Июльский пилотируемый запуск к МКС ознаменовал ввод в строй самого совершенного варианта из отечественного семейства космических кораблей, история развития которого насчитывает уже полвека: именно в этом году мы будем праздновать пятидесятилетний юбилей запуска первого беспилотного «Союза» (корабль 7К-ОК), который стартовал 28 ноября 1966 г. под официальным названием «Космос-133». Семейство кораблей «Союз» – самый длительный и практически непрерывно развиваемый пилотируемый проект современной космонавтики. В ходе долгой эволюции аппарат, заложенный в ОКБ-1 еще под руководством С.П. Королева, претерпевал многочисленные, порой весьма значительные изменения, которые затрагивали его назначение, конструкцию и служебные системы.

Изначально, с 1962 г., корабль, получивший шифр 7К, создавался как часть космического комплекса «Союз», предназначенного для пилотируемого облета Луны. Вариант 7К-ОК для автономных полетов по околоземной орбите и отработки технологии стыковки был спроектирован в середине 1960-х. Позднее, когда основной задачей отечественной пилотируемой космонавтики стала доставка экипажей на орбитальные станции, появилась модификация 7К-Т. На ее основе был создан корабль 7К-ТМ для участия в экспериментальном полете «Аполлон-Союз» (ЭПАС) в 1975 г.

Параллельно, другой командой разработчиков, но на том же предприятии создавался корабль 7К-С (7К-СТ), получивший впоследствии известность под именем «Союз-Т»: он стал базой для постройки всех последующих моделей.

Сегодня «Союз» считается эталоном надежности. Но так было не всегда. В 1967 г. из-за отказа парашютной системы «Союза-1» погиб космонавт В.М. Комаров. В 1971 г. по причине разгерметизации спускаемого аппарата на этапе спуска погиб экипаж «Союза-11», возвращающийся со станции «Салют‑1»: Г.Т. Добровольский, В.Н. Волков, В.И. Пацаев. Более серьезных аварий и катастроф по вине систем корабля не было. Правда, из-за отказов средств выведения случилось два аварийных запуска: в 1975 г. экипаж «Союза-18-1» совершил лишь баллистический «прыжок», не долетев до орбиты, а в 1983 г. система аварийного спасения увела экипаж «Союза Т10-1» со стартового комплекса от взрывающейся ракеты-носителя.

Первые десятилетия эксплуатации базового варианта «Союза», который применялся как для автономных полетов и экспериментов со стыковками, так и для доставки космонавтов на орбитальные станции первого и второго поколений, выявили ряд крупных недостатков концепции, «завязанной» во второй половине 1960-х гг. В частности, управление движением корабля по орбите было слишком крепко «привязано» к наземной инфраструктуре сопровождения, управления и выдачи команд, а используемые алгоритмы не страховались от ошибок. Поскольку Советский Союз, в отличие от Соединенных Штатов, не имел возможности разместить наземные пункты связи по всей поверхности Земного шара вдоль трассы, полет значительную часть времени проходил вне зоны радиовидимости. Часто экипаж не мог парировать нештатные ситуации, возникающие на «глухом» витке, а примитивные интерфейсы «человек-машина» не позволяли в полной мере использовать возможности космонавта. Запас топлива для маневрирования оказался слишком мал, обычно не позволяя осуществить повторные попытки стыковки, например, при возникновении сложностей при сближении со станцией – приоритет отдавался необходимости во что бы то ни стало вернуть космонавтов на Землю. Несомненно, это правильная постановка задачи, но несовершенство способов управления и схемного построения двигательных установок во многих подобных случаях приводило к срыву всей программы полета.

Около 30 лет назад начались работы, направленные на увеличение надежности, безотказности и автономности всего аппарата в целом, на снижение зависимости от навигационного обеспечения и управления с Земли. Круг задач модернизации постоянно расширялся, не затрагивая при этом компоновку и внешний вид корабля: изменения вносились в конструкцию лишь при возникновении реальной проблемы, которую не мог решить имеющийся вариант.

С начала 2000-х гг. все модернизации «союзов» в основном связаны с заменой приборов, входящих в систему управления: компьютерные технологии развивались, аппаратура становилась все более совершенной. К тому же актуальной стала задача изменения комплектации приборно-агрегатного комплекса в связи с постепенным сужением кооперации и перепрофилированием предприятий, которые ранее участвовали в поставках тех или иных частей или систем для корабля.

Первым этапом «цифровой» модернизации космического корабля стало создание модификации «Союз ТМА-М». На нем был осуществлен переход на новые компьютеры бортового цифрового вычислительного комплекса ЦВМ-101 и блоки согласующих устройств БУС101-1 и БУС101-2. Также на борту установили новую цифровую малогабаритную информационно-телеметрическую систему МБИТС. Эти новшества, включая сложное программное обеспечение, вводились и отрабатывались на беспилотных «грузовиках» типа «Прогресс М-М» (серия автоматических транспортных грузовых кораблей 11Ф615А60), и только после успешных летных испытаний они переносились на пилотируемую технику.

Первый старт корабля «Союз ТМА-М» состоялся 7 октября 2010 г. Но за год до этого возникла проблема вывода из эксплуатации морально устаревших станций систем «Квант» и «Кама» в наземном автоматизированном комплексе управления и соответствующем изменении бортовой аппаратуры. В результате, Ракетно-космическая корпорация «Энергия» – производитель кораблей «Прогресс М-М» и «Союз ТМА-М» – начала разработку новой модификации, получившей название «Союз МС».

Основные изменения, внедренные на «Союзе МС», в той или иной мере затронули как конструкцию корабля, так и его основные системы – управления движением и навигации, радиоэлектронику, стыковки и внутреннего перехода, телевидения, бортовых измерений, электропитания, обеспечения теплового режима, связи и пеленгации, комбинированную двигательную установку и средства приземления.

В системе управления движением и навигации (СУДН) аппаратуру измерения параметров относительного движения «Курс А» заменили модернизированным «Курсом НА» (расположен в бытовом отсеке корабля), снизив энергопотребление и уменьшив массу блоков. В состав системы введена аппаратура спутниковой навигации АСН-КСЮ, которая монтируется на поверхности бытового отсека. Она предназначена для автономного определения параметров движения корабля по сигналам от спутников навигационных систем ГЛОНАСС и GPS. Доработка позволила решить задачу точного определения координат и скорости корабля на орбите без привлечения дополнительных наземных средств и исключить устаревшую аппаратуру радиоконтроля орбиты.

В связи с прекращением производства комплектующих элементов блок датчиков угловых скоростей БДУС-3М заменен на новый – БДУС-3А. Аналоговый блок управления перемещением и ориентацией уступил место современному цифровому блоку управления резервным контуром. Устаревший светильник СМИ-4 (служил для освещения стыковочной мишени МКС при стыковке) заменен современным светодиодным СФОК, установленным в передней части бытового отсека.

В связи с изменением схемы размещения двигателей причаливания и ориентации на приборно-агрегатном отсеке доработан блок автоматики.

Бортовая радиотехническая система (БРТС) «Квант-В» заменена более современной ЕКТС – последняя расположена в приборно-агрегатном отсеке, работает в S-диапазоне и имеет возможность использования спутникового канала связи. В отличие от своей предшественницы, ЕКТС использует единый цифровой канал передачи данных и позволяет вне зоны радиовидимости наземных станций задействовать для связи с Землей новую многофункциональную космическую систему ретрансляции (МКСР) «Луч». Три спутника-ретранслятора из состава этой системы передают информацию на расположенные на территории России наземные станции «Клен-Р», когда корабль находится вне зоны прямой радиовидимости.

Преимущество новой системы связи – в возможности контролировать все телеметрируемые параметры, управлять кораблем и поддерживать связь с экипажем, в т.ч. через видеотрансляцию в постоянном режиме. Существующие на сегодня возможности наземных станций и спутниковой группировки позволяют делать это на протяжении 70% длительности полета корабля вокруг Земли. Постоянная и полная связь с экипажем станет возможна после введения в строй третьей станции «Клен-Р» на космодроме Восточный. Ее комплексные испытания планируется завершить в текущем году.

Система ЕКТС создавалась с учетом рекомендаций Международного консультативного комитета по космическим системам передачи данных CCDS и полностью соответствует требованиям международных стандартов, действующих в отношении европейских спутников-ретрансляторов DRS и американских TDRSS. 

Значительной модернизации подверглась система стыковки и внутреннего перехода ССВП, расположенная в носовой части корабля – на торце бытового отсека. В ней применены приводы стыковочного механизма и герметизации стыка с дублированными электродвигателями, что позволило повысить надежность ССВП.

Аналоговый передатчик телевизионной системы (ТВС) «Клест-М» заменен на современный цифровой, с кодированием видеоизображения в формате MPEG-2. Доработка позволила снизить влияние индустриальных помех на качество принимаемого изображения.

Система записи информации в системе бортовых измерений (СБИ) заменена на более совершенную СЗИ-М, выполненную на современной элементной базе с использованием отечественных электронных и радиотехнических компонентов и обеспечивает отображение телеметрической информации на пульте космонавтов.

Поскольку СЗИ-М выполняет функцию своеобразного «черного ящика» корабля, о ней стоит рассказать немного подробнее. Система состоит из двух блоков сбора информации и одного спасаемого накопителя УН-М в ударотеплозащищенном корпусе – небольшого прибора, спрятанного под креслом пилота корабля. В ходе полета он может собирать, регистрировать и сохранять информацию, поступающую с датчико-преобразующей аппаратуры, физиологические параметры космонавтов и аудиоинформацию.

Блоки сбора данных проводят программный опрос датчиков, размещенных на корабле, и передают собранную информацию в защищенный спасаемый накопитель, способный сохранить не менее 4 Гбайт данных при ударе о землю со скоростью до 150 м/с и в течение 30 минут выдержать температуру до 700°С. Важной особенностью СЗИ-М является возможность многократного применения. После возвращения космонавтов на Землю и посадки корабля считанная информация обрабатывается. Затем система СЗИ-М направляется на предприятие-изготовитель для технического обслуживания и подготовки к следующему полету. Каждая система может побывать в космосе до 10 раз, а количество циклов перезаписи СЗИ-М составляет не менее 100 тысяч.

Существенно доработана система электропитания (СЭП), элементы которой расположены в приборно-агрегатном отсеке. В частности, на 1,1 м2 увеличена площадь фотоэлектрических преобразователей солнечных батарей, а КПД самих преобразователей повышен с 12 до 14%. Кроме того, установлен дополнительный – пятый – блок питания емкостью 155 Ач. Повышенная энерговооруженность системы обеспечивает гарантированное питание аппаратуры даже на случай нераскрытия одного из «крыльев» солнечных батарей. 

В комбинированной двигательной установке изменена схема размещения двигателей причаливания и ориентации (ДПО), которая сейчас обеспечивает выполнение программы полета при отказе одного любого двигателя. Безопасность экипажа, обусловленная возможностью построения ориентации и стабилизации при спуске, обеспечивается при двух отказах в подсистеме ДПО, включая разгерметизацию одного из топливных коллекторов. Также в целях повышения точности и надежности доработан электронный формирователь импульсов расхода топлива.

В системе обеспечения теплового режима (СОТР) доработан прибор, в котором исключено формирование троированных команд управления на одном кристалле матрицы транзисторов, что исключает нештатную работу регулятора расхода теплоносителя.

В системе связи и пеленгации (ССП) аппаратура «Рассвет-М» заменена на новую – «Рассвет-3БМ». Последняя позволяет определять координаты места посадки спускаемого аппарата с приемника ГЛОНАСС/GPS и передавать их поисково-спасательной команде и в ЦУП по спутниковой системе «Коспас-SarSat». 

Заметным изменениям подверглись средства приземления: путем замены устаревших материалов и комплектующих изделий доработан корректор комплекса высотомера «Кактус-2В», что обеспечило рост точности прибора формирования команды на включение двигателей мягкой посадки спускаемого аппарата.

На корпусе бытового отсека корабля установлена дополнительная противометеороидная защита, которая служит для повышения устойчивости гермоконтура отсека от воздействия микрометеороидов и техногенных обломков на орбите.

Как уже говорилось, все новшества, предлагаемые к внедрению на пилотируемых «союзах», вначале проходят «обкатку» на беспилотных «прогрессах» соответствующих модификаций. Так было и при создании «Союза МС» – большинство описанных выше систем были испытаны на транспортных грузовых кораблях «Прогресс МС-01» (см. «Взлет» №1–2/2016, с. 54–56) и последовавшем за ним «Прогрессе МС-02». В целом внедренные улучшения должны поднять надежность и безопасность пилотируемого корабля, а также значительно повысить его функциональность.

«Союз МС», по всей видимости, станет вершиной развития российских пилотируемых кораблей серии «Союз», которые в настоящее время являются единственным средством доставки космонавтов на Международную космическую станцию (во всяком случае, до момента ввода в строй американских частных пилотируемых аппаратов Starliner, Dragon 2 и Dream Chaser). В системы российского корабля еще будут вноситься доработки, связанные с переходом на новый носитель «Союз‑2.1а» (грузовые корабли «Прогресс» уже время от времени запускаются с его помощью), а затем – возможно – и на «Союз-2.1б». Но крупных изменений больше не планируется – на смену «союзам» в середине 2020-х гг. должен прийти перспективный транспортный корабль нового поколения (ПТК НП) «Федерация», предназначенный для решения гораздо более широкого круга задач, связанного в т.ч. и с полетами за пределы низкой околоземной орбиты – например, к Луне. Тем не менее, говорить о завершении карьеры заслуженного «ветерана» рано: впереди у него еще долгая жизнь – только в пределах ныне действующей Федеральной космической программы (ФКП-2025) намечено проведение 16 запусков «Союза МС». И первый из них уже состоялся.

Печатная версия материала опубликована в журнале "Взлёт" № 7-8/2016