Для решения этой задачи используются наземные и бортовые навигационные и вычислительные средства. Основным следствием этих вычислений является определение параметров корректирующего импульса. Причем включение двигателя, который обеспечивает этот импульс, должно производиться в строго определенной точке орбиты, в строго заданном направлении, в точно рассчитанное время, и, наконец, двигатель должен проработать вполне определенное время. Только в этом случае космические аппараты станут постепенно сближаться согласно законам небесной механики.

Обычно корректирующих импульсов в процессе сближения выдается несколько. И каждый раз на Земле производятся сложные вычисления на математической модели с учетом законов небесной механики, так чтобы каждый космический аппарат «знал» свой маневр, а для этого требуется скоординированная работа всех систем космических аппаратов. КК должен сориентироваться в расчетное положение в орбитальной системе координат, одна из осей которой направлена к центру Земли и которая непрерывно «вращается» вместе с КК по орбите, а другая ось направлена по вектору скорости КК.

После включения сближающе-корректирующей двигательной установки необходимо поддерживать и стабилизировать угловое положение КК. Само включение или выключение, а также работа основного двигателя и действие системы управления, двигателей реактивной системы управления и других средств требуют согласованной работы других систем (радиосредств управления и контроля, терморегулирования и др.). Естественно, все действия должны быть строго синхронизированы.

В результате всех маневров космические аппараты должны войти в расчетную точку встречи, а чтобы состыковаться, надо прийти туда не только в одно и то же время, как нужно приходить на каждое космическое «свидание» (американские специалисты его так и называют — «рандеву»), но и с небольшими относительными скоростями. Иначе говоря, к моменту выхода в расчетную точку все параметры орбит обоих космических аппаратов должны практически сравняться. После этого законы небесной механики как бы ослабляют свое действие, практически не сказываются на относительном движении, и остаток пути, последние километры, можно сближаться уже «по-самолетному», т. е. придерживаясь соосного положения при постепенном гашении остаточной скорости, бокового и вертикального сноса.

Существует несколько способов и средств, обеспечивающих прохождение последних нескольких километров этого длинного пути — наиболее сложного участка сближения на орбите. На КК «Союз» для этого использовалась специальная аппаратура радионаведения. Она позволяла определять расстояние между космическими аппаратами, скорость сближения и направление «друг на друга». Если относительная скорость вначале была не слишком велика, с помощью специального вычислительного устройства определялись параметры корректирующих импульсов, которые постепенно «загоняли» КК в «узкую трубку», ведущую к стыковке.

Процесс на этом участке полета обычно длится 15–20 мин, и он, пожалуй, самый напряженный на Земле и в космосе. За всеми работающими системами на многочисленных наземных и плавучих пунктах слежения следят сотни операторов и специалистов в центре управления полетом.

Таким образом, начав полет по орбите с относительной (т. е. относительно другого космического аппарата) скоростью в несколько сот метров в секунду, КК подходит к цели своего полета со скоростью меньше 0,5 м/с. Тем не менее нужна целая система амортизаторов, чтобы без повреждений соединить два космических аппарата, каждый из которых имеет массу в несколько тонн или даже десятков тонн. Эту и другие функции по соединению космических аппаратов в единую конструкцию выполняет система стыковки.

Для КК «Союз» было создано несколько вариантов стыковочного устройства. Первая разновидность стыковочных агрегатов, с помощью которых стыковались КК «Союз-4» и «Союз-5», производила лишь жесткое соединение КК. Космонавты А. С. Елисеев и Е. В. Хрунов совершили «пересадку» из одного КК в другой через открытый космос, воспользовавшись бытовым отсеком в качестве шлюзовой камеры.

Созданная позднее, в конце 60-х годов, конструкция обеспечивала уже герметичное соединение стыка с образованием переходного туннеля (рис. 8). Это стыковочное устройство, установленное впервые на орбитальной станции «Салют» и транспортном КК «Союз», успешно эксплуатируется в космосе второй десяток лет. Система стыковки (вся аппаратура управления, участвующая в непосредственном соединении космических аппаратов) может работать автоматически или управляться дистанционно. Такое построение также пригодилось при создании грузовых кораблей «Прогресс».

Комплекс радиосредств КК «Союз» обеспечивает выполнение всех перечисленных ранее пяти основных функций (двусторонней связи, телевидения, траекторных измерений, дистанционного управления, телеметрического контроля) в орбитальном полете, при спуске с орбиты и после приземления. Часть этих средств, размещенная в СА, позволяет поддерживать почти непрерывную двустороннюю связь с космонавтами (кроме участка наиболее интенсивного торможения в атмосфере, когда СА окружен слоем электрически проводящей плазмы, непрозрачной в радиодиапазоне). При спуске на парашюте и после приземления осуществляется радиопеленг.

Как уже говорилось раньше, КК «Союз» стал первым отечественным кораблем, на котором выполнялся управляемый спуск в атмосфере. За счет этого значительно увеличилась точность приземления, упростился поиск и стала более оперативной помощь космонавтам, что особенно важно после длительных полетов, после воздействия при спуске больших физических и эмоциональных перегрузок на человеческий организм, который перед этим адаптировался к полному отсутствию перегрузок в условиях невесомости.

Последнюю точку в полете делает СА при касании о Землю. За счет усовершенствований в системе посадки последняя стала мягкой, что обеспечивается срабатыванием 4 пороховых двигателей, производимым по сигналу специального высотомера на высоте около 1 м. При взлете и посадке космонавты размещаются в КК в ложементах, вложенных в кресла и изготовленных по индивидуальному заказу — ложемент этого кресла делается по контурам тела космонавта. Кроме того, сами кресла имеют специальные амортизаторы. Все это помогает космонавтам переносить большие перегрузки.

Ракетно-космическая система «Союз» снабжена тщательно продуманной системой САС. Последняя обеспечивает отделение и увод от РН части КК в составе так называемого головного блока при возникновении угрожающей ситуации. Спасение экипажа в СА обеспечивается фактически от периода нахождения ракетно-космической системы на стартовом столе до выхода на орбиту. На начальных этапах увод осуществляется специальной твердотопливной двигательной установкой, которая размещена на головном обтекателе РН, предохраняющем КК от аэродинамических нагрузок.

Тяга основного двигателя САС составляет около 800 кН. В состав двигательной установки входит также двигатель бокового увода и двигатель штатного сброса САС тягой около 200 кН. После этого происходит сброс головного обтекателя РН (раскрыв створок при помощи твердотопливных двигателей). Затем КК может быть просто отделен от РН. Причем во всех случаях для приземления используются имеющиеся штатные средства системы приземления.

Программа пилотируемых полетов КК «Союз», начатая 23 апреля 1967 г. В. М. Комаровым на КК «Союз-1», включала в себя 39 полетов КК с космонавтами на борту (в том числе один суборбитальный) и 2 полета КК без космонавтов. Всего в программе участвовало 40 различных советских космонавтов и 9 зарубежных (по программе «Интеркосмос»)[1].