Еще одна такая же станция, получившая имя «Салют-3», была выведена на орбиту, но предполагаемая стыковка с ней космического корабля «Союз-15» не удалась также из-за автоматики. На этот раз система стыковки «Игла» неправильно воспринимала расстояние. Когда до станции было 350 м, автоматика решила, что расстояние равно 20 км. Как раз с такого расстояния режим работы должен переключаться на стыковку по методу параллельного наведения. Космонавты включили «Иглу», когда дистанция была намного меньше. Автоматика подумала, что станцию необходимо догонять, и включила двигатели на максимум. И с большой относительной скоростью корабль пролетел мимо «Салюта-3». По счастливому стечению обстоятельств аппараты не столкнулись. Космонавты Геннадий Сарафанов и Лев Дёмин не сразу сообразили, что произошло. Они развернули корабль и дали автоматике еще одну попытку. Результат был тот же – «Салют-3» и «Союз-15» с большой скоростью пролетели мимо друг друга, чуть не столкнувшись. Космонавты еще раз развернули корабль, и третья попытка тоже провалилась. Топлива на четвертую попытку или стыковку в ручном режиме уже не было. Космонавты вернулись на Землю, даже не подлетев к месту своей миссии. Инженеры проблему в автоматике исправили, сохранив ручной контроль действий машины. Если бы космонавты сразу обратили внимание на проблему и отключили автоматику, провести стыковку в ручном режиме было бы несложно.
За ориентацию и положение кораблей и ракет в пространстве чаще всего отвечают специальные гироскопы. Если заставить вращаться такой предмет, то потом ось его вращения не будет менять свое положение в пространстве. За это отвечает закон сохранения момента импульса. Этот эффект легко пронаблюдать у вращающейся юлы и у Земли. Ось волчка направлена вверх, а ось нашей планеты – на Полярную звезду. Времена года, положения звезд, Солнца и Луны меняются, люди учатся, создают семьи, меняют адреса, а ось смотрит на Полярную звезду. Вращающийся волчок тоже как планета. Его ось будет всегда направлена на его собственную Полярную звезду, а какую конкретно – можно выбрать, раскрутив его в нужном направлении. Если взять волчок в ракету, то, взглянув на ось его вращения, мы сразу поймем, где наша точка отсчета (Полярная звезда) и в каком положении относительно нее находится ракета, как бы она ни кувыркалась. Собственно, так работает простейший гироскоп.
Даже если на вращающееся тело действует некая сила, например сила тяготения, то ось начинает двигаться, но не абы как, а особым образом по кругу. Это движение называется прецессией, и ее тоже можно использовать для ориентации и навигации. С этим прибором связана ошибка первого срабатывания системы аварийного спасения (САС).
В систему входят датчики, двигательная установка и парашюты для посадки. Датчики регистрируют аномальное поведение ракеты-носителя, а двигательная установка, подобно катапульте, в случае угрозы отбрасывает спускаемый аппарат с космонавтами от ракеты-носителя. САС – важнейшая и необходимая для безопасности космонавтов система, которая спасла три экипажа. Она срабатывает в случае ручного запуска, резкого повышения температуры или при сильном отклонении от курса (более 7°) – например, если ракета будет наклоняться на стартовом столе или крениться в полете. Но однажды эта система, наоборот, стала причиной аварии.
Двигательная установка САС
14 декабря 1966 года с космодрома Байконур предполагался запуск беспилотного корабля «Союз 7К-ОК № 1». Во время старта после команды «Зажигание» двигатели заработали, но не на полную мощность, и ракета оставалась неподвижной на пусковом столе. Было принято решение остановить запуск, и инженеры отключили двигательные установки. На стартовом комплексе возникло небольшое возгорание, которое довольно быстро потушили. Начался процесс слива топлива. Тем временем САС продолжала работать и фиксировать положение ракеты в пространстве. Приблизительно через полчаса вследствие естественного вращения Земли ракета (впрочем, как и сам космодром) поменяла свое положение в пространстве. Гироскоп САС воспринял это как отклонение от вертикали и заваливание ракеты и дал команду на срабатывание системы. Запустились реактивные двигатели, и пламя от их сопел вызвало возгорание верхней (третьей) ступени. Огонь быстро распространился до первой ступени, и в итоге ракета взорвалась. Сами спускаемый аппарат и бытовой отсек с помощью штатно отработавшей САС были подняты на высоту около километра, где произошло отделение спускаемого аппарата, который спустился на парашюте.
Еще одна ошибка из-за вращения Земли, точнее, из-за смены дня и ночи, произошла при посадке корабля «Союз ТМ-5» с советским космонавтом Владимиром Ляховым и космонавтом Афганистана Абдулом Ахадом Момандом на борту. Маневр ориентации проходил, когда космический аппарат пролетал над границей дня и ночи. Инфракрасный вертикал ищет Землю по ее инфракрасному тепловому излучению и дает двигателям команду развернуться к планете. Днем и ночью интенсивности излучения от планеты заметно различаются, и датчик дал бортовому вычислителю два различных показания среднего значения интенсивности излучения для определения уровня фона и помех. На саму ориентацию эти данные не влияли, но компьютерная программа был написана так, что она выдавала ошибку в случае получения любых сильно отличающихся друг от друга показаний. В итоге двигатель не включился вовремя, и по инерции корабль перелетел нужное место посадки (об этой проблеме данного полета подробнее рассказывается в главе «Орбиты, инерция и гравитация»). На Земле быстро написали новую временную последовательность для возвращения на Землю, но в программе была ошибка. Бортовой компьютер взял из памяти другую временную последовательность, сделанную еще для предыдущего корабля, но в данном случае она не работала. Космонавтам пришлось все делать вручную. Пока они возились, автоматика, посчитав, что уже идет непосредственно посадка в атмосфере, дала команду на запуск таймера, по завершении отсчета которого произойдет отделение приборно-агрегатного отсека с двигателем. Это могло стать концом. Если бы двигатель отделился, то космонавты никак не смогли бы вернуться на Землю, прежде чем у них бы кончился кислород для дыхания. С учетом того, что бытовой отсек с системой жизнеобеспечения был отделен еще до возникновения всех этих проблем, конец наступил бы очень быстро. Все же в корабле имелась система ручного отключения разделения. Ей командир корабля и воспользовался. Вернуться на Землю космонавты смогли, но только на следующие сутки после устранения всех ошибок в программе.
За многими системами ракет-носителей человек уследить не может. Ими управляют компьютеры. Пока вычислительные машины были большого размера, инженеры использовали радиосвязь. Датчики регистрировали состояние ракеты или космического корабля. Информация передавалась на Землю. Компьютер обрабатывал данные и отправлял команды на борт. Позже для лунных пилотируемых программ инженеры разработали небольшие компьютеры для космической техники – бортовые центральные вычислительные машины (БЦВМ).
В их работе тоже было много нештатных ситуаций. Одна из них стала известна как «самый дорогой дефис в истории». «Маринер-1» была грандиозной миссией, основной задачей которой должен был стать полет автоматического зонда к Венере. Для обеспечения надежности помимо ручного управления по радиосвязи с Земли имелось программное обеспечение на борту для контроля курса. Старт начинался согласно плану, но на третьей минуте полета аппарат потерял синхронизацию радиосигнала с Землей. Как раз на этот случай и был предусмотрен автоматический контроль траектории. На «Маринере-1» автоматика не работала, и отклонение от курса возрастало. Когда стало понятно, что компьютер не исправит положение, во избежание неуправляемого падения ракеты было принято решение ее взорвать. Промежуток времени, когда полет к Венере возможен, достаточно мал, так что нужно было быстро найти неисправность и устранить ее, чтобы следующий аппарат «Маринер-2» работал исправно. Ошибку искали интенсивно и достаточно быстро нашли, но не одну. Во-первых, антенна наведения оказалась недостаточно мощной. Прием сигнала был неустойчив и несколько раз прерывался. Программа на борту «Маринера-1» стала игнорировать команды, едва различимые среди шума или приходящие с опозданием. В программе корректировки, как оказалось, была опечатка. Писавший пропустил макрон, или надчеркивание. Этот символ отвечал за работу функции сглаживания при расчете траектории. Если отклонения ракеты-носителя от курса были небольшими, программа должна была их пропускать и не учитывать. У руля есть конкретный минимальный шаг поворота, и, соответственно, он может изменить траекторию на определенный угол. Если отклонение ракеты-носителя меньше, чем угол, на который ракета-носитель может повернуться, то исправление траектории не поможет, а может даже ухудшить ситуацию. Так и произошло. Без сглаживания, обозначаемого макроном, автоматика воспринимала нормальные небольшие отклонения как очень серьезные, что вызывало лишние поправки, которые сбивали ракету с курса еще больше. На «Маринере-2» эту ошибку исправили оперативно, и вторая попытка совершить полет на Венеру была успешной.
Еще одна ошибка имела место во время полета корабля «Аполлон-14». Эта миссия состоялась после сложнейшего аварийного полета «Аполлона-13», и потому ее готовили с удвоенной ответственностью. На борту имелась система экстренного возвращения, которая разворачивала корабль в сторону Земли при нажатии «кнопки паники». За полтора часа до расчетного включения двигателя для осуществления посадки астронавты приступили к плановой проверке бортового оборудования. Она показала, что в компьютер введена программа запуска аварийного прекращения посадки, как будто кнопка была нажата. Согласно этому коду, «Аполлон-14» должен был со всеми работающими системами пролететь мимо своей цели. Астронавты Алан Шепард, Стюарт Руса и Эдгар Митчелл сбросили команду.
Однако через некоторое время она снова была введена. Видимо, капелька припоя или мелкая деталь отвалилась и замыкала тумблер, которым эта программа вводится в компьютер. Обычный сброс в таком случае не сработает, так как закоротить может уже при посадке. Было бы очень обидно из-за этой ошибки после проделанной работы остаться ни с чем. Для решения проблемы программиста лунного модуля Дональда Айлза буквально вытащили из постели (было около 4 часов ночи по местному времени), и за оставшееся время нужно было написать и оттестировать патч, который позволил бы отключить аварийную систему при посадке с возможностью снова активироват