Главная деталь ответной части, находящейся на станции, — приемный конус с гнездом, в которое должен попасть штырь. Сразу точно попасть в гнездо трудновато. Поэтому для облегчения дела перед гнездом расположен металлический конус. Наливая воду из чайника в бутылку, легко промахнуться мимо узкого горлышка, но если вставить в бутылку воронку (а она обычно делается в форме конуса), то струя воды, ударив в стенку воронки, затем неминуемо попадет в горлышко. Так и в стыковочном устройстве: достаточно попасть штырем в конус, и форма воронки сама загонит штырь в гнездо.
Мы не случайно только что сказали, что струя воды ударяет в стенку воронки. Так и для двух космических кораблей любая стыковка начинается с удара. Существует целая наука, называемая теорией удара, без которой разработать систему стыковки в космосе невозможно.
Чтобы сделать удар как можно слабее, надо уменьшить скорость сближения. Соударение штыря и конуса начинается с касания. В этот момент относительная скорость корабля и станции очень мала — обычно около 10 сантиметров в секунду, но не более 35 сантиметров в секунду. Касание и есть первый момент стыковки.
Главное сделали — попали! На конце штанги находится головка, вроде кулачка. На головке сделаны четыре защелки, которые зацепляются в гнезде. Как будто кулачок раскрылся и пальцы зацепились за гнездо. После того как взаимные колебания успокоятся, штанга начинает втягиваться и обе сцепившиеся части стыковочного устройства все плотнее и плотнее прижимаются друг к другу. Это одна из сложных операций, которую надо выполнить. Если ее проделать аккуратно, то стык окажется герметичным благодаря механизму его герметизации, который располагается на стыковочном шпангоуте (еще один морской термин!): он сделан в виде металлического кольца. Такое же кольцо находится и в стыковочном механизме станции. На каждом шпангоуте по восемь замков. После стягивания замки шпангоутов защелкиваются. Объединяются электрические цепи и другие коммуникации корабля и станции.
Специальные резиновые уплотнения не дадут воздуху выходить из корабля и станции. Но герметичность стыка надо проверить с помощью датчиков. И когда космонавты убедятся, что воздух не вырвется наружу, можно открыть внутренние люки и спокойно перейти через внутренний тоннель с корабля на станцию. Процесс этот долгий, занимает около двух часов. Поэтому журналистам, коллегам и родным космонавтов, иностранным гостям, руководителям космической отрасли и другим важным персонам, которые сейчас в ЦУПе внимательно следят за информацией на больших экранах, придется запастись терпением. Но вот, наконец, один из наиболее ответственных этапов полета успешно завершен.
А когда космический корабль уходит от станции, направляясь обратно на Землю, все проделывается в обратном порядке: люки закрываются, замки открываются, штанга выдвигается, штырь и гнездо расцепляются, пружинные толкатели отталкивают корабль от станции, космические аппараты расстыковываются.
Нештатные ситуации при стыковке
Но не всегда стыковка проходит гладко.
19 апреля 1971 года на орбиту была выведена первая орбитальная станция «Салют», и через несколько дней к ней стартовал космический корабль «Союз-10» с первой экспедицией в составе Владимира Александровича Шаталова, Алексея Станиславовича Елисеева и Николая Николаевича Рукавишникова. Корабль пристыковался к станции, но из-за повреждения стыковочного агрегата корабля во время стыковки космонавты не смогли перейти на борт станции.
В 1977 году космонавты неправильно оценили взаимное положение корабля и космической станции. Когда попытка стыковки не удалась, экипаж решил осуществить следующую вне зоны радиовидимости, то есть без связи с ЦУПом. Но не получилось. Штырь коснулся корпуса станции, но в гнездо не попал. Выяснилось, что топлива едва-едва хватает на посадку. Земля приказала экипажу возвращаться.
А за три года до того ошибся уже не человек, а автоматика. В 1974 году корабль «Союз» летел к космической станции. Когда корабль был на расстоянии всего 360 метров от нее, автоматическая система сближения должна была переключиться на другой режим работы. Она и переключилась, но неправильно определила расстояние: 360 метров «приняла» за 36 километров. На такой дальности двигательная установка разгоняет корабль до большой скорости. И вместо того чтобы приближаться к стыковочному узлу медленно и аккуратно, корабль набирал скорость с риском врезаться в станцию и повредить ее. Экипаж сумел затормозить корабль, но не понял, в чем причина такого неправильного поведения автоматики, и повторил попытку стыковки. Нештатная ситуация в точности повторилась. А затем и еще раз. Произошел перерасход топлива. Еще немного, и его не хватило бы для посадки. Пришлось отказаться от стыковки и возвращаться на Землю.
Когда осуществляли стыковку модуля «Квант» со станцией «Мир», возникла нештатная ситуация. Уже казалось, стыковка прошла успешно, но экипаж доложил, что стягивание модулей выполнено не полностью. В чем дело? Чтобы выяснить это, космонавтам пришлось выйти в открытый космос. Они обследовали стыковочный узел и нашли там… мешок! В нем были использованные средства личной гигиены. Предыдущий экипаж перед расстыковкой, закрывая люк, не проконтролировал как следует результат. И крышка люка защемила мешок. Вот так от каждой мелочи в космосе зависит успех или неуспех большого дела.
К очень серьезным последствиям привела неудачная стыковка грузового корабля «Прогресс» к «Миру» в 1997 году. Надо сказать, что режим стыковки был очень сложным: на грузовом корабле стоит телекамера, которая показывает, как он сближается со станцией, а космонавт, находящийся на космической станции, видит передаваемую картинку и вручную стыкует корабль, как будто он сам находится на нем. Но в нужный момент скорость не погасилась до требуемой величины. Космонавт попытался увести корабль в сторону, чтобы избежать столкновения, но времени уже не оставалось. Корабль врезался в один из модулей со скоростью три с половиной метра в секунду. Произошла разгерметизация. Экипаж закрыл люк в модуль навсегда, больше он никогда не использовался.
Как отмечают стыковку
Экипаж на станции тепло встречает прибывших в их космический дом. Объятия, приветствия, возгласы восторга от увиденного, расспросы о том, как там, на Земле… Невероятная вещь — встретить близких даже не в чужом городе на другом континенте, а в бесконечном космосе! Нередко после первой, абсолютно искренней встречи прибывшему экипажу показывают, где установлена телекамера и куда нужно смотреть. Экипаж возвращается в корабль, затем торжественно открывается лишь прикрытый для виду люк, раздаются радостные возгласы, и оба экипажа передают картинку встречи на Землю.
Конечно, «накрывают стол». Как положено, именно за столом ведут свои рассказы космонавты, постоянно перебивая друг друга все новыми и новыми вопросами. Прибывшие передают коллегам письма с Земли. Хорошим подарком будут свежие овощи и фрукты — например лук, лимон, яблоко. По понятным причинам много их на орбиту не привезешь.
Но прежде необходимо пройти по маршруту срочного покидания станции, то есть провести первую тренировку на борту. А если происходит смена кораблей, то и перенести свои индивидуальные ложементы в тот корабль, на котором и будет происходить покидание. Наконец космонавтам находят места для отдыха и дают поспать.
А на Земле, в ЦУПе полно людей: журналисты, друзья и родные космонавтов, руководители космических агентств и другие важные персоны. Они приезжают заранее и внимательно следят за тем, что показывают на больших экранах в течение нескольких часов, включая время от проверки герметичности стыка до трансляции встречи экипажей.
По традиции празднуют не успешный старт (это допустимо только для тех, кто был на космодроме и только лишь на Байконуре, а также в самолете на обратном пути в Москву). Празднуют именно стыковку, потому что, если стыковка не состоится, задание будет сорвано — что же тут праздновать? После успешной стыковки любой космонавт может прийти в дом к любому члену экипажа. Там обязательно накрыт стол. Там рады любому неравнодушному к свершившемуся гостю. Нередко бывает так, что жены членов экипажа, чтобы не разлучаться в этот важный день, снимают кафе в Звездном городке и приглашают всех отметить успешную стыковку. Так получается даже лучше, потому что приходят очень многие, а в нынешних квартирных условиях космонавтов принять такое количество людей не просто.
«ВСЕ БУДЕТ НЕ ТАК»
Невесомость
Замечательный афоризм, вынесенный в заголовок, принадлежит космонавту Владимиру Афанасьевичу Ляхову. Он оставил записку с этими словами на станции «Мир» в назидание следующему экипажу. Действительно, в космосе очень многое не так, как на Земле, и первое, что вносит непохожесть, — невесомость.
В корабле слишком мало места, чтобы космонавты могли почувствовать приятные стороны невесомости. Пока они только привыкали к ней, а некоторые могли испытать признаки болезни движения. Переход из корабля на станцию космонавт воспринимает как резкое расширение пространства чуть ли не до безграничных (хотя это далеко не так) размеров. В первые секунды такое расширение может даже вызвать неприятные ощущения. Но затем космонавт начинает осваивать невесомость, как ребенок учится ходить.
Пожалуй, невесомость — самое романтическое в космонавтике (для тех, кто смотрит на нее со стороны). Когда по телевизору показывают орбитальную станцию и экипаж, видно, как космонавты «плавают» внутри космического дома, перелетают из отсека в отсек, отталкиваясь от стенок. Но это не значит, что гравитационное притяжение исчезло. На космической станции, летающей на высоте 350 километров, ускорение свободного падения всего лишь на 10 процентов меньше, чем на поверхности Земли, и составляет 8,8 м/с2. На космической орбите притяжение Земли и скорость, с которой летит станция, складываясь друг с другом, приводят к тому, что любое тело беспрерывно падает, но никак не может упасть. И получается, что веса нет. А значит, корабли, орбитальные комплексы, спутники, вся аппаратура и предметы, расположенные в них, и, конечно, люди перестают что-либо весить. Научно говоря, весомость становится равной нулю.
Невесомость можно назвать свободой от всяких сил. Но за всякую свободу приходится платить. Эта плата — космическая болезнь движения, о которой мы уже говорили. Частично свободу от силы тяжести можно ощутить в бассейне. Если лечь на воду и закрыть глаза, можно представить себя парящим в невесомости. Кстати, именно в бассейне космонавты привыкают к силе тяжести после невесомости.
У человека есть совершенно удивительный «прибор», с помощью сигналов которого о весомости мозг управляет мышцами и конечностями тела, то есть координацией движений. Этот «прибор» — вестибулярный аппарат. Когда мы идем по улице, вертя головой, он дает сигналы для ходьбы, и мы даже не задумываемся об этом. Более сложный случай — гимнаст, исполняющий свою программу на брусьях либо на перекладине. Вестибулярный аппарат легко справляется и с этим. На участке выведения на орбиту космонавт чувствует «сверхвесомость», то есть перегрузку. А вот когда он оказался на орбите, вестибулярный аппарат попадает в совершенно непривычные для него условия, но и тут он привыкает, настраивается и продолжает надежно служить человеку.
Еще в 1911 году (за пол века до полета Юрия Алексеевича Гагарина) К. Э. Циолковский писал о том, что в условиях космического пространства человек будет иначе смотреть на окружающие вещи, по-другому двигаться, ощущать время и пространство.
Когда Ньютон, глядя на падающее яблоко, открыл закон всемирного тяготения, он думал и о яблоке, и о Земле, и о других неодушевленных телах. Даже в задачах, где одним из тел был человек, он для него считался всего лишь «падающим объектом», таким же, как остальные. Ньютоновская механика не занимается внутренним состоянием свободно падающего космонавта. А это состояние как раз и описывается понятием «невесомость», которая не только необычна для человека, но и неестественна. И вот уже космонавт перестает быть просто механическим объектом ньютоновской механики, но становится и сложным организмом, реагирующим на исчезновение весомости как весьма приятными, так и малоприятными ощущениями.
Одной из таких реакций оказывается нарушение координации движений. Любое наше действие контролирует мозг. Именно мозг дает сигнал ногам при ходьбе, он управляет нашими мышцами, ему подчиняется все тело. Для каждого движения есть свой сигнал, который и регулирует это движение, то есть заставляет наше тело двигаться именно так, как мы хотим. В первые дни полета координация движения у космонавта нарушается. Это сказывается прежде всего на мелких движениях, которые требуют больше усилий от мозга и меньше — от мышц. Чтобы осознать, как надо действовать, приходится пробовать и ошибаться. В космосе не нужно прикладывать много силы и к этому надо привыкнуть.
Однажды на станции «Мир» проводили эксперимент, в котором участвовал цыпленок. Птенца выпустили «поплавать» по орбитальному комплексу и наблюдали за тем, как он себя поведет. Малыш начал забавно кувыркаться в воздухе, махать крылышками, перебирать лапками и от этого постоянно крутился. Если человека, который только что оказался на космической станции, взять за пояс и оставить посреди модуля, чтобы он не мог дотянуться ни до одной панели, он будет барахтаться точно так же. Но человек почти мгновенно находит самый подходящий способ передвижения по станции — перелеты от одной точки, где можно зафиксироваться, к другой. Такие перелеты требуют формирования некоторого навыка, который приходит с опытом. Отталкиваться нужно кончиками пальцев и очень легко. Сильный толчок дает большую скорость перемещения и требует дополнительных усилий для остановки (хорошо еще, если не получишь травму, ударившись о твердый предмет или фрагмент конструкции). Но при слишком слабом отталкивании космонавт может не достигнуть точки назначения и зависнуть в большом объеме, где не от чего будет оттолкнуться.