Космическая связь с высокого эллипса: 60 лет запуску первой «Молнии»
23 апреля 1965 года был возведён первый космический телемост между Москвой и отдалёнными уголками нашей страны. Сегодня уже не вызывает удивления возможность не только видеть изображение из других стран мира на экране телевизора, но и самостоятельно принимать спутниковые телеканалы и широко пользоваться интернетом. Однако в начале 1960-х работа в области спутниковой связи только начиналась и велась по разным направлениям.
Два подхода к космической связи
Принцип функционирования системы таков: наземная передающая станция посылает радиосигнал на спутник, который, в свою очередь, ретранслирует его на принимающую станцию. Там сигнал расшифровывается и обрабатывается. Этот процесс можно реализовать несколькими способами. Например, с помощью большого количества низкоорбитальных спутников, как это делает сейчас система Starlink. Или с помощью считанного числа аппаратов, запущенных на геостационарную орбиту.
Оба подхода позволяют обеспечить глобальное покрытие, что делает спутниковую связь идеальной для удалённых и труднодоступных регионов. При этом связь мало зависит от наземной радиорелейной инфраструктуры.
Уже в начале 1960-х специалисты планировали в будущем оснащать терминалами транспортные средства, такие как корабли и самолёты, обеспечивая связь в пути.
Работы по созданию первого советского космического активного ретранслятора «Молния-1» — были инициированы на основании решения ЦК КПСС и Совета министров СССР, принятого 30 октября 1961 года. В этом постановлении не было речи о создании системы связи, а ставилась более узкая задача: разработать и изготовить силами ОКБ-1 два экспериментальных аппарата, исследовать распространение радиоволн и получить опыт передачи телефонных и телеграфных сообщений через спутник.
Однако Сергей Королёв поставил перед своими конструкторами и соисполнителями более масштабную задачу: разработать не просто опытный аппарат, а спутник, способный работать как минимум 6–9 месяцев, пригодный для экспериментов по связи на всей территории СССР и служащий прототипом для будущей эксплуатационной системы.
По воспоминаниям Бориса Чертока, «своим рождением «Молния-1» обязана прежде всего неукротимой инициативе Королёва. Это он втиснул ее в «набитый до отказа рюкзак» [заказов]». По его мнению, творческий вклад специалистов ОКБ-1 в создание «Молнии-1» превосходит многое из того, что было сделано для пилотируемых кораблей «Восток» и «Восход».
Трудности запуска и управления стали ясны уже на этапе изучения возможности развёртывания многоспутниковой группировки, которая должна была состоять из сотен космических аппаратов на низких орбитах.
Также не было полной ясности относительно использования геостационара. Во-первых, эффективность спутников, висящих над экватором, снижалась при вещании на высокие широты. Во-вторых, расчёты баллистиков показали, что существующие средства выведения (на тот момент самая мощная четырёхступенчатая модификация ракеты «Р-7») могли вывести на геостационарную орбиту лишь небольшой груз — не более 150–200 кг. Такой аппарат не смог бы выполнить поставленную задачу на том уровне развития техники.
Тем не менее, было рассчитано, что для территории СССР возможно обеспечить длительный сеанс связи, если запустить космический аппарат на вытянутую эллиптическую орбиту, апогей которой высотой около 40 тысяч км располагался над северным полушарием, перигей 400 км — над южным, а наклонение составляло 65°.
Такая орбита обеспечивала непрерывную видимость спутника из Москвы и Владивостока в течение 8–9 часов. Аппарат как бы замирал в апогее и был виден со всей территории СССР.
На такую орбиту четырёхступенчатая «семёрка» выводила спутник массой 1500-1600 кг. Система из трёх-четырёх спутников, которые по очереди «всплывают» над северным полушарием, могла обеспечить круглосуточную связь.
Однако в отличие от геостационарной высокоэллиптическая орбита требовала оснащения наземных пунктов связи дорогостоящими следящими антеннами для работы со спутником-ретранслятором. Размеры антенн удалось ограничить за счёт установки мощной приёмо-передающей аппаратуры на спутнике.
Разработанные предложения позволили получить разрешение создать в ОКБ-1 четыре космических аппарата и разработать экспериментальную линию связи между Щёлково и Уссурийском. Но для реализации этой идеи инициативы и настойчивости Королёва, как и творческого энтузиазма непосредственных исполнителей было мало — требовались и значительные материальные ресурсы, учитывая неопределённость перспектив.
Противники и союзники
Военные не были заинтересованы в заказе, поскольку не видели необходимости в специальном спутнике связи. Министерство связи, являвшееся абсолютным монополистом в области радиовещания и телевидения, также не разглядело перспектив в космических коммуникациях.
В Министерстве обороны вопросами разработки новых средств связи занималось управление, возглавляемое маршалом войск связи Алексеем Леоновым. Оно поддерживало работы по созданию тропосферных радиоканалов и радиорелейных систем, но в первую очередь ориентировалось на засекреченные проводные и кабельные линии кодированной многоканальной высокочастотной связи.
Идея спутниковой связи получила поддержку не от военных связистов, а от военных ракетчиков, подчинённых главнокомандующему Ракетных войск стратегического назначения, маршалу Советского Союза Николаю Крылову. Ракетчики остро нуждались в надёжной связи между центральным штабом и ракетными дивизиями, в которые поступали на дежурство десятки новых стратегических ракет.
Керим Керимов, занимавший в то время должность начальника Четвёртого управления Главного управления ракетного вооружения (ГУРВО), оказал существенную поддержку разработке. Министр связи Николай Псурцев, который до 1948 года был заместителем начальника войск связи Советской Армии, поначалу не проявлял к идее особого интереса. Однако в системе Министерства связи нашлись люди, которые с самого начала поддержали специалистов ОКБ-1. Это помогло получать необходимые визы от министров на проектах постановлений правительства.
В ОКБ-1 проект спутника подготовила группа Вячеслава Дудникова в проектном отделе №29, возглавляемом Евгением Рязановым. Ведущим конструктором был Дмитрий Слесарев, а техническим руководителем до мая 1964 года являлся Павел Цыбин, а затем — Борис Черток.
Сложнее, чем космический корабль
Специалисты создали основу для аппарата — платформу, как её теперь называют. Она представляла собой цилиндрический герметичный отсек, в котором размещалась служебная и ретрансляционная аппаратура. К платформе крепились шесть откидывающихся панелей солнечных батарей. Сверху располагалась двигательная установка для коррекций орбиты и ориентации аппарата в пространстве. Кроме того, на платформе были установлены антенны, внешние радиаторы системы терморегулирования, исполнительные органы и шар-баллоны с запасами азота для системы ориентации.
Спутник должен был совершать полет, ориентируясь на Солнце продольной осью и панелями солнечных батарей. При размахе 8 м они имели общую площадь 20 кв. м и генерировали 1500 ватт электроэнергии. Две остронаправленные параболические антенны диаметром 1,4 м наводились на Землю поворотом всего аппарата вокруг оси и силовым приводом антенн по тангажу.
Транспондерный комплекс «Альфа» был разработан в НИИ-695 под руководством Мурада Капланова. Борис Черток отмечает, что наиболее важным элементом ретранслятора с точки зрения надёжности была лампа бегущей волны (ЛБВ). В этом устройстве электричество преобразовывалась в энергию токов высокой частоты. КПД ЛБВ был очень низким, и большая часть энергии уходила в тепло. Поэтому все ЛБВ были выделены в отдельный блок и оснащены системой жидкостного охлаждения. Кроме того, комплекс был пятикратно резервирован: установлены три передатчика на ЛБВ с выходной мощностью 40 Вт и два с мощностью 20 Вт.
Комплекс работал в дециметровом диапазоне на частотах 0,8 и 1,0 ГГц и мог передавать одну телевизионную программу или 30 телефонных каналов. При телефонной связи выходная мощность передатчика составляла 14 Вт — что для космического аппарата очень много.
Температурный режим спутника поддерживался с учётом постоянной ориентации его продольной оси на Солнце. На гермоотсеке корпуса в плоскости солнечных батарей стоял радиатор-нагреватель. Его поверхность оклеили фотоэлектрическими преобразователями, что увеличило общую площадь солнечных батарей.
За радиатором-нагревателем вокруг цилиндрической стенки гермоотсека имелся радиатор-холодильник. Автоматическое переключение потока циркулирующей в радиаторах жидкости позволяло охлаждать блок ЛБВ и поддерживать тепловой режим всего устройства.
В основе системы ориентации и стабилизации лежал трёхстепенной силовой гироскоп в упруговязком подвесе, разработанный Николаем Шереметьевским в НИИ-627 под руководством Андроника Иосифьяна. Управление аппаратом осуществлялось с помощью системы, созданной в отделе Бориса Раушенбаха в ОКБ-1.
После отделения спутника от ракеты-носителя и ориентации на Солнце гироскоп раскручивался до высоких оборотов, сохраняя постоянное направление своей оси в пространстве. Космический аппарат как бы зависал, удерживаемый гироскопом. Система дополнялась соплами на сжатом газе от корректирующей двигательной установки.
Сочетание силового гироскопа и микродвигателей позволило создать высокоэффективную систему ориентации с минимальным расходом рабочего тела.
Коллектив под руководством Владимира Хрусталёва из ЦКБ-589, возглавляемого Николаем Виноградовым, разработал датчики для измерения параметров Земли и Солнца. Блок командной радиолинии, телеметрии и контроля орбиты был создан в СКБ-567 под руководством Анатолия Белоусова. А корректирующую двигательную установку разработали в ОКБ-2 под руководством Алексея Исаева. В качестве основы для неё взяли двигатель многократного включения с тягой 200 кгс, который использовался на межпланетных станциях семейства МВ.
Двигатель включался бортовым программно-временным устройством над невидимым с территории СССР южным полушарием. Это же устройство позволяло проводить до шести сеансов связи в автоматическом режиме.
Трудный путь в космос
Проспект, посвящённый ключевым аспектам проекта спутника связи «Молния-1», появился в начале 1962 года. В середине того же года был представлен эскизный проект, а к 30 мая 1963-го был полностью завершён проект по разработке средств дальней радиосвязи с использованием спутников-ретрансляторов.
Однако ещё за несколько месяцев до этого, в конце 1962 года, на сборочном участке №44 под руководством Григория Маркова была изготовлена первая «Молния-1». В первой половине 1963-го её планировалось отправить на Байконур для запуска.
Однако испытания первого экземпляра спутника на контрольно-испытательной станции (КИС) у Анатолия Андриканиса заняли целых 14 месяцев. На ходу вбирая опыт «старшей сестры», КИС параллельно проходила вторая «Молния-1», опережая первую. Именно экземпляр №2 в апреле 1964-го отправился на полигон.
Когда дело дошло до запуска, министр связи Николай Псурцев все же согласился занять рискованный по тем временам пост председателя Государственной комиссии по испытаниям спутника. Это повысило престиж всей программы.
«Молния-1» №2 стартовала 4 июня 1964 года. В конце работы второй ступени произошло преждевременное исчерпание топлива, турбонасос пошёл вразнос, вызвав аварийное отключение двигателя. Первый аппарат был потерян.
22 августа 1964 года был успешно запущен и выведен на орбиту спутник «Молния-1» №1. Председателем Госкомиссии в этом и последующем запусках стал генерал-лейтенант Керим Керимов.
Однако на аппарате не раскрылись обе параболические антенны: спешно отремонтированный кабель оказался в условиях космоса слишком жёстким и не позволил механизму раскрытия сработать. Спутник получил обозначение «Космос-41».
Хотя комплекс ретрансляции не функционировал, группа управления получила ценный опыт работы с реальным объектом, успешно протестировав все остальные системы. Выяснилось, что из-за несовершенства радиоаппаратуры срок активного существования составлял всего около полугода. На спутнике наблюдалась деградация фотоэлементов солнечных батарей под воздействием радиационных поясов и в результате термоциклирования. Изначально это явление обнаружили на спутниках «Электрон», запущенных в январе и июле 1964 года.
Работу с «Космосом-41» завершили 26 мая 1965 года. Модернизация системы развёртывания антенн и наземная отработка третьего аппарата заняли восемь месяцев.
В марте 1965 года «Молния-1» №3 была доставлена на Байконур и запущена 23 апреля.
Носитель отработал безупречно, антенны раскрылись, но… ретранслятор не включился! Спасла интуиция Бориса Чертока: после полутора десятков команд подряд, поданных на борт, злосчастное реле наконец сработало — сигнал пошёл.
Начало космической эры в телевещании
Первого мая жители Владивостока смогли увидеть в прямом телеэфире демонстрацию, которая проходила в Москве. Девятого мая состоялся парад на Красной площади, а москвичи наблюдали за морским парадом в бухте Золотой Рог. От имени секретаря Приморского крайкома КПСС разработчики «Молнии-1» получили личную благодарность. После этого были успешно проведены эксперименты по обмену цветными телепрограммами с Владивостоком.
После проверки телефонной связи на 30 каналов и подтверждения возможности передачи программ радиовещания была проведена коррекция орбиты аппарата. Первоначальная орбита «Молнии-1» №3 имела период 707 минут, и после двух витков спутнику не хватало 22 минут, чтобы завершить свой оборот. Поэтому трасса не замыкалась, а смещалась на 5,5° в сторону вращения Земли, к востоку. Если 23 апреля первый рабочий виток начался над точкой 15°в.д., то ко 2 мая его начало сместилось уже в 65°в.д.
Коррекция 2 мая подняла апогей спутника до 39957 км и увеличила период до 720,6 минут. Направление смещения трассы изменилось на западное, а скорость дрейфа уменьшилась до 1,5° в сутки. Хотя дрейф не удалось свести в ноль, это не было проблемой. Важно было доказать возможность коррекции орбиты вне зоны радиовидимости.
Успех проекта «Молния1» был не только техническим, но и политическим: руководство страны осознало необходимость космического телевидения. Вскоре было принято постановление ЦК КПСС и Совета министров СССР о создании системы космической связи и телевидения «Орбита», включая строительство 20 приёмных станций в крупных городах страны и начало серийного производства усовершенствованного аппарата «Молния-1».
Из ЦК поступило требование обеспечить телевизионное вещание в период ноябрьских праздников. Дмитрий Устинов, секретарь ЦК КПСС, ответственный за вопросы обороны, связался с Сергеем Королёвым и сообщил, что Дальний Восток не может жить без московского телевидения, и если проект не будет реализован, то секретарь крайкома будет жаловаться непосредственно Леониду Брежневу.
В это время на заводе в Подлипках в ускоренном темпе завершалась сборка «Молнии-1» №4.
В 1965–1966 годах серийное производство спутника было передано в ОКБ-10 (бывший филиал №2 ОКБ-1 в городе Красноярске-26, сейчас город Железногорск Красноярского края). Все работы по модернизации аппарата велись теперь под руководством Михаила Решетнёва. Первая «Молния-1», изготовленная в Сибири, была выведена на орбиту 25 мая 1967 года. Бортовые системы в данных спутниках были значительно улучшены.
«Молния-1» положила начало космической платформе КАУР-2. На её базе впоследствии были созданы все остальные спутники данного семейства: «Молния-1+» (1967), «Молния-2» (1971), «Молния-3» (1974), «Молния-1Т» (1983), «Молния-3К» (2001).
Самое популярное
