Этапы творческого пути. Из воспоминаний советского инженера

Навигационный комплекс

Являясь руководителем лаборатории гироскопических следящих систем и корректирующих устройств, автор один из первых (1956-1958 гг.) применил методы автоматического регулирования при анализе сложных гироскопических систем, а также их корректирующих и сглаживающих устройств.

Появление в составе навигационных комплексов приборов для хранения азимутального направления – гироазимутов – поставило задачу их более эффективного использования.

Решение этой задачи было найдено путём совместной обработки показаний гироазимута и гирокомпаса, также входящего в состав навигационного оборудования. Использовалась процедура определения, запоминания и компенсации уходов гироскопов, которую ранее автор применил в изделии «Сокол». Дополнительно в систему совместной обработки информации указанных гироскопических приборов было введено сглаживающее звено. Частотная характеристика системы в разомкнутом состоянии имела три участка 40, 20 и40 дб/дек.

Такого вида процедура впервые использовалась в обработке информации упомянутых гироскопических приборов. Анализ работы системы и рекомендованные её параметры нашли отражение в большой статье автора «Корректирующие и сглаживающие устройства гироскопических систем», опубликованной в журнале «Труды НИИ-303». Эта статья в экземпляре журнала библиотеки предприятия была зачитана буквально «до дыр».

Математические зависимости, как в то время было возможно, решались с использованием электромеханических расшифровывающих и интегрирующих следящих систем и синусно-косинусных вращающихся трансформаторов. Для управления двигателями следящих систем применялись полупроводниковые усилители, разработанные автором. Такое вычислительное устройство заполняло целую стандартную корабельную стойку.

Экспериментальный образец системы успешно прошёл лабораторные испытания. Устройства такого типа для комплексной обработки информации гироскопических приборов нашли применение во всех навигационных комплексах «Сигма», «Сож» и др. Разработчиками комплекса, без ссылок на автора записки, были проведены дополнительные теоретические исследования. Одним из них была защищена кандидатская диссертация на эту тему.

Дальнейшие теоретические исследования также подтвердили состоятельность принятых технических решений. Была сохранена структурная схема и параметры устройства, принятые в разработанном автором экспериментальном образце.

Указанные устройства обеспечивали высокоточную навигацию кораблей в приполярных районах, в которых гирокомпасы переставали работать), а также повышали точность определения курса кораблей в условиях их маневрирования.

Изделие КИН

В 1959 г. я был назначен председателем Государственной комиссии по проведению корабельных испытаний изделия КИН.

Изделие КИН – первый в СССР экспериментальный образец корабельной инерциальной системы геометрического типа, созданной в НИИ Прикладной Механики под руководством академика В.И. Кузнецова. Главным конструктором проекта был д.т.н. И.Д. Блюмин.

В изделии были использованы наиболее совершенные в то время гироскопы, разработанные для ракетно-космических систем. Изделие предназначалось для обеспечения навигации подводных лодок в приполярном районе.

Моё назначение на столь ответственную должность, по-видимому, было обусловлено моими работами, показывающими возможность создания достаточно точных морских инерциальных систем, с чем в то время не соглашалось большинство специалистов, и несколькими деловыми контактами с В.И. Кузнецовым.

Для проведения испытаний в Баренцевом море был выделен корабль ОС-19, в прошлом – эсминец проекта 30-бис, «Ожесточённый». Для испытаний планировалось движение корабля от Кольского полуострова в северном направлении. Продолжительность испытаний определялась комиссией в ходе испытаний.

После начальной выставки КИН, выполненной сотрудниками НИИ ПМ, при движении корабля сравнивались координаты корабля, определяемые системой, с действительными координатами корабля, определяемыми радионавигационными и другими устройствами. Фиксировалось изменение во времени ошибок работы системы. Максимальная ошибка составляла 14 км через 12 часов плавания, а минимальное значение ошибки составило 2 км через 24 часа плавания.

Получив такой отличный результат, И.Д. Блюмин предложил завершить испытания. Я настоял на продолжении испытаний. Меня поддержал представитель ВМФ капитан 1 ранга В.Н. Дукальский, входивший в состав комиссии. Через следующие 24 часа минимальная ошибка составила 14 км, а ещё через 24 часа минимальная ошибка превысила 72 км. На промежуточных интервалах времени ошибки существенно превышали указанные минимальные значения.

На основании результатов морских испытаний дальнейшая разработка изделия КИН была прекращена. Необходимо отметить, что разработка изделия КИН была выполнена на возможно высоком уровне. В качестве нового научного результата было показано на практике наличие колебаний ошибок системы с суточным периодом, обусловленным вращением Земли.

Наука и Кремль

В 1962 г. в Кремле состоялось совещание работников науки.

Автор записки получил приглашение на участие в этом мероприятии с указанными номерами ряда и места кресла. Рядом оказалось место академика В.И. Кузнецова, Главного конструктора НИИ ПМ, с которым я ранее неоднократно встречался. На совещании мы представляли отраслевую науку. Естественно, мне было очень интересно с ним общаться.

Вспоминается одна из первых встреч, когда он передал мне записки немецкого учёного из окружения Вернера фон Брауна – создателя немецких ракет ФАУ. В этих записках было: «Первое, что приходит в голову, это подвес инерционного тела в электромагнитном поле в вакууме. Это позволило бы полностью решить проблемы инерциальной навигации. Однако, к сожалению, это относится к фантазии». Эта записка послужила начальным толчком моего многолетнего увлечения созданием разнообразных магнитных подвесов для решения задач навигации и ориентации подвижных объектов.

Необходимо отметить, что В.И. Кузнецов при организации НИИ ПМ пригласил меня и главного технолога НИИ-303 перейти на работу к нему. Главный технолог принял приглашение и переехал в Москву. В то время я был увлечён очередной работой и мне было жаль её прерывать. Оглядываясь во времени назад, следует признать, что я зря не принял это предложение.

На совещании выступал Н.С. Хрущёв и ряд сотрудников Академии наук. В перерывах имелась возможность осмотреть дворцы Кремля и купить сувениры в Грановитой палате. Завершилось мероприятие банкетом, в котором Н.С. Хрущёв также принимал участие.

Делегация СССР в США

Между СССР и США существовал периодический обмен делегациями между RCA1 и НТО радиотехники им. А. С. Попова.

В 1963 г. на объединительный съезд IEEE2 в Нью-Йорк была направлена делегация СССР в составе 4 человек. Возглавлял делегацию директор Института телевидения. В состав делегации входили сотрудник НИИ-35 А.Ф. Трутко, ранее проходивший после окончания института стажировку по технологии полупроводников в США, и представлявший интересы зарождавшейся в СССР отрасли микроэлектроники, и автор записки, представлявший интересы приборостроителей оборонных отраслей СССР. Состав делегации был сформирован Государственным комитетом по электронной технике.

У меня, жителя Ленинграда, прибывшего накануне отлёта в США в Москву, возникла обычная проблема: «Где бы переночевать?». В то время это была труднорешаемая задача, даже в гостиницах на окраинах города. Я решил обратиться в гостиницу «Националь». Показав билет в Нью-Йорк, я получил возможность занять до утра номер «Люкс» с видом на Красную площадь и кроватью под балдахином. В этом номере у меня произошла встреча с академиком А.Ю. Ишлинским. Он передал мне рекомендательное письмо основателю и директору известной лаборатории при МIT3 – Ч.С. Дрейперу .

Лаборатория Дрейпера внесла существенный вклад в развитие ракетной и космической техники США.

Перелёт делегации происходил с пересадками по маршрутам Москва – Вена, Вена – Брюссель, Брюссель – Нью-Йорк. На последнем этапе нам достались в салоне самолёта места рядом, а за нашими местами расположились пассажиры, откровенно старающиеся прослушивать наши разговоры и прослеживать наши перемещения. Это были «глаза» и «уши» спецслужбы США, которые эпизодически докладывали результаты подслушивания и подглядывания, по-видимому, своему руководителю, находящемуся в конце салона. Мы заметили эту процедуру и иногда, для проверки, показывали друг другу некоторые документы, наблюдая за соглядатаями. Такого рода «сопровождение» членов делегации, психологически весьма неприятное, происходило почти непрерывно во всё время пребывания в США и при обратном перелёте в Брюссель.

Прилетели в Нью-Йорк. Прошли таможенный досмотр. По совету руководителя все члены делегации провезли с собой разрешённые на провоз две бутылки водки «Столичной» в качестве возможных подарков для специалистов принимающей стороны.

Проходить досмотр и заполнять декларацию нам помогала гражданка США, прекрасно говорящая по-русски. На вопрос об адресе места работы мои коллеги ответили: «Москва, Китайский проезд 7». Это – адрес ГК по электронной технике. Зная, что я из Ленинграда, она с издёвкой спросила: «А у Вас тот же адрес?» Я ответил: «Нет! Мой адрес – Невский пр. 7/9» Это адрес НТО радиотехники им. А.С. Попова.

В аэропорту нас встретил представитель RCA и предложил довезти до гостиницы «Americana», где для нас были забронированы номера. Наш руководитель заявил, что такая гостиница нам «не по карману». Представитель RCA согласился компенсировать нам часть платы за проживание в этой гостинице. Нас поселили в двух соединённых между собой номерах этой гостиницы на 47 этаже, с видом на Манхеттен. Весь обслуживающий персонал гостиницы состоял, как сейчас говорят, из афроамериканцев, что для нас было весьма необычно.

Представителю RCA я передал письмо А.Ю. Ишлинского для пересылки Дрейперу.

Вид на Манхеттен из окна номера автора в отеле «Американа». Фото из личного архива автора

Торжественные мероприятия, приёмы делегаций и часть докладов проходили в отеле Уилдорф Астория, а выставка достижений 2200 фирм и другая часть докладов происходили в выставочном комплексе «Колизей». Между этими объектами непрерывно курсировали ярко разукрашенные автобусы. Было зарегистрировано около 75 000 участников мероприятия, в том числе из многих зарубежных стран.

У нас был довольно жёсткий график работ. Дополнительной нагрузкой являлось отсутствие времени на адаптацию к смене часовых поясов Москвы и Нью-Йорка. К тому же у нас «путались под ногами» представители спецслужб.

Мои интересы были сосредоточены на получении информации о состоянии разработок устройств автоматики и приборов ориентации. Наиболее интересным для меня явилось «знакомство» на выставке с параметрами поплавкового гироскопа разработки лаборатории Дрейпера.

Весьма полезна также оказалась информация о конструкции и параметрах синусно-косинусных вращающихся трансформаторов одной из фирм США. Эта информация была использована при разработке нескольких модификаций аналогичных отечественных изделий (ВТ5 и др.). Трансформаторы ВТ5 были вскоре применены в вычислительных устройствах зенитной артиллерийской системы «Шилка». Для массового изготовления этих трансформаторов был создан специализированный завод «Фиолент» в  Симферополе.

Необходимо отметить, что как только стендисты на выставке узнавали, что мы из СССР, они пугались и заявляли, что они – неспециалисты и ответить на технические вопросы не могут.

Руководство RCA устроило для нас официальный приём – завтрак в «Пальмовом» зале Уилдорф Астории. Был также неофициальный приём в загородном клубе, на котором присутствовали члены семей и гости представителей принимающей стороны. Предварительно нас ознакомили с домом инженера RCA и усадьбой вице-президента RCA, а также членами их семей.

Заключительное мероприятие съезда проходило в большом банкетном зале Уилдорф Астории. Были приветственные выступления руководства IEEE, организаций-соучредителей, правительства США. Затем торжественно вручали дипломы «Fellow», т.е. «Свой парень», сотрудникам различных фирм за выдающиеся работы в областях электроники и электротехники.

В конце всё плавно перешло в банкет, во время которого участники при желании общались с интересующими их специалистами, переходя от стола к столу. Число участников мероприятия превышало 1000.

Даже в этих условиях спецслужбы не обделили нас вниманием. При входе в зал мы отдали пригласительные билеты и заняли места за указанным столом. За столом уже сидели 5 человек. Четверо из них – уже знакомые нам сотрудники RCA. К одному из членов нашей делегации тут же обратился разгневанный менеджер банкета: «Немедленно покиньте помещение! Если Вы этого не сделаете, то я вызову полицию! Как Вы сюда попали без пригласительного билета?».

Наши объяснения, что мы все сдали пригласительные билеты при входе в зал, его не удовлетворили. Тогда один из сотрудников RCA подтвердил, что мы все – члены приглашённой делегации. После этого сидевший за столом человек, не являвшийся сотрудником RCA и державший пригласительный билет под столом, предъявил его менеджеру.

Как мы узнали в дальнейшем после возвращения в СССР, член нашей делегации, к которому обратился менеджер, был генералом КГБ. Спецслужбы США его вычислили.

В конце недели я получил приглашение от Дрейпера посетить его лабораторию. Поскольку посещение планировалось в субботу – нерабочий день, то эффективность такого посещения была невелика. Кроме того, у меня кончалась виза в США, что при существовавших отношениях между нашими странами создавало дополнительные риски. Поэтому, получив согласие членов нашей делегации, я вежливо отказался от приглашения.

В качестве культурной программы необходимо отметить наши посещения здания ООН, Музея изобразительных искусств Метрополитен и экскурсии на теплоходе вокруг Манхеттена.

После возвращения из командировки А.Ф. Трутко был назначен директором НИИ «Пульсар», образованного на базе НИИ-35. Под его руководством предприятие внесло существенный вклад в развитие отечественной микроэлектроники и в разработку приёмных и передающих модулей радиолокационных антенн с фазированными решётками.

Принято считать, что автором поплавкового гироскопа, представленного на выставке, является Ч.С. Дрейпер. Ещё до поездки в США я был членом комиссии по приёмке НИР по разработке гироскопа с аналогичной схемой построения. Эта работа была выполнена в Московском Энергетическом Институте под руководством Л.И. Ткачева. Естественно, кафедра МЭИ по своим возможностям не могла идти ни в какое сравнение с лабораторией Дрейпера. Американский гироскоп был гораздо меньших размеров и в нём использовалось центрирование поплавка электромагнитным полем.

Морской инерциальной навигации быть!

Инерциальная навигация базируется на 2 законе Ньютона. В 1932 г. Е.Б. Левенталь и Г.О. Фридлендер изобрели инерциальную систему для навигации по сферической поверхности Земли. Теория работы такой системы была развита многочисленными отечественными и зарубежными авторами.

Инерциальные методы определения приращения координат на коротких интервалах времени (до нескольких минут) нашли применение в ракетной технике. Для применения этого метода навигации в морских условиях на интервалах времени более суток необходимо было существенно повысить точность гироскопов и измерителей ускорения.

На одном из заседаний НТС в 1960 г. на предприятии п/я 128 было принято решение о невозможности создания морских ИНС необходимого качества. Председатель НТС спросил: «С этим решение все согласны? И даже товарищ Тиль?». Я ответил: «Почему же? Берусь доказать обратное!».

Мой ответ базировался на опыте создания и испытания систем с платформами, содержащими гироскопы, и управляемыми высокоточными следящими системами моей разработки. Разработанный в дальнейшем экспериментальный образец специальной гироскопической системы показал, что предприятие уже обладает гироскопами необходимой точности для построения морской ИНС. Принцип работы этого экспериментального образца в дальнейшем был использован предприятием при разработке прибора для определения ориентации плоскости орбиты космических аппаратов.

Так как возглавляемый мною коллектив успешно выполнял свои основные функции, то не было возражений по поводу моих занятий вопросами построения ИНС. Особенностью ситуации являлось отсутствие в отрасли измерителей ускорения – акселерометров. Поэтому строить ИНС классического типа действительно было невозможно.

Автор вынужден был разработать модификацию ИНС, построенную по принципу измерения и интегрирования угловых скоростей движения гироскопической платформы, находящейся в плоскости горизонта, и корректируемой по показаниям физических маятников. Ожидаемые свойства такой системы:

– точная работа при прямолинейном равномерном движении корабля,

– не нарастающие во времени погрешности по курсу и географической широте местонахождения корабля (что было важным новым свойством),

– уменьшение скорости нарастания ошибки по определению местонахождения корабля в направлениях Восток – Запад по мере его приближения к Северному полюсу (что также было новым свойством).

Автор докладывал такую модификацию метода инерциальной навигации на нескольких НТС и конференциях. В прениях, как правило, была острая дискуссия.

Горжусь оценкой Г.О. Фридлендера, который при нашей встрече заявил: «В нашей с Левенталем системе 2 интегратора. Каждому – по интегратору. А в твоей системе – третий интегратор! Если я доктор наук, то почему ты – не доктор?». Пришлось мне в дальнейшем ликвидировать такую оплошность и тоже стать доктором технических наук.

При поддержке НИИ ВМФ мне удалось получить согласие руководства предприятия на открытие НИР «Синтез – Силуэт» по исследованию возможности создания морской ИНС. Основой такой системы стали 3 гироскопа со сферическими роторами диаметром 100 мм с аэродинамическим подвесом роторов и физические маятники.

Изготовленный экспериментальный образец такой системы успешно прошёл стендовые испытания на предприятии и корабельные испытания на ошвартованном судне ОС-19. Мореходные испытания системы, проведённые в 1962 г. на этом судне в условиях Баренцева моря при наличии интенсивного волнения, выявили следующие недостатки:

– амортизаторы гироскопического прибора становились неработоспособны,

– платформа гироскопического прибора иногда отклонялась от плоскости горизонта на недопустимую величину.

Система была возвращена на предприятие и подверглась следующим основным доработкам:

– был разработан новый тип амортизатора, принцип построения которого в дальнейшем использовался во многих гироскопических приборах предприятия,

– были разработаны новые физические маятники с демпфированием их колебаний с помощью вязкой жидкости.

Доработка указанным способом физических маятников вызвала острую полемику. Запомнилось высказывание на НТС руководителя основного по навигации подразделения предприятия: «Всем известно, что маятник колеблется относительно вертикали. Одному автору это не известно!».

В процессе мореходных испытаний практически было показано наличие динамического смещения равновесных положений маятника при качке. Это явление обусловлено сложным характером качки корабля. Указанное явление существенно уменьшается при демпфировании колебаний маятника. Математический анализ этого явления, впервые выполненный автором совместно со своим талантливым сотрудником Г.Б. Вольфсоном, опубликован в специальном журнале. Этому явлению в дальнейшем, с использованием того же математического аппарата, были посвящены статьи более маститых авторов.

Доработанная система прошла испытания в 1963 г. в Баренцевом море на том же корабле. На этот раз совместно с моей системой проходил испытания первый образец гирокомпаса «Ирбит» и инерциальная система с гироскопическими элементами ракетной техники.

Программа испытаний предусматривала прямолинейное равномерное движение корабля вдоль меридиана на Север. Разработчики систем периодически докладывали в штурманскую рубку, где располагалась комиссия по проведению испытаний, координаты и курс корабля, измеряемые системами.

В начале зачётного участка траектории движения корабля от всех разработчиков поступала информация «Курс = 0˚». В середине участка, по показаниям моей системы, курс корабля начал плавно изменяться. Я доложил об этом комиссии и получил ответ: «Это Ваша система так работает! Остальные показывают 0˚».

Когда отклонение курса корабля от программного значения достигло 30˚, т.е. корабль двигался уже не на Север, а на Шпицберген, тогда ко мне прислушались. Разбудили штурманского электрика, он проверил корабельный компас и устранил залипание контакта в системе терморегулирования. После чего корабль стал двигаться снова на Север. После этого события разработчики других систем заходили ко мне для того, чтобы узнать каков истинный курс корабля.

Результаты испытаний системы:

– ошибка определения курса, измеренная с помощью высокоточной автоматической оптической системы по небесному ориентиру (планете) не превысила 1 угловой минуты, что и в настоящее время является отличным результатом,

– по погодным условиям, при наличии кратковременного просвета в облаках, определить ошибку курса системы удалось всего один раз,

– на центральном участке траектории движения корабля, вследствие его маневрирования по курсу, ошибка определения координат корабля превысила на 5% заданный допуск.

В результате выполненных работ была экспериментально доказана возможность создания работоспособных морских инерциальных систем.

Система «Синтез – Силуэт» на динамическом стенде «Кречет». Фото из личного архива автора

Плавание корабля временами проходило в условиях интенсивного волнения. Из любопытства я поднялся на верхнюю незащищённую часть ходовой рубки, и вот что я увидел. Корабль, качаясь, периодически зарывался носом в воду. Встречная масса воды сначала заходила на нос корабля, потом покрывала орудийную башню, затем поднималась по передней части рубки, проходила над моей торчащей над рубкой головой и обрушивалась за моей спиной на решетчатую палубу. Мне доставались только отдельные брызги. Можно было потрогать пальцем проходящую перед моим лицом волну.

Я имел возможность периодически осматривать пространство. Такие условия наблюдения обеспечивались специальным профилем передней части ходовой рубки.

Качка корабля дополнялась в этом месте периодическим движением вверх-вниз и влево-вправо. Для того, чтобы немного отдохнуть от такого изматывающего воздействия (длящегося иногда часами), мы «ходили в гости» в пост живучести БЧ5, находящийся в кормовой части корабля. В этом месте указанные движения имели меньшую амплитуду. Эта часть корабля не имела закрытого сообщения с носовой частью, где располагалась испытываемая аппаратура.

Чтобы попасть в кормовую часть корабля, нужно было открыть и задраить за собой дверь носовой части, выйти на открытую палубу, часто довольно скользкую. Далее, ухватившись за специальную рукоятку, охватывающую натянутый трос между частями корабля, добежать до двери кормовой части корабля, открыть её, войти внутрь и задраить дверь за собой. И всё это – в условиях качки, выбирая моменты, когда палуба не уходит из-под твоих ног. Такие «путешествия» были возможны только по подветренному борту корабля. Указанные неприятности исчезали, когда корабль входил во льды.