«Техника-молодежи» 1980 №6, с.5-7, 41



Рабочий момент сборки спутника «Искра-4А». Упаковка его солнечных батарей.

СПУТНИК ЗЕМЛИ — СВОИМИ РУКАМИ

СЕРГЕИ МОСТИНСКИЙ, инженер


ОТ РЕДАКЦИИ

Достижения науки, техники и производства в освоении космического пространства — одно из основных проявлений современной научно-технической революции. Особенно наглядно процесс космизации виден в делах и устремлениях молодежи. Сегодня каждый юный человек может не просто мечтать о работе, связанной с освоением космического пространства, но и активно готовить себя к ней. С самого раннего возраста ракеты, и планетоходы становятся любимыми игрушками детей и «героями» их рисунков. Школьников, мечтающих о космосе, уже не удовлетворяет пассивное приобщение к делам космической эры, им становится мало игры, собирания космических марок и значков, чтения фантастики о полетах к далеким мирам. Пример космонавтов, регулярно отчитывающихся о своей трудной работе на орбитах, зовет к активным действиям, к овладению необходимыми знаниями и физическому самосовершенствованию. Вот почему получили такое большое распространение клубы юных космонавтов, кружки ракетного моделирования и космического проектирования, школьные музеи космонавтики. Вот почему одним из самых популярных состязаний юных техников страны стал всесоюзный конкурс «Космос», уже в десятый раз проведенный членом нашего журнального объединения — «Моделистом-конструктором».

Интересно научно-техническое творчество студентов. От работы в КБ, НИИ, на заводах их отделяют еще годы, а молодая творческая энергия, получаемые знания уже требуют выхода. Это и породило студенческие научные общества и КБ, многие из которых давно прославились своими оригинальными исследованиями и разработками. Но это все было в традиционных областях науки и техники. А что же делать тем, кто мечтает работать в космонавтике? Сосредоточиться только на учебе...

Но мечта зовет! И еще с конца 20-х годов в вузах страны стали возникать кружки энтузиастов ракетной техники и космонавтики. Они занимались исследованием проблем достижения космической скорости, разрабатывали проекты ракет и космических кораблей будущего, способствовали подготовке кадров для новой, еще не существовавшей отрасли техники. Но теперь, когда космонавтика успешно развивается, студенты стремятся к гораздо большему. Им хочется заняться конкретным делом, поработать с настоящей космической техникой, создавать спутники и ракеты своими руками.

Реально ли это в наше время, когда космическая техника все еще остается уникальной, крайне дорогостоящей? Дать положительный ответ на эти вопросы сумели студенты двух московских институтов: авиационного и энергетического. 26 октября 1978 года, накануне 60-летия комсомола, на орбите зажглись две студенческих звезды — искусственные спутники Земли «Радио-1» и «Радио-2», не только разработанные, но и изготовленные, испытанные и подготовленные на космодроме к запуску руками студентов. Особенно удачным оказался спутник «Радио-2», сработанный в студенческом конструкторском бюро «Искра».

В Московском авиационном институте уже больше двадцати лет работают СКВ — студенческие конструкторские бюро. Эта форма самостоятельной творческой работы студентов теперь получила признание в большинстве институтов, готовящих проектантов и конструкторов современных машин.

В последние годы на выставках НТТМ особенно видна плодотворная работа СКБ; появилось большое количество новых оригинальных машин и приборов, а главное, получили практическое завершение многолетние разработки ряда сложных приборов и устройств, не уступающих промышленным. Одной из таких студенческих работ, получивших широкое признание как в нашей стране, так и в мире, стал связной искусственный спутник Земли «Искра-4А», получивший после выхода на орбиту название «Радио-2» и международный регистрационный индекс РС.

ОРГАНИЗАЦИЯ И ПУТЬ СКБ

СКБ «Искра», организованное по инициативе студентов как первое вузовское космическое КБ в 1968 году, шло к этому достижению десять лет. И если учесть, что даже сейчас с задачей создания космических аппаратов справляется промышленность только 20 стран и международных организаций, то этот срок нельзя считать большим. Наряду с советскими в мире широко известны американские радиолюбительские спутники «Оскар», но разрабатывались они не студентами, а сотрудниками известных космических фирм и изготавливались и испытывались не в вузовских мастерских и лабораториях, а на новейшем промышленном оборудовании. Все их отличие от других спутников, создававшихся этими фирмами, состояло в том, что сотрудники-радиолюбители работали над ними не в свое официальное рабочее время и бесплатно.


Последовательность отделения спутника «Радио-2» от ракеты-носителя и раскрытия его антенн.

Искусственный спутник Земли «Радио-2» («Искра-4А») на технологической подставке. Сверху щелевая антенна системы «Телеграф-С» и сдвоенный датчик ориентации с селективно поглощающим покрытием.

У советских студентов уже был большой опыт радиолюбительских наблюдений за сигналами ИСЗ, начиная с первого спутника, запущенного в 1957 году. Но специального радиолюбительского спутника у нас еще не было. Его-то и решили создать организаторы нового СКВ. Особенно повезло нам с научным руководителем. Им стал один из пионеров советского ракетостроения, профессор Михаил Клавдиевич Тихонравов, Герой Социалистического Труда, лауреат Ленинской премии, заслуженный деятель науки и техники РСФСР. Его огромный опыт участника создания советских космических аппаратов, а также и колоссальный преподавательский опыт сыграли определяющую роль в становлении коллектива.

Задача создания спутника, чрезвычайно сложная сама по себе, осложнялась еще тем, что, кроме самого космического аппарата, требовалось разработать наземный радиокомплекс для приема и обработки информации с борта ИСЗ. Но это, впрочем, давало возможность принять участие в работе большему числу студентов и потому не остановило энтузиастов. Ведь понятно, что разработка космической техники в СКВ не является самоцелью, главное — творческая форма самообучения, интенсификация профессиональной подготовки студентов на большом и серьезном деле, с учетом их интересов и наклонностей.

В СКВ простор для творческого поиска велик. Вся работа в нем проводится силами студентов, под руководством инженеров, преподавателей, профессоров. Конечно, работа в СКВ требует полной отдачи сил, занимает много времени, и важно, чтобы она не вошла в противоречие с учебой. Учитывая это, в СКВ максимально используются все возможности совмещения работы с занятиями по учебной программе. С этой целью широко практикуется выполнение студентами учебных заданий, работ, курсовых и дипломных проектов по тематике СКВ.

Пректирование летательного аппарата, как известно, является многоэтапным. В процессе выполнения работ на каждом этапе накапливается новая информация, на базе которой становится возможной все большая детализация характеристик летательного аппарата в целом и каждой из его систем. Всего в поисках оптимального решения в конструкторском бюро разработано восемь модификаций четырех вариантов летательных аппаратов и построено пять макетов. Макет первого варианта ИСЗ «Искра» подарен Ю. А. Гагарину, когда он был в гостях у студентов СКВ. Вторая его модификация экспонировалась на ВДНХ СССР в 1970 году на юбилейной выставке студенческих научных работ. За его разработку наиболее активные участники — студенты были награждены медалями ВДНХ СССР.

Макет третьего варианта ИСЗ «Искра» экспонировался на выставке «Высшее образование в СССР» в Гренобле в 1977 году, в 1978 году в Гаване и на ВДНХ СССР в Москве, где был удостоен бронзовой медали. Но и этот вариант не был окончательным.

Видя, какое внимание уделяют работам СКВ руководители института, его партийный и комсомольский комитеты, ЦК ВЛКСМ, участники работ понимали, что их мечта о запуске своего спутника на орбиту приобретает реальные черты. В то же время полученный опыт дал нам возможность критически оценить разработанные конструкции. Выло ясно, что для получения положительного решения о запуске студенческого спутника по своим весовым, энергетическим параметрам и надежности он должен был не уступать промышленным образцам и в то же время не дублировать их. Разработка четвертого варианта спутника, отвечающего этим требованиям, началась в 1977 году. Был проведен всесторонний технический анализ, взвешены возможности и сделан вывод: первый аппарат должен быть максимально упрощен и содержать в себе только те системы, которые обеспечили бы его функционирование на орбите и позволили получить оттуда необходимую информацию. Но чтобы прийти к этому выводу, необходим был весь предыдущий опыт СКВ.

РАЗВИТИЕ КОНСТРУКЦИИ СПУТНИКОВ «ИСКРА»

В 1968-1969 годах началась разработка первого варианта ИСЗ. Приемлемая конструктивно-компоновочная схема должна была удовлетворять прочностным, тепловым и технологическим требованиям. Выбор конструкции аппарата происходил не только за кульманом, но и за пультом ЭВМ, где моделировались тепловые процессы, проводились аэродинамические и баллистические расчеты. Существенное ограничение на область поиска рациональных вариантов накладывало существовавшее тогда в МАИ технологическое оборудование мастерских.

В первом проекте были удачно объединены различные функции одних и тех же конструктивных элементов. В качестве силового элемента использовалась трубка, расположенная по оси спутника; на ее краях имелись опоры, к которым крепился сам корпус. Он состоял из пластин пятиугольной формы, собранных в форме додекаэдра. В трубке были расположены система отделения от ракеты-носителя и штанга, которая после выхода спутника на орбиту должна была выдвинуться, изменив его момент инерции. В результате спутник под действием гравитационных сил должен был повернуться осью штанги по направлению к местной вертикали. Одноосная гравитационная система ориентации дает возможность ориентировать спутник одной стороной на Землю, обеспечивая использование направленных антенн. Однако ориентацию на Солнце с ее помощью осуществить нельзя. Поэтому панели солнечных батарей равномерно расположили по граням корпуса. Электронное оборудование спутника «Искра-1» поместили в герметический корпус. Проблема герметизации заставила создать громоздкую конструкцию корпуса, при этом существенно повысился его вес, усложнилась бортовая кабельная сеть. Кроме того, центральный силовой элемент спутника при небольших габаритах последнего придал неудобную цилиндрическую форму электронным блокам, а поддержание температурного режима за счет внешней окраски корпуса давало слишком большой разброс возможных температур внутри его.

Теперь можно сказать, что первый завершенный проект спутника, хотя он и оказался не настолько удачным, чтобы можно было ставить вопрос о его запуске, сыграл определяющую роль в становлении СКВ. Мы на опыте познали действительную сложность создания космической техники и в то же время почувствовали, что в силах решить поставленную задачу, увидели новые направления, по которым нужно идти.

Так появились сведения, что современные электронные устройства способны работать в условиях сверхвакуума, потому значительную часть наших усилий мы сосредоточили на разработке такой аппаратуры, проводившейся в тесном сотрудничестве со студентами Московского энергетического института. В результате в 1973 году появился проект телеграфной телеметрической УКВ аппаратуры «Телеграф-С», позволивший отказаться от герметизации корпуса спутника.

В спутнике «Искра-2», разрабатывавшемся в 1973-1974 годах, аппаратуру разместили на двух текстолитовых платах, уменьшив потоки тепла между внутренним оборудованием и корпусом за счет уменьшения теплопроводности материалов конструкции. Силовой частью конструкции стали элементы корпуса, которые изготовили в форме равносторонних треугольников. Элементы корпуса такой формы позволяли быстро изменять размеры спутника за счет установки дополнительных поясов, собранных из треугольников. Для повышения надежности спутника было решено установить еще один комплект радиотелеметрической аппаратуры, работающей в КВ диапазоне радиоволн. При отделении спутника от носителя начинало работать программно-временное устройство, по командам которого раскрывались антенны КВ диапазона и включались обе телеметрические системы. В 1975-1976 годах появился проект спутника «Искра-3». Без изменения габаритов спутника площадь солнечных батарей была увеличена почти вдвое. Интересные решения были получены в процессе создания радиоэлектронной аппаратуры и отработки антенно-фидерной системы. В эти годы в СКВ началось изготовление первого комплекса контрольно-измерительной аппаратуры для наземных предстартовых проверок, методика которых отрабатывалась на аппаратах «Искра-2» и «Искра-3».

В 1977 году, чтобы приблизиться к цели — реальному запуску студенческого аппарата в космос, мы решили еще более упростить задачу и создать не автономный спутник, а неотделяемый блок, который можно было бы установить на верхней ступени ракеты-носителя для попутного запуска.

Значительный опыт работы СКВ, а также приход новых способных студентов и молодых специалистов позволил в короткие сроки выполнить проектные и конструкторские разработки неотделяемого блока «Искра-Н». Разработка конструктивно-компоновочной схемы с самого начала велась с учетом решения задач терморегулирования в приборном блоке. В результате поиска конструкция блока изменялась несколько раз. Первый вариант проекта предусматривал установку внутреннего оборудования на текстолитовой плате, как это было сделано на второй и третьей «Искре». Необходимую прочность удавалось получить за счет увеличения толщины платы. В результате теплопроводность платы оказалась столь велика, что даже при незначительной разности температур корпуса и внутреннего оборудования (всего 10-20°) тепловые потоки могли значительно превысить тепловыделения внутреннего оборудования. Неотделяемому блоку угрожал либо космический холод, если он окажется в тени, либо перегрев, когда он окажется под лучами Солнца. Конструктивно-компоновочную схему подвергли ряду изменений, увеличивая термосопротивление конструкций, связывающих внутреннее оборудование с частями корпуса, и уменьшая общий вес аппарата. Внутреннее оборудование закрепили в корпусе на текстолитовых опорах, позволивших уменьшить утечки тепла. Само оборудование объединили в плотно скомпонованный на металлической плате моноблок, в котором не могли возникнуть большие перепады температур. Для начала задали весьма небольшой ресурс работы аппарата. Новая силовая схема позволила значительно уменьшить вес корпуса. В целом конструкция «Искры-Н» получилась настолько удачной, что рассматривавшие ее специалисты порекомендовали СКВ вернуться на ее основе к созданию автономного спутника.

ДЛЯ ЗАПУСКА НА ОРБИТУ

В октябре 1977 года в СКВ начались работы над проектом искусственного спутника Земли «Искра-4А». При его разработке, конечно, появлялись новые по сравнению с «Искрой-Н» проблемы. Но они быстро «обрастали» со всех сторон идеями и как бы сами собой разрешались. Сказывался многолетний опыт нескольких поколений студентов, проработавших в СКВ. На корпусе «Искры-4А» были установлены датчики теплового потока, позволяющие измерять тепловые потоки от Земли и Солнца, определять направление на Землю и Солнце в связанной со спутником системе координат. На борту появился новый радиолюбительский ретранслятор. Хотя у нас было желание поставить на спутник ретранслятор, разработанный у себя в СКВ «Искра», оказалось, что ретрансляционная радиоаппаратура РС-1, созданная в Лаборатории космической техники (ЛКТ) Федерации радиоспорта СССР под техническим руководством неоднократного чемпиона СССР по радиоспорту Л. М. Лабутина, по своим техническим характеристикам во многом превзошла все ранее разработанные проекты. В кропотливой, порой самоотверженной работе над аппаратурой принимали участие радиолюбители из Москвы, Калуги, Молодечно. Многочисленные проблемы, возникшие в связи с предстоящим запуском радиолюбительских спутников, были успешно решены благодаря деятельности Координационного комитета по спутниковой связи, созданного при редакции журнала «Радио» под председательством главного редактора А. В. Гороховского. Большую помощь и поддержку на всех этапах работы над спутником наряду с ЦК ВЛКСМ оказал ЦК ДОСААФ.

Параллельно с разработкой и созданием бортовой радиоретрансляционной аппаратуры коллектив ЛКТ создавал свой, хорошо оснащенный наземный приемно-командный пункт (ПКП) в Москве.

С самого начала совместных работ по проекту «Искра-4А» между студенческим КБ и ЛКТ установились деловые дружеские связи.

Установка на спутнике солнечных батарей (фотопреобразователей) позволила увеличить расчетное время работы спутника до трех месяцев. Система терморегулирования, основанная на поглощении тепла в тепловом аккумуляторе, стала непригодной. Решение задачи было найдено в создании полуактивной системы терморегулирования. На спутнике был установлен радиатор-излучатель цилиндрической формы, температура которого за счет окраски его белой эмалью поддерживалась достаточно низкой. В зависимости от температуры внутреннего оборудования по командам электронного блока замыкался и размыкался металлический теплопровод, связывающий плату приборного блока с радиатором-излучателем.

Аппарат «Искра-4А» прошел сложный путь наземных испытаний. На Земле проверялась и, когда это было необходимо, отрабатывалась каждая система, каждый блок, агрегат, узел. Испытания осложнялись тем, что ни студенческое КБ, ни ЛКТ не имели достаточной испытательной базы и необходимого опыта, тем не менее все трудности были успешно преодолены.

Сейчас трудно передать те чувства, которые испытывали студенческая бригада, готовившая спутник к старту на космодроме, и потом весь коллектив СКВ, слушая доносящиеся из космоса сигналы своего первенца и получая от радиолюбителей всего мира слова искренней благодарности. Восемь месяцев проработал на орбите спутник «Радио-2» — наша «Искра», которую студенты готовы превратить в пламя постоянной системы радиолюбительской связи.

Рейтинг@Mail.ru Топ-100