При стыковке кольцо с направляющими активиого АПАСа должно сдвинуться и повернуться так, чтобы совместиться с ответным пассивным кольцом, найти свое нужное положение. Аналогия с посадкой напрашивалась, однако стыковка требовала большего. При посадке на четыре ноги дифференциальная схема обеспечивала три степени подвижности. Для стыковки необходимо увеличить число степеней свободы до шести, с тем чтобы компенсировать боковые смещения и перекосы. Соответственно, это требовало большого количества связей. Появились также дополнительные функции: сцепка, демпфирование, выравнивание и стягивание. Тем не менее дифференциальная идея оказалась плодотворной и для этой более сложной системы.
Дифференциальные связи между всеми шестью штангами, на которых устанавливалось кольцо с направляющими, позволяли кольцу перемещаться и поворачиваться в любом направлении. В принципе, подобным образом соединены ведущие колеса и двигатель обычного автомобиля, для которых дифференциальная связь компенсирует разность пути на виражах. Однако для обычного автомобиля достаточно одного дифференциала. Если нужен второй ведущий мост, появляются еще два подобных узла. В стыковочном механизме с шестью штангами, которые могут двигаться независимо, требуется пять дифференциалов. Благодаря таким связям общая длина штанг остается постоянной: удлинение одних компенсируется укорачиванием других. Например, если одна сторона кольца поднимается, другая опускается, кольцо как бы покачивается относительно центра. При перемещении вбок оно движется почти не наклоняясь. Переместить кольцо по шестой степени свободы, чтобы приблизить его к неподвижному основанию, удается только в том случае, если увеличить силу принудительного движения кольца так, чтобы провернуть фрикционный тормоз, стоящий между штангами и приводом.
Как показывал анализ, дифференциальный стыковочный механизм имеет существенные преимущества перед механизмом с независимыми штангами–амортизаторами. Для лучшего понимания их следует остановиться еще на одной особенности стыковки с помощью АПАС. Корабли обычно подходят друг к другу не соосно, а со смещением или с перекосом. Чтобы сцепиться, этот перекос требуется компенсировать, то есть наклонить кольцо. С одной стороны, при небольших скоростях сближения кинетическая энергия сравнительно мала, поэтому пружины амортизаторов должны быть мягкими. С другой стороны, после сцепки требуется вернуть кольцо в исходное положение, выровнять корабли, поэтому пружины желательно иметь жесткими. На практике необходим компромисс, и это лишь одно из противоречий, которое приходится преодолевать конструктору.
Дифференциальные связи между штангами и фрикционным тормозом привода фактически позволили оптимизировать непростую пространственную кинематику. Наряду с уже сказанным, новая концепция дала дополнительные преимущества. Во–первых, при стягивании кольца отсутствуют силы, препятствующие движению; во–вторых, имеется возможность принудительно выровнять и зафиксировать кольцо в выровненном положении, а затем в этом положении перемещать его приводом; в–третьих, с помощью простых контактных датчиков можно контролировать выровненное положение.
Позднее, в июле 1975 года и 20 лет спустя, в 90–е годы, достоинства дифференциальной кинематики наглядно проявились на практике стыковок в космосе, тогда они стали почти очевидны.
Не помню, чтобы в 1972 году кто?то из руководства открыто выражал сомнения в правильности выбранного решения. Только много лет спустя Черток, заместитель главного конструктора, рассказал мне о том, как Калашников, руководитель нашего комплекса, предупреждал при нем Вильницкого: «Смотри, Лев, подведет тебя Сыромятников, молодой он еще». Черток успокаивал: «Молодость — это недостаток, который быстро проходит, зато придает силы и смелость».
В июле 1972 года, в Хьюстоне академик Петров, добрый, на вид мягкий человек, в плавательном бассейне (наверно, чтобы не подслушали американцы) с каменным лицом сказал нам с Бобровым: «Вы за ваш АПАС отвечаете головой, ваша судьба в ваших руках». Мы это понимали.
Оглядываясь назад, должен отметить: нет, я не боялся, хотя понимал опасность. Проект уже вовсю катился вперед, другой концепции мы не разрабатывали, запасного варианта не существовало. Положение, действительно, сложилось очень серьезное: если бы идея оказалась порочной, вся концепция могла рухнуть. Моя профессиональная карьера на этом, возможно, закончилась бы, ведь речь шла о первом международном проекте космического масштаба. Престиж страны, всей советской космической техники был поставлен на карту. Нет, мне бы наверняка несдобровать.
Эти политические соображения не прибавляли оптимизма, необходимо было срочно проверить идею.
Сначала я попытался организовать практическую проверку новой кинематики параллельно с основной деятельностью по ходу проекта. Для этого нужно было создать действующую модель. Сделать это было трудно, так как требовались большие материальные затраты, связанные с ее изготовлением. Следовало найти повод, чтобы включить моделирование в основное русло международной деятельности. Идеальным выходом мог бы быть дополнительный модельный этап совместных работ, если бы американцы согласились в нем участвовать. К счастью, удалось подыскать хороший повод: весь метод, с помощью которого решили обеспечивать совместимость, также был новым, беспрецедентным. Его тоже следовало бы предварительно проверить практически, сначала на моделях.
Такова предыстория всей дальнейшей модельной деятельности.
В сентябре мне удалось уговорить нашего технического директора Бушуева, а уже в октябре, на встрече в Москве, я убедил своего коллегу Д. Уэйда в необходимости промежуточного экспериментального шага. Моей радости не было предела, когда после некоторых дебатов и консультаций Г. Ланни согласился с предложением, хотя и без энтузиазма. Как раз на этой встрече принимали план совместной разработки и испытаний стыковочного устройства. В нем предусмотрели дополнительный этап: обе стороны должны построить масштабные модели своих АПАСов и провести совместные испытания.
После окончания встречи мы, засучив рукава, приступили к детальному конструированию. К весне 1972 года рабочие чертежи были подготовлены, а состоявшаяся в апреле встреча в Хьюстоне, на которой согласовали интерфейсы, открыла дорогу для изготовления моделей. Совместные испытания наметили на конец года.
Модели назывались масштабными, то есть выполненными в меньшем масштабе, чем настоящие АПАСы. Масштабный коэффициент по предложению американцев выбрали несколько необычным, нецелым: 1:2,5. Они интерпретировали его как 2:5, но их единицам измерения удивляться не приходилось. Тем не менее интуиция и здравый смысл наших коллег не подвели, масштаб они угадали правильно. В этом мы убедились, когда модели были уже готовы: они получились не слишком громоздкими, но достаточно большими, чтобы без особых трудностей воспроизвести основные, существенные детали. Это оказалось особенно важно для нашей модели, в которой воспроизводились все действующие элементы механизма, включая дифференциальные связи. Так что нашим сборщикам из цеха точной механики не пришлось «подковывать блоху».
Работа проводилась независимо, параллельно в обеих странах. Приехав в Хьюстон в июле 1972 года, мы не ожидали увидеть уже готовые модели. В это время наши механизмы находились в процессе изготовления. Сроки совместных испытаний были еще далеки, но, возвратившись в Москву и заручившись поддержкой Бушуева, стыковщики вместе с заводчанами срочно приняли меры для ускорения работ. Это был очень полезный урок. На всех последующих этапах мы уже не отставали от своих партнеров ни в подготовке документации, ни в изготовлении оборудования.
Нужно еще раз подчеркнуть, что в изготовлении наши модели оказались более трудоемкими, чем американские. Модели воспроизводили будущие полномасштабные конструкции, поэтому они были полностью действующими. Ведь нам требовалось не только проверить общую конфигурацию и взаимодействующие элементы, но и воссоздавать работу дифференциального механизма, поскольку именно он вызывал сомнения. Для меня эта задача была тогда главной.
Производство моделей завершилось уже к концу августа. Для динамических испытаний построили специальный стенд. Первый прототип этого стенда с горизонтальной тележкой и качающимся грузом спроектировали еще в середине 60–х годов. Его построили сначала в Казани, а затем в Азове для проверок стыковочных механизмов штырь—конус. На стенде хорошо имитировались основные фазы стыковки, это позволяло проверить работоспособность нового стыковочного механизма. После довольно продолжительных хлопот удалась добиться специального помещения: нам выделили небольшое здание, где раньше располагалась ацетиленовая станция, рядом с приборным корпусом. С «ацетиленкой» связан важный этап развития стыковочной техники; здесь позднее испытывались полномасштабные АПАСы, включая тот, который состыковал корабли «Союз» и «Аполлон» в космосе.