От «Янтаря-1» до «Кометы»

    Космический аппарат типа «Комета», в свое время имел конструкторское обозначение «Янтарь-1КФТ», а во время летных испытаний – «Силуэт». Рождение проекта аппарата «Комета» напрямую связано с рождением всей программы «Янтарь». 

1. 11Ф622 «Янтарь-1»

    Работа над темой «Янтарь» началась в СССР в 1964 г. В рамках этой программы предполагалось создать новое поколение спутников оптической разведки. Первое поколение таких аппаратов (спутники обзорной фоторазведки 11Ф61 «Зенит-2» и детальной фоторазведки 11Ф69 «Зенит-4») было разработано в ОКБ-1 под руководством С.П.Королева. В 1962–63 гг. работы по «Зенитам» перешли в Филиал №3 ОКБ-1 в Куйбышеве, где по документации ОКБ-1 был налажен выпуск «Зенита-2», а также по эскизному проекту ОКБ-1 велась разработка конструкторской документации и изготовление «Зенита-4». В 1964г. Приказом министра обороны №0045 комплекс обзорной фоторазведки «Зенит-2» в составе КА 11Ф61 и РН 11А92 был принят на вооружение Советской Армии.

    16 ноября 1963г. начались летно-конструкторские испытания и космического аппарата детальной фоторазведки 11Ф69 «Зенит-4».

    Однако эти аппараты были сравнительно велики (масса 4700–4800 кг), по сравнению с первыми американскими спутниками-фоторазведчиками серии Corona. В связи с этим Министерство обороны СССР выдало задание на разработку новой серии спутников обзорной и детальной фоторазведки, получившей название «Янтарь». Эти аппараты должны были обладать существенно улучшенными техническими характеристиками. Особенно это касалось повышения сроков активного существования в орбитальном полете КА. Ведь штатная продолжительность полета «Зенита-2» и «Зенита-4» составляла всего 8 суток. Спутники серии «Янтарь» должны были быть легче своих предшественников. Для их запуска предполагалось использовать не РН серии Р-7, а более легкие ракеты-носители. Разработку аппаратов «Янтарь» поручили конструкторскому бюро «Южное» (главный конструктор – М.К.Янгель). Ранее в этом КБ велась работа над малыми спутниками серии ДС. Это же бюро занималось и ракетами-носителями легкого класса.

    Для создания спутников фоторазведки в КБ «Южное» было решено разработать новое поколение аппаратов с возвращаемой капсулой. Для этого предполагалось создать унифицированную платформу, получившую обозначение ДС-У4. Для вывода на орбиту предполагалось использовать РН 65С3 «Космос-1».

    К концу 1964 г. КБ «Южное» разработало предэскизный проект унифицированного ИСЗ ДС-4 со спасаемой капсулой. В рамках этого проекта предполагалось создание КА оптической разведки двух типов: обзорного фотонаблюдения 11Ф622 «Янтарь-1» и детального фотонаблюдения 11Ф623 «Янтарь-2». КБ «Южное» предложило и ряд гражданских направлений использования ДС-У4. Среди них проекты ДС-У4-Т (технологический) и ДС-У4-Б (биологический). Однако ни один из ИСЗ этих серий так и не был выведен на орбиту. Как отмечалось в заключении экспертной комиссии, эти проекты не получили развития «из-за невозможности существенного снижения веса космического аппарата». Оба «Янтаря» при тех требованиях, которые выдвинуло Минобороны, не могли «вписаться» в энергетические возможности не только РН 65С3, но даже РН 11К69, которая только-только прорабатывалась в то время в КБ «Южное». К тому же, конструкторское бюро было сильно перегружено работами по созданию баллистических ракет для РВСН. После выпуска проектных проработок работа по «Янтарям –1 и -2», впрочем, как и по всей платформе ДС-У4, была прекращена.

2. 11Ф630 «Янтарь-1КФ»

    В то время как в КБ «Южном» пытались создать легкие «Янтари», в Филиале №3 ОКБ-1 тоже велся поиск новой концепции спутника-фоторазведчика.

    В 1964 г. в Куйбышеве производились проектные работы по модернизации старых спутников серии «Зенит». Вместе с тем в том же году в Филиале №3 начали искать принципиально новый подход к техническому облику перспективных космических комплексов. Так тема «Янтарь» перекочевала на берега Волги.

    С 1967 г. в Филиале №3 создавалась базовая модель спутника-фоторазведчика нового поколения. Он получил название «Янтарь-2К» и предназначался для ведения детального фотонаблюдения. Спутник имел большой спускаемый аппарат конической формы, возвращаемые капсулы, приборно-агрегатный и двигательный отсек.

    Год спустя, в 1968 г. Филиале №3 начал разрабатываться космический комплекс обзорного фотонаблюдения и картографирования второго поколения «Янтарь-1КФ»[3], велась разработка эскизного проекта. (К первому поколению картографических аппаратов относится спутник 11Ф629 «Зенит-4МТ», первый запуск которого состоялся в 1971 г. После принятия на вооружение в 1976 г. этот топографический спутник получил название «Орион».) За основу была принята опять же схема с коническим СА. Параллельно были подготовлены материалы для составления эскизного проекта на ракету-носитель 11А511М под объект «Янтарь-1КФ». Этот носитель разрабатывался в конце 60-х – начале 70-х годов под многие куйбышевские аппараты, но использовался лишь для вывода на орбиту с космодрома Плесецк все тех же топографических спутников «Зенит-4МТ», и то только с 1971 по 1976 гг.

    Тем временем в начале 1969г. был завершен этап эскизного проектирования ракетно-космического комплекса «Янтарь-2К». Работы над этим аппаратом велись при тщательном контроле высшего руководства военно-промышленного комплекса. 12 мая 1969 г. по поручению ЦК КПСС от 24 апреля 1969г. состоялось совещание министров Министерства обороны, Министерства общего машиностроения и Министерства оборонной промышленности СССР по комплексу «Янтарь». На этом совместном совещании было принято решение положить конструктивно-аппаратурную базу спутника «Янтарь-2К» в основу проекта программы развития средств фотонаблюдения. Программа должна была включать в себя:

   • комплексы детального и высокодетального наблюдения «Янтарь-4К», «Янтарь-6К» и «Янтарь-8К»;

   • комплексы обзорного и картографического наблюдения «Янтарь-1КФ», «Янтарь-3КФ» и «Янтарь-5КФ»;

   • комплекс оперативного наблюдения «Малахит».

    Всестороннее обсуждение этой программы на различных уровнях выявило основные направления, на которых Филиалу №3 ЦКБЭМ (название ОКБ-1 с 1966 г.) было предложено сосредоточить свои усилия. Это были комплексы 11Ф650 «Янтарь-6К», 11Ф661 «Янтарь-6КС», 11Ф630 «Янтарь-1КФ».

    В соответствии с этим решением в 1969–1970 гг. в куйбышевском КБ велся поиск путей создания нового комплекса обзорного и картографического наблюдения «Янтарь-1КФ», унифицированного с «Янтарем-2К». В том же 1970 г. начались опытно-конструкторские работы по этому комплексу. В соответствии с принятым в 1971 г. пятилетним планом, до 1975 г. должны были пройти испытания комплекс «Янтарь-1КФ» с принятием его на вооружение Советской Армии.

    Однако работы в Куйбышеве шли не так быстро, как хотелось бы. КБ было перегружено работами по «Янтарю-2К», модернизации «Зенитов», созданию новых модификаций ракет-носителей на базе 11А511. Лишь в декабре 1972 г. был выпущен эскизный проект комплекса «Янтарь-1КФ». Нужно было предпринимать срочные меры для ускорения работ по аппарату. 

3. «Янтарь-1КФТ»

    Чтобы ускорить создание нового топографического спутника, Филиал №3 предложил использовать в его составе уже отработанные элементы и целые отсеки спутников «Зенит». В 1972 г. появился проект комплекса «Янтарь-1КФТ». Его предлагалось создать все на той же базе спутника «Янтарь-2К», но с установкой на него спускаемого аппарата от спутников типа «Зенит». Проект оказался достаточно простым и привлекательным.

    Новый фотокомплекс «Жемчуг-104», разрабатываемый Красногорским заводом, должен был в несколько раз повысить точность координатной привязки объектов и обеспечить построение карт более крупного масштаба по сравнению с картами, создаваемыми на основе информации от космических аппаратов «Зенит-4МТ». Использование панорамной фотоаппаратуры должно было улучшить линейное разрешение на местности по сравнению с комплексом «Зенит-4МТ» при одновременном увеличении полосы захвата.

    26 марта 1973 г. отказ от «Янтаря-1КФ» и создание комплекса «Янтарь-1КФТ» было узаконено Постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР №182-63.

    Разработка нового проекта однако стала неожиданно пробуксовывать. Военные заложили очень высокие требования по точности привязки, детальности съемки и ширине захвата. К тому же, прорабатывались варианты оперативной доставки части отснятой пленки в возвращаемых капсулах. Масса аппарата постоянно росла. Встал вопрос о носителе для «Янтаря-1КФТ».

    Уже в 1972 г. в самом начале работы над 1КФТ стало очевидно, что ракета-носитель 11А511 или 11А511М не сможет вывести аппарат на орбиту. Поэтому уже в Постановлении N182-63 было предусмотрено создание новой модификации РН 11А511К. В 1975 г. в Центральном специализированном конструкторском бюро (ЦСКБ, так с 1974 г. назывался Филиал №3 ЦКБЭМ) были разработаны технические предложения по такой РН.

    Интересный эпизод того времени. Как вариант носителя 11А511К в ЦСКБ стал прорабатываться носитель на новом типе топлива – циклине. Эту РН было решено создавать на базе РН 11А511У2, поэтому она получила индекс 11А511У2. В необходимости разработке нового более грузоподъемного варианта «семерки» удалось убедить министра общего машиностроения С.А.Афанасьева. 5 июня 1975 г. он издал приказ №178 о создании РН на базе 11А511У с улучшенными энергетическими и эксплуатационными характеристиками. В 1976 г. в ЦСКБ были разработаны технические предложения и эскизный проект на модернизацию носителя 11А511У. Проведена оценка нескольких вариантов модернизации путем форсирования двигательных установок нижних ступеней, применения циклина на 3 ступени и установки двигателя 11Д58. Однако в том же году на основании решения ВПК эта работа была исключена из планов ЦСКБ как слишком дорогостоящая и малоперспективная, а также в связи с проводимыми разработками в КБ «Южное» ракеты-носителя 11К77 «Зенит-2»». Лишь в 1978 г. работы по «циклиновой» ракете удалось возобновить. 24 мая 1978 г. вышел новый приказ Афанасьева №189 «О модернизации ракеты-носителя 11А511У». Приказом вновь предусматривалось создание ракеты-носителя 11А511У2, на центральном блоке которой предполагалось применение циклина. Однако энергетических возможностей любой модификации «семерки» уже не хватало.

    Проведенная ЦСКБ совместно с Красногорским заводом и Белорусским оптико-механическим объединением Министерства обороной промышленности оценка проектных материалов по комплексу «Янтарь-1КФТ» показала, что «в силу недостаточного совершенства располагаемой [в то время] элементной базы массогабаритные характеристики космического аппарата при выполнении основных требований тактико-технического задания Министерства обороны превышают энергетические возможности планируемой для использова-ния ракеты-носителя 11А511У «Союз-У» и могут быть обеспечены лишь ракетами-носителями 8К82К или разрабатываемой 11К77.»

    В то же время (во второй половине 70-х годов) появились планы замены морально устаревших ракет серии «Союз» на РН 11К77 «Зенит-2». Поэтому в постановлении ЦК КПСС и СМ СССР от 31 мая 1976 г. №409-147 «О создании космического комплекса «Янтарь-1КФТ» для решения задач картографирования» предлагалось разработать технические предложения на два варианта комплекса «Янтарь-1КФТ» с ракетами-носителями 8К82К и 11К77. Это было выполнено в ЦСКБ в третьем и четвертом кварталах 1976 г.

    В первом квартале 1977 г. были разработаны технические предложения на весь комплекс «Янтарь-1КФТ». Их защита была проведена в марте 1977г. на совместном Научно-техническом совете Министерства общего машиностроения и Министерства обороны СССР. В ноябре 1977 г. была завершена разработка эскизного проекта на комплекс «Янтарь-1КФТ». Для решения поставленных военными задач вес аппарата вырос до значений, «соответствующих энергетическим возможностям ракет-носителей 8К82К и 11К77 повышенной мощности».

    Однако переход на новый тип носителя требовал очень больших доработок по системам КА. В то же время работы по созданию аппаратуры «Жемчуг-104» на Красногорском заводе и Белорусском оптико-механическом объединении тоже очень сильно отставали от графика. Поэтому работы по комплексу «Янтарь-1КФТ» в середине 1977г. были опять временно прекращены. 

4. «Силуэт»

    В I квартале 1978 г. в ЦСКБ было разработано дополнение к эскизному проекту по комплексу «Янтарь-1КФТ». Проведенные проработки показали, что ракеты-носители 8К82К «Протон-К» и 11К77 «Зенит-2» не удовлетворяют ряду требований, определяющихся спецификой решаемых задач.

    Тем не менее, в новом Постановлении ЦК КПСС и СМ СССР №7-3 от 4 января 1978г. создание космического аппарата с широкой полосой обзора «Янтарь-1КФТ» определялось как одна из важнейших задач. Разработка комплекса велась уже 10 лет. Нужно было принимать какое-то решение: или менять тактико-техническое задание в сторону его упрощения, или вообще отказаться от проекта.

    В то же время на Красногорском заводе велась работа по созданию новой малогабаритной панорамной фотоаппаратуры. Она не отвечала высоким требованиям Министерства обороны. Однако при использовании ее в сочетании с конструктивно-аппаратной базой КА «Янтарь-2К» и спускаемым аппаратом типа «Зенит» появлялась возможность реализации задач, возложенных на ракетно-космический комплекс «Янтарь-1КФТ», правда,
с несколько более низкими характеристиками.

    Поэтому 6 апреля 1978 г. совместным решением Министерства общего машиностроения и Министерства оборонной промышленности работы по спецаппаратуре «Жемчуг-104» были прекращены, и были определены сроки создания нового, более перспективного малогабаритного панорамного фотоаппарата (МПФА) для комплекса «Янтарь-1КФТ».

    С другой стороны, пошло на компромисс и Министерство обороны. Полученный в ходе проектирования научно-технический задел было предложено той же кооперацией использовать для создания во второй половине 70-х годов «нового перспективного космического комплекса обзорного фотонаблюдения и картографирования со спускаемым аппаратом типа «Зенит». При этом Главное управление космических средств Министерства обороны СССР (ГУКОС) изменило тактико-техническое задание с тем, чтобы космический аппарат «Янтарь-1КФТ» мог бы выводиться на орбиту ракетой-носителем 11А511У «Союз-У».

    В состав спецаппаратуры «Янтаря-1КФТ» вошли топографическая камера «Яхонт-1» (открытое название ТК-350) с разрешением на местности 10 метров для получения изображений с высокими измерительными свойствами, т.е. с малыми геометрическими искажениями; панорамный фотоаппарат высокого разрешения «Топаз» (открытое название КВР-1000) с объективом «АПО-Октан-8» и с разрешением на местности 2 метра для обеспечения информационного наполнения карт, соответствующего их масштабу; два звездных фотоаппарата для внешней привязки снимков топографического фотоаппарата .

    Тогда же спутник «Янтарь-1КФТ» и получил собственное название «Силуэт».

    Реализация проекта сдвинулась с мертвой точки. В 1979 г. был защищен эскизный проект «Силуэта», в 1980 – началось изготовление экспериментальных и первого летного аппаратов, проводилась отработка систем аппарата на наземных стендах.

    Первый запуск «Силуэта» («Космос-1246») состоялся 18 февраля 1981г. с космодрома Байконур с помощью РН 11А511У. Полет продолжался 23 дня, хотя штатный ресурс спутника был рассчитан на 45 суток полета. Однако более короткие полеты первых аппаратов новой серии были обычной практикой ЦСКБ.

    Уже следующий «Силуэт» («Космос-1370») достиг плановой продолжительности полета. После его полета прекратились запуски топографических спутников прежнего поколения «Орион». В том же году «Силуэт» был принят в эксплуатацию. Летные испытания комплекса проходили в период с 1981 по 1986 гг. Испытания показали, что «комплекс может быть эффективно использован при составлении топографических и специальных карт местности». В июле 1987г., после седьмого запуска «Силуэта», комплекс был при-нят на вооружение Советской Армии. При этом ему было присвоено название «Комета».

     С 1981 по 1993 гг. ежегодно запускался как минимум один аппарат. В последнее время пуски проводятся значительно реже и носят частично коммерческий характер.

    Все КА запускались с космодрома Байконур РН 11А511У. Длительность полета КА как правило составляет 30–45 суток.

    Из 19 запусков «Кометы» два были неудачными.

    «Космос-2243» («Комета» №16) при запуске 27 апреля 1993 г. вышел из строя. Зарубежные наблюдатели отметили вспышку в конце работы третьей ступени. И хотя КА был выведен на номинальную орбиту, тем не менее, в результате неконтролируемого естественного снижения через 9 суток он вошел в плотные слои атмосферы и разрушился вдоль трассы полета над европейской частью России. Судя по тому, что спутник оказался на расчетной орбите, можно было предположить, что взрыв произошел на самой «Комете».

  Вторая неудача произошла 14 мая 1996 г. с «Кометой» №18. Через 50 с после запуска из-за отклонения от технологии изготовления и изменения конструкции произошло разрушение головного обтекателя РН. КА был аварийно подорван.

     КА «Комета» состоит из агрегатного отсека конической формы, в котором расположена двигательная установка, конического приборного отсека с блоками служебных систем КА, спускаемого аппарата сферической формы, где стоит целевая фотоаппаратура, и навесного отсека, внутри которого стоит панорамная фотоаппаратура, а снаружи – две панели солнечных батарей.

     Состав спецаппаратуры КА:

   • топографическая камера «Яхонт-1» (также имеет название ТК-350) с разрешением на местности 10 м для получения изображений с высокими измерительными свойствами и малыми геометрическими искажениями;

   • панорамный фотоаппарат высокого разрешения «Топаз» (КВР-1000) с объективом «АПО-Октан-8», имеющий разрешение на местности 2 м для обеспечения информационного наполнения карт, соответствующего их масштабу;

   • два звездных фотоаппарата для внешней привязки снимков топографического фотоаппарата;

   • лазерный высотомер для точной привязки снимков по высоте над поверхностью Земли.

      Полет КА «Комета», который состоялся с 17.02 по 02.04.1998 («Космос-2349»), был выполнен совместно по заказу Минобороны РФ и в рамках проекта SPIN-2 (SPace INformation – 2 meter resolution). Этот проект предусматривал проведение космической съемки территории США фотокамерами КВР-1000 и ТК-350. Инициаторами SPIN-2 являлись Межотраслевая ассоциация «Совинформспутник» (дочернее предприятие ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс») и американские фирмы Aerial Images Inc., Сentral Trading Systems Inc. и Lambda Tech International Inc. Стоимость контракта тогда оглашена не была, но, по некоторым данным, каждый оцифрованный снимок стоил около 1000 $.

     Топографическая камера ТК-350 позволяет выполнять стереосъемку местности полосой захвата 200 км. при длине маршрутов до 2000 км. При этом обеспечивается сплошное стерео покрытие местности снимками с продольным перекрытием 60% или 80% и поперечным перекрытие между маршрутами от10% до 30%. Заданное перекрытие между маршрутами обеспечиваются выбором орбиты с ее последующей коррекцией для достижения требуемого периода обращения орбиты и межвиткового интервала. При продольном перекрытии 80% возможна стереофотографическая обработка снимков с перекрытием 20%, 40%, 60% и 80%.

      Это позволяет повысить точность определения высот точек местности, которая зависит от отношения В/Н базиса фотографирования к высоте съемки. Так, для снимков ТК-350 это отношение равно:

          при р х =20% В/Н=1,04
          при р х =40% В/Н=0,77
          при р х =60% В/Н=0,52
          при р х =80% В/Н=0,26

     Как видно максимальное отношение В/Н будет при р х =20%, т.е. стереопары в маршруте будут образованы снимками 1-5, 2-6, 3-7 и т.д.

     Два звездных фотоаппарата обеспечивают фотографирования звездного неба в момент фотографирования местности топографическим фотоаппаратом. Звездные камеры имеют фокусное расстояние 2000 мм. Формат кадра 12х18 см обеспечивают фотографирование звезд до 6-й звездной величены. Звездные камеры конструктивно с помощью специальной рамы жестко связаны между собой и топографической камерой. Конструктивные пространственные углы между этими камерами калибруются с высокой точностью. По фотоснимкам звездного неба с использованием конструктивных углов в результате измерительной и вычислительной обработки определяются угловые элементы внешнего ориентирования (ЭВО) топографических снимков.

     Лазерный высотомер предназначен для измерения дальностей от космического аппарата до точек отражения его сигнала от земной поверхности в момент экспонирования топографических снимков. Показания лазерного высотомера используется для определения высоты фотографирования с RHSн=2 м. Такая высокая точность достигается за счет небольшого рассеивания лазерного луча (порядка 20 м. на местности) и точной регистрации точки отражения. Для нахождения точки отражения на топографическом снимке используется специальное устройство, которое включает триппель-призму и координатный фоторегистратор точки отражения. Лазерный высотомер работает в двух режимах. В первом режиме он включается совместно с топографическим фотоаппаратом, для определения высот точек фотографирования, а во втором, включается для измерений дальностей до водных поверхностей открытых морей и океанов, для определения высот орбиты.

     Бортовая доплеровская аппаратура используется для измерения радиальной скорости полета космического аппарата, система синхронизации обеспечивает синхронизацию работы всей измерительной аппаратуры и привязку фиксируемых времен к единой шкале с точностью 10-12 сек. Доплеровские измерения радиальной скорости КА, измерения высоты полета лазерным высотомером и время включения всей аппаратуры используется для определения линейных элементов внешнего ориентирования топографических снимков баллистическим методом путем решения краевой задачи.
      Таким образом, топографическая камера ТК-350 позволяет реализовать принцип плановой стереоскопической съемки и совместно со всей измерительной информацией обеспечить построение стереофотограмметрических сетей создания планово-высотной основы и определения рельефа местности для топографических карт и цифровых моделей рельефа на любую территорию без выполнения наземных геодезических работ.

     Обеспечивая высокую точность стереоснимков, необходимо для определения планового положения и высот точек местности топографическая камера ТК-350 позволяет получить разрешение на местности 10 м. Этого недостаточно для ;дешифрирования объектов местности при создании топографических карт. Поэтому в состав бортовой съемочной аппаратуры КА “Комета” входит камера высокого разрешения КВР-1000. При разработке камеры КВР-1000 была выбрана конструктивная схема панорамного фотоаппарата, при которой высокий уровень разрешения, соответствующий центральной части поля зрения объектива, сохраняется по всему кадру и можно получить широкую полосу захвата. Панорамная камера КВР-1000 обеспечивает разрешение на местности 2 м. и полосу захвата 160 км. При этом площадь, покрываемую одним кадром ТК-350, покрывают 7 кадров КВР-1000 при совместном включении обоих камер.

     Таким образом, космическая система картографирования “Комета” обеспечивает получение топографических и дешифровочных снимков, а также необходимой измерительной информации, необходимой для картографирования больших территорий. При этом обеспечивается выполнение всех технологических процессов, необходимых при создании топографических карт без наземных топогеодезических работ.