Пономарьова, Людський фактор у дослідженні космосу

від Валентини Пономарьової

у Володимирі Орел, вид., Інститут історії естествознання і техніки. Годічна наукова конференція, 1998 [Матеріали щорічної конференції Інституту історії природознавства і техніки 1998 р., Москва, с. 614-18.

З російської переклав Слава Герович

1) не було інформації про здатність людини функціонувати в космічних польотах;
2) був певний позитивний досвід у розробці та експлуатації автоматичних систем наведення на безпілотних космічних кораблях;
3) ключова проблема забезпечення безпеки пілота була тісно переплетена з проблемою управління.

Отже, філософія проектування системи наведення як у радянському, так і в американському проектах базувалася на концепції пріоритету автоматичного наведення, згідно з якою всі регулярні процедури контролю були автоматизовані, тоді як ручна система [управління] була зарезервована для надзвичайних ситуацій. Спочатку було бажано взагалі виключити людину з процесу контролю.

Технічні можливості реалізації цієї концепції в Радянському Союзі та в США були різними: вага пілотованого космічного корабля "Схід" на орбіті становив 4,5 т, тоді як вага Меркурія становила лише 1,3-1,8 т. Цей фактор мав великий вплив на параметри бортових систем і визначив ставлення конструкторів до ролі людей на борту космічного корабля.

Безпека польоту традиційно забезпечується підвищенням надійності бортових систем та пристроїв. Одним із методів підвищення надійності пілотованих космічних кораблів було забезпечення структурного та функціонального резервування для різних систем.

Значна вага «Востока» дозволив резервувати практично всі життєво важливі системи, за винятком гальмівного блоку двигуна (TDU). Як правило, на борту встановлювали дублікати пристроїв, що давало можливість побудувати досить надійний, повністю автоматизований космічний корабель. Функцією космонавта було спостереження за бортовими системами.

На відміну від Сходу, невелика вага Меркурія обмежила надмірність бортової системи. У багатьох системах створювалось резервне копіювання лише окремих схем або деталей; в результаті цей космічний корабель мав низьку надійність. Єдиним способом підвищення безпеки польоту було створення резервної копії бортових систем з ручним управлінням. Тому космонавтам були надані широкі функції управління: вони могли контролювати всі бортові системи та змінювати програму польоту, навіть у таких потенційно ризикованих ситуаціях, як досягнення орбіти та спуск з орбіти. У багатьох випадках їм доводилося приймати рішення щодо управління не на основі вказівок Землі, а поточної інформації про параметри ракети та траєкторію польоту, отриману на борту. Під час перших польотів через значну кількість збоїв в системі наведення астронавти вже були змушені виконувати не просто експериментальні, а реальні функції управління. Тому концепції, реалізовані в системах наведення першого пілотованого космічного корабля, фактично виявилися діаметрально протилежними.

Окрім технічних можливостей, що визначаються вагою ракет, доставлених на орбіту, тут відігравали роль і інші фактори, включаючи специфічні традиції в галузі техніки, які послужили основою для першого пілотованого космічного корабля. У США технологія космічних кораблів розвивалася на авіаційній основі, а повага і довіра до пілота, характерна для авіації, природно переносилася на космічну техніку. У Радянському Союзі технологія космічних кораблів базувалася на артилерії та ракетобудуванні. Ракетознавці ніколи не мали справу з "людиною на борту"; для них концепцію автоматичного управління було набагато легше зрозуміти.

Уроки, отримані з польотів "Схід" та "Меркурій", сформували подальший розвиток радянської та американської пілотованих космічних програм. Система наведення Близнюків надавала пріоритет ручному керуванню на різних етапах, включаючи активні фази, побачення та стикування. Це дозволило забезпечити надійне функціонування системи з ненадійними деталями: недостатня надійність технології компенсувалася майстерністю та компетентністю пілота.

Спочатку пріоритет, який віддавався автоматичному керуванню на Востоку, був виправданим. Однак безрезервна орієнтація на автоматизацію та відсутність довіри до космонавта зберігалися протягом фази проектування "Союзу", незважаючи на те, що на той час досвід як з безпілотними космічними кораблями, так і з пілотованими польотами вже продемонстрував, що такий підхід був ірраціональним (наприклад, вихід з ладу системи наведення "Схід-2", перші випробувальні польоти "Союзу" і особливо орбітальний політ В. М. Комарова). Пояснити цю ситуацію можна кількома факторами.

По-перше, "Союз" спочатку проектувався як частина місячного космічного ракетного комплексу, який збирався на орбіті. Для складання цього комплексу було потрібно п'ять стикувань, а чотири з них мали виконуватися безпілотними космічними кораблями. Тому розробка системи автоматичного управління для зустрічі та стикування була одним із найважливіших завдань у розробці цього комплексу.
По-друге, тут зіграло свою роль добре відоме правило розвитку технології: базова ідея, яка колись була реалізована з будь-якої причини в тому чи іншому пристрої, якщо вона виявиться успішною, значною мірою визначить подальший розвиток цього пристрою. Це правило можна чітко спостерігати під час розвитку пілотованих космічних польотів у Радянському Союзі та в США в 1960-х роках.

Однак найважливішим фактором, який визначав орієнтацію на автоматичне управління, була загальна технологічна тенденція 1960-х років - широке поширення автоматизації процесів управління в технологічних системах різного роду та призначення. Необхідність автоматичного управління в ракетно-космічній техніці була об'єктивною: вона була продиктована технічними характеристиками систем та умовами їх використання. Однак в автоматизації процесів управління, в тому числі на борту космічного корабля, переважав машиноцентричний підхід. Багато хто вважав, що надійність і ефективність пілотованих космічних кораблів повністю визначаються надійністю технічних систем, і концептуалізували автоматизацію управління як повну заміну людської діяльності функціонуванням технічних пристроїв. Вони також пропустили, що система "людина-літак" (тим більше "людина-космічний корабель") не є автономною: технічне обладнання та персонал на місцях також брали участь у контролі польоту, але їх надійність не враховувалася.

Подальший досвід перших радянських випробувальних стикувальних станцій довів, що такий підхід не був виправданим: автоматичні системи часто виходили з ладу; рандеву та стикування не були успішно виконані в жодному з тестів. Саме в наполегливих зусиллях радянських конструкторів створити автоматичну систему управління заходом на посадку і стикування та виключити космонавта з контуру управління слід шукати причину нашого відставання від американців у другій половині 1960-х. Це очевидно з порівняння між "Союзом" та "Близнюками", які розроблялись практично одночасно.

Цей досвід продемонстрував, що неможливо створити абсолютно надійну автоматичну систему, і рано чи пізно люди стикаються з необхідністю діяти після відмови обладнання. Космонавт повинен бути постійно готовий взяти на себе функції невдалої системи. Але якщо його функції обмежуються лише моніторингом та спостереженням, тоді він фактично виключається з процесу контролю. Щоб мати змогу долучитися до процесу управління, він повинен мати міцні навички ручного управління, що базуються не тільки на його досвіді наземних випробувань, а й на виконанні функцій управління в реальних умовах польоту. Якщо космонавт втрачає такі навички через свою пасивну роль, ймовірність обрати та провести правильну процедуру в надзвичайних ситуаціях буде невеликою. Це протиріччя властиво системам автоматичного управління.

Прагнення до абсолютно надійної автоматичної системи призводить до створення (можливо, кількох) надлишкових контурів управління, але, незважаючи на зростаючу складність, розміри та вагу систем управління, область їх застосування залишається обмеженою. Тут виникає ще одне протиріччя: протиріччя між поточним рівнем надійності та вартісно-ваговими характеристиками системи.

Ці суперечності, в основному характерні для початкового періоду розвитку радянської пілотованої космічної техніки, підкреслювали неефективність та відсутність підстав для машиноцентричного підходу до проектування пілотованих космічних кораблів. Зрештою дизайнери визнали провідну роль людини в забезпеченні ефективності та безпеки космічних польотів. Це дало поштовх розвитку напівавтоматичних систем управління.

Немає сумнівів, що, незважаючи на велику кількість надзвичайних та надзвичайних ситуацій, програми "Близнюки" та "Аполлон" були успішно завершені, оскільки в Сполучених Штатах з самого початку пілотовані космічні кораблі були сконструйовані з орієнтацією на напівавтоматичні системи управління, в яких провідні і вирішальна роль відводилася космонавтам. Система наведення Близнюків була вже напівавтоматичною, а система наведення "Аполлон" була сконструйована таким чином, що один космонавт міг виконувати всі операції, необхідні для повернення з будь-якої точки місячної орбіти, незалежно від інформації, отриманої з Землі.

Врешті-решт зустрілися протилежності: напівавтоматичні системи становили «золоту середину», до якої радянська та американська космонавтика підходили з двох протилежних напрямків: Радянські, що виходили з автоматичних систем, і американські, можна сказати, ручні.