начал выстукивать: «ВС. ВС. ВС.» («Внимание, Сигнал!» — прим. автора). Старт произведен. ТВС 21 час 30 минут … секунд … миллисекунд. Боевые действия вошли в главную фазу реального выполнения задачи.

Цель, оставшаяся суборбитальной

В это время «Энергия» стремительно разгонялась в темнеющем небе над казахстанской полупустыней, отбрасывая огромную струю смешанного кислородно-керосинового пламени и раскалённого водяного пара. Стартовая тяга работающих боковых ускорителей и двигателей второй ступени достигала 3425 тонн, примерно соответствуя стартовой тяге ракеты «Сатурн-5». Через два с половиной минуты керосиновое пламя боковых ускорителей погасло, и они отделились от продолжавшей работать второй ступени. Дальше ракета шла на чисто паровой тяге. Спустя восемь минут после старта ступень выключила двигатели.

Ракета «Буран», предназначавшаяся для запуска с низкой орбиты «Энергией», внешне была похожа на американский «Шаттл» и повторяла его проверенную полетами баллистику выхода на орбиту. Главные двигатели «Шаттла» отключались перед достижением орбитальной скорости, а оставшийся прирост скорости обеспечивался двигателями орбитального маневрирования. Это позволяло сбросить большой внешний топливный бак на суборбитальной траектории, что приводило к быстрому и неизбежному входу бака в атмосферу в расчетной зоне.

Поставить его на орбиту потребовало бы отдельной операции, сведения с помощью двигателей торможения. Риск отказа этого торможения грозил неуправляемым падением большой конструкции в непонятном месте и в непредсказуемый момент времени. На суборбитальной траектории же с баком ничего делать не нужно — две силы: гравитация и сопротивление воздуха, всё само собой сделают.

Пара «Энергия» — «Буран» действовала аналогично: на орбиту не выводилась вторая ступень, а «Буран» поднимался на орбиту с помощью своих двигателей маневрирования. Такая баллистика использовалась и при запуске другой полезной нагрузки, которая должна была добираться до орбиты своими двигателями. Первый запуск осуществлялся именно таким образом.

«Энергия» успешно провела запуск. Была запущена боевая лазерная орбитальная станция «Скиф-ДМ» (с надписями «Полюс» и «Мир-2»), размером 37 метров и массой почти 80 тонн. Новая полезная нагрузка, испытывавшаяся впервые, не смогла выполнить задачу запуска из-за отказов в системе ориентации. «Скиф-ДМ» не смог увеличить свою скорость до орбитальной и остался на суборбитальной траектории, ведущей в атмосферу.

К семи часам утомившая всех штуковина пролетела неподалеку от полигона там, вверху, по своей космической траектории. Измерительный пункт, созданный и предназначенный для работы с суборбитальными объектами, выполнил свою задачу по орбитальной цели. Но цель словно подчинилась природе полигона и стала суборбитальной, несмотря на свою задачу. Полезная нагрузка постепенно погрузилась в Тихий океан, тем самым закончив пуск.

Измученные телеметристы направились в часть. Измотанный Петров не спросил о причинах принятия сигнала и остался продолжать работу в техническом здании до прихода утренней смены.

Переменив караул и прибыв на место, ночная смена даже не пошла завтракать, сразу же улеглась спать и погрузилась в глубокий сон. И только отдохнув после боевой ночи, все узнали из теленовостей о успешном запуске новой ракеты-носителя «Энергия» в Советском Союзе.

В когорте испытателей сверхтяжелых ракет

Все специалисты, участвовавшие в пуске, состоящие из команд стартовой площадки, других команд космодрома, дежурных смен и расчетов станций измерительных пунктов, вошли в редкую категорию участников летных испытаний сверхтяжелых ракет. Таких испытаний в истории космонавтики было всего 16, все прошли в двух странах: СССР и США.

В СССР осуществили шесть летных испытаний сверхтяжелых систем: четыре запуска Н-1, все неудачные, и два успешных пуска «Энергии». В США к летным испытаниям сверхтяжелых ракет относятся два первых пуска ракеты «Сатурн-5» (в 1967 и 1968 годах) и восемь пусков системы «Старшип» за последние два года (апрель 2023 года – март 2025 года).

Из всех сверхтяжелых систем судьба «Энергии» оказалась самой необычной. Советская «Н-1» не заработала, потерпев ряд неудач в пусках. Американская «Сатурн-5» успешно прошла испытания и стала использоваться для полетов. «Старшип» Илона Маска всё еще проходит испытания и пока не достиг полного успеха, открывающего путь к штатным полётам. «Энергия» после двух полностью успешных испытательных пусков так и не перешла к эксплуатации — причина этому была не связана с ракетой и её испытаниями.

Развитие истории шло отдельно от проекта «Энергия». Причины отсутствия «Энергии» в дальнейшем развитии космонавтики России, а также направления ее эволюции — тема для отдельного повествования.

Каждый воспринимает и вспоминает события по-своему. Петров запомнил этот день, этот пуск, один из многих, в которых ему приходилось работать. Этот отличался самобытным характером и непревзойденной длительностью боевой работы. Ещё и редкой категорией летных испытаний сверхтяжелой ракеты, участником которой остаются навсегда.