Конструкция ОПС «Алмаз»

ОПС «Алмаз» (индекс 11Ф71) стартовой массой 18.9 т, общей длиной 11.61 ми максимальным диаметром (по ЭВТИ) 4.15 м состояла из герметичного и негерметичного отсеков. Герметичный отсек конструктивно делился на две части, которые можно условно назвать зонами малого и большого диаметров. Зона малого диаметра (поперечный размер по гермокорпусу - 2.9 м) располагалась в передней части ОПС и закрывалась при выведении коническим головным обтекателем. Иллюминаторы и часть приборов вне гер-моконтура прикрывались локальными сбрасываемыми крышками. Далее через конический переходник шла зона большого диаметра (поперечный размер по гермокорпусу - 4.1 м).

Телескоп и фотоаппарат «Агат-1»

Внутренний герметичный объем ОПС (около 90 м3) включал бытовую, рабочую, приборную и переходную зоны. Бытовая зона с несколькими обзорными иллюминаторами размещалась в гермоотсеке малого диаметра и предназначалась для отдыха и сна космонавтов, приема пищи и проведения медицинских экспериментов. У одного борта располагались стол с подогревателями пищи, кресла космонавтов, емкости с водой и встроенные контейнеры с продуктами питания.

Конструкция ОПС «Алмаз»:

1 - антенны системы стыковки «Игла»;

2 - датчики солнечной ориентации;

3 - двигатели стабилизации;

4 - вакуумная емкость «Ветер»;

5 - массметр;

6 - запасы воды «Колос-5Д»;

7 - антенны системы связи «Аврора»;

8 - звездный фотоаппарат СА-ЗЗР;

9 - научная аппаратура;

10 - регенерационные патроны;

11 - манипулятор для обслуживания капсулы специнформации;

12 - передатчик системы ручной стыковки;

13 - стыковочный узел;

14 - двигатель коррекции;

15 - капсула спуска информации;

16 - антенна передачи информации «Бирюза»;

17 - топливные баки;

18 - комплексный физтренажер;

19 - фототелевизионная система «Печора»;

20 - длиннофокусный фотоаппарат «Агат-1»;

21 - топографический фотоаппарат СА-34Р;

22 - оптический визир ОД-4;

23 - уголковый лазерный отражатель;

24 - панорамное обзорное устройство ПОУ-М;

25 - телекамера;

26 - инфракрасный датчик вертикали;

27 - электромеханическая система стабилизации и поворота.

Над столом был смонтирован пульт управления системой жизнеобеспечения. У другого борта - шкафы с медицинским оборудованием, комплектами белья, предметами быта и личными вещами космонавтов всех экспедиций, магнитофон с фонотекой и радиоприемник. Торец бытовой зоны был отдан под спальные места космонавтов.

В будущем предполагалось оснастить ОПС средствами наблюдения в других диапазонах электромагнитного спектра, в т.ч. мощным радиолокатором бокового обзора с синтезированной апертурой. Крупногабаритные панели антенны типа «фазированная решетка» этого радиолокатора должны были раскладываться вперед вдоль корпуса станции.

Заднюю часть рабочей зоны занимали аппаратура «Агат-1» и система управления ОПС. В состав аппаратуры входил большой оптический телескоп с переменным фокусным расстоянием до 7.2 м для детального наблюдения за объектами, расположенными на земной поверхности, в акватории Мирового океана и в атмосфере Земли.

Телескоп был совмещен с широкопленочным фотоаппаратом АСА-34Р и занимал герметичную нишу от пола до потолка.

В рабочей зоне стояли бортовая проявочная машина для обработки фотопленки и световой стол, на котором можно было детально, с увеличением рассмотреть проявленные кадры. Наиболее интересные и важные кадры считывались, кодировались и передавались на Землю по радиоканалу.

В гермоотсеке большого диаметра располагалась рабочая зона с пультами управления и контроля станции, пультом пилота с отображением текущих координат и индикатором пространственного положения ОПС, с ручкой управления ориентацией станции, оптическим визирно-измерительным устройством ОД-4, позволявшим останавливать «бег» земной поверхности и наблюдать отдельные районы с разрешением 7-8 м, панорамно-обзорным устройством ПОУ-Н для широкого обозрения земной поверхности, перископом кругового обзора и контроля за окружающим космическим пространством.

Комплекс «Алмаз» создавался в момент жесткого противостояния с Соединенными Штатами. Одним из главнейших вопросов, поставленных советскими военными перед разработчиками, был следующий: не просто разведка (тогда уже работали автоматические спутники-разведчики), но и оперативная доставка информации об объектах (в т.ч. мобильных) на суше, в море, а также в воздухе и в космосе. Основным средством получения информации на «Алмазе» был комплекс аппаратуры, работающей в видимом диапазоне, включающий 14 различных фотокамер, а также другие оптические приборы (визир, панорамное устройство, перископ) и системы инфракрасной разведки.

Комплекс «Алмаз» первого этапа:

1 - транспортный корабль «Союз» в модификации 11Ф615А9;

2 - зона большого диаметра орбитального блока ОПС;

3 - солнечные батареи;

4 - перископ;

5 - зона малого диаметра ОПС;

6 - шлюзовая камера со стыковочным узлом

Высокоточная аппаратура наблюдения, установленная на станции, требовала разработки особой системы управления, реализовать которую решили с применением новых подходов, таких как электромеханическая система стабилизации с силовыми гироскопами. Система быстрых разворотов ОПС по крену с маховиком диаметром 2.7 м была очень шумной и доставляла космонавтам много неудобств, но экономила топливо и резко повышала эффективность станции и ресурс ее работы на орбите.

Мощный комплекс спецаппаратуры «Алмаза» производил съемку и обработку пленки на борту станции; путем фотоэлектронного считывания он позволял передать полученные снимки по радиоканалу. Однако следует признать, что качество полученной информации во многом не удовлетворяло заказчиков. Как говорил И.В.Мещеряков, бывший начальник 50-го ЦНИИ космических средств МО, «эти «ухищрения» развития не получили до тех пор, пока не появились ПЗС-структуры и бортовые ЭВМ, которые были способны обрабатывать подобную информацию по-настоящему».

Военные хотели получать пленку с «Алмаза» «лично в руки», обрабатывать ее в своих «наземных» лабораториях и иметь фотоснимки с высочайшим разрешением, на которое была способна существующая аппаратура. Пленку надо было как-то спускать на Землю.

Экипаж снаряжал КСИ пленкой, и через специальную пусковую камеру, находящуюся в шлюзовом отсеке станции, в заданный момент полета она должна была отстрелиться. Снаряжение и подготовка к спуску капсулы массой 360 кг, вмещающей два километра пленки (120 кг), было само по себе задачей не из легких. Для переноса ее из внутреннего отсека ОПС в шлюзовой отсек и установки в пусковую камеру (ПК) был изготовлен специальный манипулятор.

В рабочей зоне станции располагалась телевизионная аппаратура «Печора» и бортовая информационно-поисковая система для оперативного получения информации по различным системам ОПС. На борту устанавливался комплексный тренажер с бегущей дорожкой для физических тренировок и измеритель массы (массметр). Конечно, был шлюз для удаления контейнеров с отходами, туалет и шкаф с предметами личной гигиены.

В приборной зоне размещалась аппаратура и агрегаты бортовых систем станции: ориентации и управления движением, жизнеобеспечения, электропитания, радиосвязи, телеметрии, командной радиолинии и других систем. Комплексом аппаратуры управляла БЦВМ «Аргон-12А».

Снаружи гермоотсека монтировались панели теплообменников системы терморегулирования, датчики системы ориентации, антенны телеметрии и радиосвязи.

Пульт управления БЦВМ «Аргон-12А»

Центр управления и контроля станции с оптическим устройством ОД-4 и визирами - панорамно-обзорного устройства (справа внизу, а также на фото справа) и перископа кругового обзора «Сокол» (справа вверху)

Сферическая шлюзовая камера со стыковочным узлом

Переходная зона имела сферическую форму и жестко соединялась с рабочей зоной большого диаметра. Между переходной и рабочей зонами размещался гермолюк. Снаружи на торце переходной зоны располагался пассивный стыковочный узел типа «Конус» с люком-лазом для перехода космонавтов из транспортного корабля «Союз» в ОПС.

В верхней части переходной зоны был люк для выхода космонавтов в открытый космос. При этом переходная зона должна была использоваться как шлюзовая камера, в которой находился контейнер для укладки в него двух выходных скафандров (фактически ни на одном «Алмазе» их не было).

Нижняя часть переходной зоны сопрягалась с пусковой камерой, из которой отстреливалась КСИ.

Для защиты от спутников-инспекторов и перехватчиков ОПС впервые в мировой практике оснащалась скорострельной пушкой конструкции А.Э.Ну-дельмана. Ее можно было навести в нужную точку через прицел, поворачивая станцию.

ДУ станции имела вытеснительную систему подачи топлива (азотная кислота - несимметричный диметил-гидразин) и состояла из сферических топливных баков, шар-баллонов с газом наддува, двух ЖРД коррекции тягой по 400 кгс, 16 ЖРД жесткой стабилизации по 20 кгс, 12 ЖРД мягкой стабилизации по 1.2 кгс и четырех  ЖРД коррекции по 40 кгс. Агрегаты ДУ, за исключением ЖРД стабилизации, устанавливались в кормовой части станции. Двигатели системы стабилизации стояли на переходном отсеке в носовой части ОПС.

Агрегаты ДУ размещались вокруг шлюзовой камеры. Здесь же находились раскрывающиеся антенны связи с Землей, антенна системы сближения «Игла», а также две большие панели солнечных батарей (СБ) общей площадью 52 м2 и максимальной мощностью 3.12 кВ·А. Ориентация батарей на Солнце осуществлялась по одной оси, за счет стягивания тросовой системы - станция как бы покачивала огромными «крыльями». Перед стартом СБ складывались по бокам шлюзовой камеры «гармошкой». Хвостовая часть станции закрывалась конусообразным щитом из экранно-вакуум-ной теплоизоляции.

Отличительной особенностью ОПС явилась совершенная бортовая система управления (БСУ), включавшая системы: ориентации, стабилизации на ЖРД и электромеханических приводах (гиродинах), управления двигателями коррекции и автономного ручного управления, а также программно-коммуникационную аппаратуру. БСУ разработки ОКБ-52 обеспечивала управление станцией во всех режимах полета и имела уникальные характеристики точности стабилизации.

Впервые для стабилизации и разворота крупного КА была применена система с шаровым трехкоординатным электродвигателем-маховиком и кольцевым маховиком в качестве исполнительных органов, обеспечивавшая стабилизацию с точностью выше 10' и уменьшавшая расход топлива ЖРД в системе ориентации до 10-15 г/виток.

При разработке КСИ использовался опыт создания многоразового пилотируемого ВА комплекса «Алмаз». Кассета с пленкой подвешивалась внутри оболочки, покрытой аблирующей теплозащитой; сверху помещалась парашютная система и пороховая двигательная установка (ПДУ), включающая тормозной двигатель и четыре двигателя, обеспечивавшие стабилизационную закрутку КСИ, а потом остановку ее вращения. ПДУ сбрасывалась перед входом в атмосферу.

Для КСИ создали специальный кольцевой (торовый) амортизатор, надуваемый сжатым газом перед приземлением. В верхней части тор имел клапаны, которые при посадке на твердую поверхность прорывались, плавно выпуская газ. При приводнении тор служил «поплавком».

Интересно, что севшая на воду капсула не перегревалась от солнечных лучей (КСИ плавала в «перевернутом» положении поплавком кверху) и пленка дольше могла находиться «в законсервированном» состоянии. На поиски кассеты на земле отводилось минимальное время - всего несколько часов. Для этого была спроектирована, построена и испытана специальная вездеходная машина с термостатом, которая должна была срочно доставить КСИ на аэродром, где ждал эвакуационный вертолет или самолет.

По техническим условиям требовалось, чтобы капсула совершила посадку строго на территории СССР. Если что-то не получалось и КСИ «промахивалась», то срабатывала автоматическая система подрыва объекта. Заказчик требовал: обрывки пленки после взрыва должны иметь минимальные размеры - меньше почтовой марки, чтобы кадры невозможно было дешифровать.

В процессе проектирования удалось поместить в КСИ дополнительную информацию в небольших кассетах, которые упаковывались по сторонам от основной бобины. Это были пленки от звездного фотоаппарата, обеспечивавшие координатную привязку отснятых наземных объектов.

На транспортном «Союзе» космонавты просто физически не могли взять с собой много пленки. Да и оперативную доставку ее невозможно было согласовать с моментом возвращения экипажа на Землю. Для этих целей НПО машиностроения была разработана капсула спуска информации на Землю (КСИ 11Ф76) - то «золотое яйцо», ради которого, по мнению некоторых, и строилась станция.