заметка от 17-02-2003 (о сайте)

Вестник авиации и космонавтики
февраль 2001 года, N 2

Создание и испытание воздушно-космического самолета "Буран"

Расширение объема работ ЛИИ по космической тематике связано с программой «Энергия-Буран». Перед специалистами ЛИИ возникла чрезвычайно сложная проблема летной отработки и испытаний воздушно-космического самолета (ВКС) с принципиально новыми бортовым оборудованием и системами. ВКС должен совершать бездвигательную посадку по крутым глиссадам с высокой степенью безопасности и надежности. В авиации этот режим относится к нештатным, и перевод бездвигательной посадки в штатный режим потребовал пересмотра требований к характеристикам бортовых и наземных средств обеспечения полета. В первых двух космических полетах посадка должна была совершаться в автоматическом режиме без экипажа на борту орбитального корабля. Последующие полеты предусматривали участие экипажа, но только после того, как надежность и безопасность будут соответствовать требуемому уровню. Это возможно, если создание автоматического контура управления согласовано с особенностями контура ручного управления, зависящего от человеческого фактора.

Поэтому ЛИИ в тесном сотрудничестве с другими предприятиями (НПО «Молния», ЦАГИ, НПКБ «Марс», НПО АП и др.) приступил к выполнению работ по следующим направлениям: исследование методов и средств управления ВКС «Буран»; формирование и подготовка экипажей; разработка технологии отработки и испытаний с использованием штатных систем орбитального корабля; создание специальной экспериментальной базы и разработка методов и программ ее использования.

Для их реализации потребовалось привлечь лучших специалистов института, создать гибкую систему их оперативного взаимодействия. Работы возглавили такие ученые и летчиков-испытателей ЛИИ: А.Д.Миронов, К.К.Васильченко, Л.М.Берестов, И.П.Волк, А.А.Манучаров, В.С.Луняков, В.П.Васин, В.И.Бочаров, Н.С.Мельников.
Стержнем этой программы была отработка системы управления ВКС «Буран», которая потребовала совершенствования существующих методов и разработки новой технологии летных испытаний.

Проблема управления спуском и посадкой ВКС «Буран» заключалась в том, что с высоты 100 км и на расстоянии до места приземления 8000 км необходимо было определить и реализовать для летательного аппарата (ЛА) с отсутствием тяги двигателя такую траекторию полета, при которой будет осуществлено приземление с первого захода на заданный аэродром, исключая недолет, перелет и боковое отклонение от посадочной полосы, исчисляемое в метрах, и это при том, что имеет место нестационарность начальных условий, параметров атмосферы и аэродинамики.
Создание такой системы управления требовало проведения комплекса исследований, в процессе которых, естественно, зачастую боролись альтернативные точки зрения, ЛИИ принимал участие в комплексе этих исследований, опираясь на весь предыдущий опыт отработки и испытаний авиационных систем управления. В ходе первых полетов на самолетах изучалась возможность без двигательной посадки по крутым глиссадам. Одновременно определялись факторы необходимой поддержки экипажа, которые легли в основу требований и к бортовым, и наземным средствам обеспечения.

Исследования по разработке алгоритмов и методик управления расширили понимание роли экипажа в системе управления ЛА и завершились созданием иерархической структуры управления с пятью уровнями, в зависимости от выбора которых определяются функции экипажа, Предложенный подход к решению задачи управления спуском и посадкой ВКС был исследован и отработан, что поводило сформировать принципы и алгоритмы управления.

В ЛИИ накопление опыта подготовки космонавтов началось в 60-х годах, когда на базе института проходил подготовку первый отряд космонавтов СССР, Однако специфические функции экипажа ВКС «Буран» потребовали проведения дополнительных исследований. Поэтому требования к содержанию и объему подготовки определялись и уточнялись в процессе разработки орбитального корабля, его систем и наземных систем обеспечения посадки.

Для проведения летных испытаний и подготовки экипажей ВКС «Буран» в 1979 г. в ЛИИ была создана группа летчиков-испытателей, которую в дальнейшем преобразовали в отряд космонавтов-испытателей. В него вошли: И.П.Волк, А.С.Левченко, Р.А.А.Станкявичюс, О.Г.Кононенко, А.В.Щукин, У.Н.Султанов, М.О.Толбоев, В.В.Заболотский, С.Н.Тресвятский, Ю.П.Шеффер.
С первых шагов разработки системы подготовки экипажей было ясно видно, что она должна быть гибкой, учитывающей не только особенности и способности летчика, характеристики летательного аппарата, сложность летного задания, но и необходимость совершенствования системы управления, системы отображения информации и органов управления. Поэтому получили развитие как отдельные программы: теоретическая, стендовая, специальная летная и медико-физиологическая подготовка экипажа. Необходимость большого объема и разноплановости занятий определялась сложностью пилотирования орбитального корабля с низким аэродинамическим качеством без двигателя при спуске и посадке, так как это, по сути, - управление «падающим» летательным аппаратом - вертикальная скорость составляла от 50 до 100 м/с. От летчика требовался расчет избытка высоты, запаса энергии с учетом параметров полета (вектора состояния корабля) в текущей точке и выбор дальнейшей траектории с рациональным распределением энергии до места посадки.

Для отработки и испытаний ВКС «Буран» со сложной динамикой полета, с принципиально новым бортовым оборудованием и разветвленной сетью наземных систем и комплексов обеспечения полета потребовалось дальнейшее совершенствование существующих методов и разработка новой технологии летных испытаний. Ее основой явилось взаимозависимое сочетание моделирования и летных испытаний. Это позволило сократить объем летных испытаний, повысить их безопасность и значительно снизить материальные затраты. Единая методика отработки включала: моделирование, исследование на стендах, летающих лабораториях и аналоге «Бурана» с конкретными объемами работ для оценки необходимого уровня безопасности и надежности.
Сейчас можно с уверенностью сказать, что одним из важных условий успешной посадки ВКС «Буран» было проведение исследований и испытаний на летающих лабораториях (ЛЛ), что значительно сократило сроки и риск возможных потерь. Полеты на ЛЛ позволили сделать ряд замечаний по системе управления ВКС «Буран» и внести предложения по ее доработке, в частности, по существенному изменению траектории захода на посадку и приземления, методике первого выравнивания при бездвигательной посадке. Испытания на ЛЛ выявили целый ряд недостатков, не обнаруженных на предварительных этапах отработки оборудования, и позволили дать рекомендации по их устранению.
Исследования показали, что разработка группы ЛЛ на базе серийных самолетов не позволяет провести весь объем необходимых работ, и требуется аналог «Бурана». Его проектирование началось с решения вопроса: он будет летать как планер или как самолет? ВКС «Буран» возвращается из космоса и совершает посадку без двигателя, так как вывод в космос каждого килограмма веса обходится очень дорого.

Специалисты остановились на простой и отработанной схеме с самолетным взлетом (при помощи установки двух двигателей АЛ-31 и двух двигателей АЛ-31ФМ) и бездвигательной посадкой. Выбранная схема проведения испытаний позволила сочетать в одном полете много режимов и получить больше результатов, чем при сбросах с самолета-носителя, как это делали в США при создании «Спейс Шаттла». В одном полете выполнялось несколько заходов на посадку с последующим уходом на второй круг, осуществлялся принцип постепенного перехода от простых режимов к сложным с обеспечением необходимого уровня безопасности. Именно достоинства принятой схемы проведения летных испытаний обеспечили более надежную подготовку летчиков к выполнению основных испытательных режимов ВКС «Буран» - заход на посадку и посадку по штатной крутой глиссаде, как и ручном, так и в автоматическом режимах.

Результаты летных испытании подтвердили правильность принятых решении, что в совокупности с другими результатами экспериментальной отработки позволило достичь высокой вероятности успешной посадки.
15 ноября 1988 года первый в нашей стране беспилотный космический аппарат ВКС «Буран» совершил космический полет, завершившийся первой в мире блестящей автоматической посадкой.

Ю.Е. Ушаков, начальник отделения, кандидат технических наук
Ю.Н. Сопов, заместитель начальника отделения

Переход на: