100 рассказов о стыковке: Часть-2 - [9]

Задача объединения трубопроводов, которые соединялись в процессе стыковки, сама по себе уже была непростой. Дело заключалось не только в том, чтобы автоматически состыковать их на орбите после длительного полета на ракете и в космосе. Задача осложнялась тем, что топливные компоненты реактивной системы управления (РСУ), как уже упоминалось, очень агрессивны. Немногие материалы стояли в их среде. Самые стойкие резины не выдерживали длительного контакта с этими азотными компонентами. В то же время требовалась многократная дозаправка в течение нескольких лет полета. Отработка разъемов вылилась в многолетнюю эпопею, которая распалась на несколько этапов. На первых этапах работоспособность обеспечили тем, что выжали максимум возможного из тех резин, которые все же работали в течение ограниченного времени. Лишь позднее, когда готовились к полету ОК «Мир», удалось создать конструкцию, в которой благодаря конструктивным хитростям удалось заменить упругую резину неупругой, даже текучим фторопластом. До сих пор они летают в космос. За «ноу–хау» этих действительно хитрых конструкций потянулись специалисты всего мира.

Помню, как, составляя ТЗ на стыковочный агрегат для первого «Салюта» в конце 60–х годов, мы обсуждали нагрузки, которые должна выдерживать конструкция в состыкованном состоянии. «Какие нагрузки в невесомости?» — возражал проектант В. Бобков. «Давай все же прибавим к 8–10 тоннам, разрывающим стык внутренним давлением, хоть небольшой изгибающий момент», — настаивал я. Сошлись на круглой цифре в 100 килограммометров. Эта величина драматически возрастала с развитием программ ДОСов: за каких?то 10–15 лет она увеличилась на два порядка, в 100 раз!

Именно со станции «Салют-6» резко возросли нагрузки и начались наши очередные трудности. Дело осложнялось тем, что требовалось обеспечить не только прочность с достаточным коэффициентом безопасности, как его называют специалисты. Полагалось заранее, еще на Земле, подтвердить расчеты и экспериментальную пригодность конструкции к длительному полету. Если бы речь шла только о прочности, то испытания не стали бы проблемой — по крайней мере, в части продолжительности.

Мы опять оказались на стыке, в прямом и переносном смысле, в самом узком месте. Осиная талия стыковочных узлов действительно оказалась самой гибкой и тонкой частью космического сооружения. Вспоминая о наставлении сопроматчика из МВТУ, нам пришлось как следует поработать, чтобы самое тонкое место не оказалось самым слабым, чтобы оно не порвалось. Усталость конструкции накапливалась за счет того, что в течение всего полета на станцию (недаром они назывались ДОСами) действовали нагрузки, которые раскачивали ее во все стороны день за днем, месяц за месяцем, год за годом.

Начиная с «Салюта-6» конструкцию пришлось рассчитывать на три основных вида внешних нагрузок, источниками которых являлись, во–первых, система управления движением (СУД), во–вторых, физические упражнения космонавтов, и в–третьих, стыковка. Эти три вида нагружения, три расчетных случая стали, можно сказать, классическими для всех наших последующих проектов.

Система СУД осуществляла ориентацию станции, а ее реактивные управляющие двигатели генерировали силы и моменты, создавали напряжения в элементах конструкции, в том числе на замках стыковочных агрегатов.

Чтобы при длительном полете в невесомости поддержать свой организм, привыкший преодолевать земную тяжесть, космонавты стали ежедневно ходить, бегать и прыгать на орбите. Бег на месте («общепримиряющий», по В. Высоцкому, без обгона) на специально оборудованной беговой дорожке неожиданно превратился, пожалуй, в самое тяжелое испытание для конструкции станции. Как это бывает на гибком мосту, космонавты, бегая по дорожке, стали раскачивать станцию, причем число колебаний постепенно накапливалось и вскоре переваливало за миллионы.

И, наконец, при стыковке вся конструкция, образно говоря, вздрагивала от соударения корабля и станции. Когда второй корабль стыковался к противоположному причалу, первый, уже пристыкованный, чувствовал динамику стыковки, а эти нагрузки оказались самыми большими по амплитуде.

Особенностью всех этих нагрузок являлся их динамический характер. При анализе возникали две существенные проблемы: как определить величину динамических сил и как определить прочность при циклическом, многократном нагружении, когда проявлялась усталость материалов.

Во многих областях техники, в первую очередь для подвижных аппаратов, таких как самолеты, корабли, автомобили, эти проблемы являются типичными. Инженеры учитывают эти нагрузки при помощи так называемого коэффициента динамичности. Например, автомобиль весит одну тонну, а на неровной дороге на его подвеску действует сила до 1500 килограмм, этот коэффициент равен 1,5. Другой пример: вес самолета 100 тонн, при посадке на Землю на шасси действует нагрузка в 200 тысяч килограмм — значит, коэффициент динамичности равен 2. Пример из области стыковки: при столкновении корабля и станции может возникнуть сила в 1,5 тонны. На такую нагрузку рассчитывается стыковочный механизм. Как нагружается при этом стык второго корабля? Это непростая задача. Даже дать определение коэффициенту динамичности непросто, а вычислить его еще сложнее.