Первая автоматическая стыковка на орбите была выполнена космическими аппаратами «Космос-186» и «Космос-188» 30 октября 1967 года. Правда, полной стыковки тогда не получилось — корабли выполнили лишь жесткий механический захват, но и это было уже большим достижением.
Первая успешная стыковка пилотируемых космических кораблей состоялась 16 января 1969 года. Это были корабли «Союз-4» и «Союз-5», в состав экипажей которых входили Владимир Александрович Шаталов, Борис Валентинович Волынов, Алексей Станиславович Елисеев и Евгений Васильевич Хрунов. При этом Хрунов и Елисеев осуществили переход из корабля в корабль через открытый космос. Так фактически была создана на короткое время (четыре с половиной часа) первая в мире космическая станция.
Без стыковки не обходится ни один современный полет в космос. Разработанная в СССР система стыковки оказалась настолько хороша, что американцы установили ее и на своих космических кораблях — «шаттлах», и на модулях космической станции.
Благодаря стыковке корабль доставляет на станцию космонавтов, припасы еды, контейнеры с топливом и другие материалы. Без стыковки не обойтись при подготовке к межпланетным полетам, когда идут сборка космических кораблей на орбите, заправка их топливом и доставка экипажа.
Готовятся к стыковке заранее. В ЦУПе планируются точное время старта корабля, высота и другие параметры орбиты станции, с которой предстоит совершить стыковку. После выведения корабля на орбиту он, как машина, которая перестраивается из одной полосы в другую, выходит на орбиту ожидания. Для этого он сделал — мы помним — два маневра. На вторые сутки, за два витка до встречи, ЦУП вводит в память бортового компьютера корабля информацию о параметрах двух орбит: корабля и станции. При помощи этой информации компьютер определяет путь, по которому корабль будет приближаться к станции — он называется траекторией сближения.
На тридцать втором витке система управления космического корабля приступает к выполнению процесса автономного автоматического сближения. Алгоритмы бортового компьютера корабля «Союз ТМ» самостоятельно рассчитывают необходимые импульсы для выполнения процесса сближения по оптимальным траекториям и для их осуществления выдают необходимые команды в бортовые системы.
Космонавты в корабле надевают скафандры, потому что вероятны нештатные ситуации, в которых произойдет разгерметизация или потребуется срочный спуск. Для иллюстрации расскажем про один случай, который произошел в симметричной ситуации на расстыковке 14 января 1994 года. Рассказывает космонавт Александр Александрович Серебров:
«Расстыковку мы проводили на дневной части витка. Перед спуском мы с Василием Васильевичем Циблиевым обнаружили, что лампа освещения в спускаемом аппарате не светит. Правый иллюминатор у нас был полностью закрыт возвращаемым грузом, а с левого я снял шторку, чтобы посветлее было, коль уж лампа не горит Однако теперь яркое солнце засвечивало Василию приборную доску, поэтому контролировать показания люминесцентных (светящихся) приборов ему было очень сложно. У нас была задача после расстыковки сфотографировать и отснять на видео и фото стыковочный узел для предстоящей стыковки американского „Шаттла“. Для этого я перешел в бытовой отсек И тут новое дело: корабль почему-то не слушался Василия, и нас несло на солнечную батарею станции, в район стыковочных узлов. Мы набирали скорость, сближаясь с „Миром“. Виктор Михайлович Афанасьев, командир сменившего нас экипажа, отдал команду „Всем в корабль!“, когда увидел, что мы летим прямо на них, и правильно — сейчас как разнесет станцию, надо и им срочно на спуск! Да и я думаю: „Кранты!“ У бытового отсека стенки тонкие, хрупкие, и при столкновении он обязательно треснет. Воздух выйдет минуты за две. Понял, что через виток меня вместе с бытовым отсеком отстрелят, а спускаемый аппарат перейдет в баллистический спуск Это все я просчитал мгновенно, да, собственно, и оставались какие-то секунды. Но за метр до станции скорость погасла. Алюминиевая антенна сдемпфировала. Затем последовал удар по солнечной батарее и — страшный грохот! Неужели сорвали у станции батарею? На Земле убьют ведь! Посмотрел — батарея на месте. Стало легче. Станция от удара потеряла ориентацию, потому что гиродины (силовые гироскопы) стали тормозиться. И так удачно получилось, что она повернулась к нам нужным стыковочным узлом. И я отснял всё наилучшим образом. Огляделся — мы чуток порвали экранно-вакуумную теплоизоляцию, с помощью которой поддерживается температурный режим внутри станции, других повреждений не заметил. Перешел обратно в спускаемый аппарат, и мы доложили о случившемся на Землю. Дело было вот в чем. Есть такой тумблер „Управление спускаемым аппаратом“, который должен стоять в положении „1“. Василий видел, что „клювик“ тумблера стоит правильно. Мы должны точно следовать бортинструкции. В ней имелось указание проверить ручку управления ориентацией, а про ручку управления движением, с помощью которой выполняются линейные перемещения корабля, почему-то ничего не было сказано. Иначе мы, конечно, заметили бы неладное. Просто особенность данного конкретного тумблера: его надо было чуть дальше „единички“ в сторону нуля продвинуть (подобные вещи требуется на примерке на Байконуре выявлять, да не заметили). Тем временем Василий дожал-таки тумблер, и корабль снова стал послушным. Мы построили ориентацию на торможение (потом оказалось, хорошо построили: меньше двух килограммов перекиси затратили на спуск)».
А вот как вспоминает об этой ситуации бортинженер Юрий Владимирович Усачев:
«На транспортном корабле включается тормозной двигатель для схода с орбиты. Он (транспортный корабль) увеличивается в размерах, кажется, начинает раскручиваться какая-то пружина — расстояние между нами сокращается все стремительнее. И я понимаю, что если „этому“ суждено случиться, то уход в спускаемый аппарат нас не спасет.
Я замер у иллюминатора. Корабль проносится около нас на расстоянии 30–40 метров!
Это было похоже на фантастику из серии „Звездные войны“. Когда он проскочил, я бросился к иллюминатору в каюте командира, увидел удаляющийся транспортный корабль и почувствовал, что мы были близки к…
И Господь спас нас пятерых — экипажи станции и корабля. Было немного жутковато осознавать, что можно вот так столкнуться, и привет».
Нечто похожее может произойти и на стыковке, потому скафандры обязательны.
Начинается дальний участок сближения. Теперь надо успешно провести космический корабль по выбранной траектории. Это делает система управления сближением. Космонавты контролируют информацию о параметрах сближения, отображаемую на пульте.
Чтобы избежать возможного столкновения со станцией на конечном этапе, сближение осуществляется в так называемую «вынесенную точку». Наверное, опасно прямо с проспекта на скорости зарулить в ворота гаража? Лучше заехать на площадку перед ним («вынесенная точка»), а потом аккуратно поставить машину в гараж. Так и в космосе: корабль ведут к пустому, не занятому, участку пространства примерно в километре от станции.
На расстоянии менее 200 километров радиотехническая система сближения обнаруживает и захватывает «цель». Теперь сближение можно производить более точно, и на дальности 20 километров вынесенную точку приближают к станции — на расстояние 750 метров. Когда расстояние от корабля до станции станет меньше восьми километров, бортовой компьютер переносит и вынесенную точку — теперь она находится на расстоянии всего 300 метров.
Корабль оказался на ближнем участке сближения. Теперь осуществляется облет станции — экипаж корабля подбирается к выбранному стыковочному узлу. При этом есть опасность повредить оборудование, находящееся на станции: с одной стороны — солнечные батареи, с другой — антенны и прочие приборы. Кораблю надо так приблизиться, чтобы ничего не задеть. Поэтому желательно делать это на свету и в зонах радиовидимости ЦУПа и наземных измерительных пунктов. Чтобы светотеневая обстановка благоприятствовала космонавтам при стыковке, стараются к сеансу радиосвязи вывести корабль в окрестность станции на дальность около километра.
