Ракеты и кино: неожиданные взаимосвязи

Борис Смирнов

Окончание, начало в № 4/2006

Автоматические камеры на стартовой площадке

Схема расположения автоматических камер 1…5 на стартовой площадке ракеты Р-7 на космодроме Байконур. (Кадры, снятые этими камерами, приведены на следующих страницах)

Съемка панорамы подъема ракеты без дополнения другими кадрами не позволяет создать картину старта, которая качественно отличалась бы от того, что видит человек при запуске ракеты. Эта задача может быть решена только методом многокамерной съемки, когда большинство аппаратов, снимающих старт, действуют автоматически и расположены в тех местах, где присутствие человека невозможно. К моменту появления ракеты Р-7 в этом были убеждены и кинооператоры, и ракетчики. Поэтому при строительстве в 1955 году стартовой площадки для ракеты Р-7 в нескольких ее точках были сооружены бетонные колпаки, напоминающие армейские пулеметные гнезда, предназначенные для установки автоматических кинокамер. В каждом таком сооружении имелись амбразура для объектива, направленная в сторону ракеты, и электропитание для кинокамеры.

Однако уже после первых пусков стало ясно, что такие стационарные защитные сооружения не очень удобны, так как они не позволяли менять точку съемки. Поэтому довольно скоро для съемки стартов ракет были разработаны и стали применяться подвижные киносистемы с кинокамерами, защитными боксами, цепями электропитания и коммутации.

Кадры, снятые кинокамерой 1: «Конвас», F — 800 мм, без защиты, дистанция 900 м

Принцип работы такой киносистемы прост. Для каждого аппарата определяется единственный план, который он должен зафиксировать на пленке. Аппарат, снабженный защитным боксом, жестко крепится к прочной опоре (стартовым сооружениям, механизмам и т. п.), к нему подводится кабель питания электродвигателя, и при подаче напряжения камера включается. Входы кабелей питания всех аппаратов сосредотачиваются в одном месте, например в электрощитовой командного бункера стартовой площадки.

Особенность работы оператора при использовании автоматических камер заключается в том, что в момент съемки он лишен возможности наблюдать кадр, вносить какие-либо поправки в его композицию, управлять движением аппарата. Все это должно быть сделано перед съемкой. Задача осложняется еще и тем, что, устанавливая камеру на стартовой площадке, оператор в кадровом окне аппарата видит далеко не то, что будет зафиксировано на пленке. Он компонует статичные объекты, которые в момент запуска придут в движение и изменят свое положение в кадре. Порой снимаемый объект может находиться за пределами кадра и появиться в нем лишь во время съемки. Поэтому, выбирая место для установки аппаратов, ракурс, оптику, оператор строит композицию каждого кадра с учетом динамических изменений, которые произойдут с объектом.

Таким образом, мы имеем уникальный случай в практике оператора, когда построение кадра осуществляется не в результате творческого осмысления видимого действия, происходящего перед объективом аппарата, а на основе представления об этом действии. Для успешного проведения такой съемки необходимо всестороннее знание процессов, происходящих в момент запуска со стартовым устройством и ракетой.

Автоматическая кинокамера дала возможность увидеть тончайшие нюансы стартовых процессов, о которых прежде имелись самые общие представления. Детальный, многоплановый показ позволяет воссоздать на экране картину старта, которая не уступает, а чаще всего превосходит по своим эмоционально-эстетическим и познавательным качествам непосредственное наблюдение старта человеком.

Использование автоматических камер при съемках запусков ракет получило широкое распространение и стало основным методом этих съемок. Киносистемы сделались неотъемлемой частью стартовых комплексов, помогали решать важные технические задачи. Иногда подобные системы включали десятки и даже сотни киносъемочных аппаратов.

Камера для дистанционной съемки

Автоматической камерой может служить любой киносъемочный аппарат с электрическим приводом, оснащенный приспособлением для включения его на расстоянии. Среди важнейших характеристик подобных аппаратов следует считать простоту и надежность, а также невысокую стоимость, так как на стартовой площадке может быть установлено значительное число камер, а во время запуска ракеты возможно их повреждение или даже полное разрушение. Всеми этими качествами обладает авиационный киносъемочный аппарат АКС-2 (тот самый, прототип которого был найден Николаем Кудряшовым в Берлине и запущен в серийное производство). Кинематографистам этот аппарат известен мало, но именно аппаратом АКС-2 на протяжении нескольких десятилетий снимались практически все запуски наших ракет. Он широко использовался в оборонной технике для различного рода киносъемок в условиях вибрации, при резких колебаниях температуры окружающей среды, перегрузках и т. д. В конструкции камеры АКС-2 учтены специфические требования авиационной киносъемки, а некоторые ее характеристики оказались очень полезны при работе на стартовой площадке:

Кадры, снятые кинокамерой 2: АКС-2, F — 35 мм, в боксе Красногорского завода, дистанция 4 м

• повышенная прочность при относительно небольшой массе (9,1 кг) и малых габаритах (474×139×210 мм). Компактная эргономика, близкая к удлиненному четырехграннику без выступающих деталей;
• электрическая схема и узлы управления приспособлены для дистанционного включения и не требуют дополнительных доработок. Питается от сети постоянного тока 24 В. (В авиации и космонавтике такие параметры имеют бортовые сети всех летательных аппаратов и многих наземных объектов.);
• наличие электрообогревательного устройства, которое автоматически включается при 0°С, что исключает отказ в работе при низких температурах;
• возможность съемки с частотой до 48 кадр./с. При нормальной скорости съемки некоторые планы подъема ракеты, снятые с близкого расстояния, производят «макетное» впечатление, а при повышенной частоте кадров они смотрятся более масштабно и выразительно.

Но сегодня камера АКС-2 такая же редкость, как и некогда самый массовый отечественный аппарат «Конвас». Поэтому, выбирая для дистанционных съемок ракетного старта аппарат другого типа, предпочтение следует отдать такому, который обладает хотя бы некоторыми из перечисленных выше достоинств камеры АКС-2. Требования в отношении простоты конструкции, прочности, надежности и невысокой стоимости остаются первостепенными. Именно поэтому использовать для съемки старта ракеты современные электронные системы дистанционного управления киносъемочным аппаратом неэффективно и рискованно, во всяком случае, в непосредственной близости от ракеты. Подобные системы можно применять на тех дистанциях и в тех точках, откуда оператор ведет съемку панорамы подъема ракеты, чтобы сделать ее более комфортной и безопасной.

Системы дистанционного включения камер

В систему дистанционного включения камер входят: источники тока, устройства коммутации цепи (реле, выключатели, разъемы и т. д.), преобразователи напряжения, соединительные кабели. В зависимости от творческих задач, стоящих перед оператором, типа камер, особенностей стартовой площадки и прочих факторов, схемы включения камер могут быть различными. Однако их задача одина и та же — дистанционное включение приводов аппаратов.

Схема дистанционного включения кинокамер при использовании автономных источников питания (аккумуляторов): 1 — объект съемки; 2 — кинокамеры; 3 — аккумуляторы; 4 — управляющие реле

Большинство камер, которые целесообразно использовать на стартовой площадке в качестве автоматических, имеют низковольтные приводы постоянного тока. Ввиду того, что расстояния между камерами и местом их включения измеряются сотнями, а иногда и тысячами метров, подача номинального напряжения постоянного тока, необходимого для питания двигателей аппаратов, из места включения практически невозможна, так как в столь протяженных электрических цепях возникают слишком большие потери. Решить эту проблему помогает замена привода аппарата, и такой вариант был предложен: при создании киносистемы для одной из стартовых площадок ракеты «Протон» на Красногорском оптико-механическом заводе выпустили партию киноаппаратов АКС-2 с электроприводом переменного тока 220 В. Но в подавляющем большинстве случаев все-таки используются автоматические камеры с низковольтным приводом постоянного тока, а напряжение на них подают по одной из двух схем. Согласно первой каждая камера питается от автономного источника тока (аккумулятора). Замыкание цепи аккумулятор-камера производится управляющим реле, срабатывающим от импульса переменного тока. К каждому реле прокладывается кабель, а подача напряжения на все реле осуществляется единым коммутирующим устройством из безопасного места.

Схема дистанционного включения кинокамер с использованием автономных преобразователей напряжения: 1 — объект съемки; 2 — кинокамеры; 3 — преобразователи напряжения

А по второй схеме из безопасного места (например, электропультовой командного бункера стартовой площадки) с сетью переменного тока 220 В напряжение по кабелю подается к месту установки камер. Каждая камера подключается к кабелю через понижающий трансформатор и выпрямитель, смонтированные в единые блоки питания и размещенные рядом с каждым аппаратом.

При создании разнообразных фильмов, связанных с ракетной техникой, кинооператоры стремятся выбрать собственные съемочные точки для автоматических камер и не очень любят использовать стационарные киносистемы, имеющиеся на стартовой площадке. А вот за счет электрических цепей, проложенных стационарно под землей и обеспечивающих питание киносистем, можно значительно сократить объем работ и длину временных кабелей для подключения автоматических камер.

Кабели для прокладки электрических цепей дистанционного включения камер на стартовой площадке помимо соответствующих электротехнических характеристик должны обладать повышенной прочностью, а в ряде случаев и термостойкостью. Наиболее приемлемы экранированные кабели с наружным экраном, который в данном случае служит защитной оболочкой, увеличивающей прочность кабеля. В местах, где кабель близко расположен к соплам двигателей или может соприкоснуться даже кратковременно со струей пламени, его покрывают теплоизолирующим материалом.

Кадры, снятые кинокамерой 3: «Конвас», F — 18 мм, без защиты, установлена на вышке громоотвода (дивертора) на высоте 100 м

Если камера и питающий ее кабель при старте будут подвергаться особо сильным динамическим и тепловым нагрузкам, то подключение такой камеры осуществляется с помощью кабеля, имеющего бронированную оболочку. Не раз в подобных случаях в качестве автоматических применялись кинокамеры с пружинным приводом (КС-50б и АКС-1) и приспособлением электромеханического включения. При подаче электрического импульса механическая блокировка такого приспособления стопорит рычаг запуска камеры в рабочем положении, и камера, даже если кабель пробит или сгорел, работает до окончания завода пружины. Просто и абсолютно надежно, но такую камеру теперь не легко найти даже в музее.

С позиций современной радио- и электронной техники, все перечисленные здесь способы дистанционного включения кинокамер выглядят архаичными. Но все же и сегодня, снимая старт ракеты и используя автоматические камеры, включать их, скорее всего, придется одним из приведенных здесь способов. Конечно, проще было бы делать это по радиосигналу, не прокладывая кабели, но наличие любых посторонних источников радиоизлучений категорически не совместимо с технологией старта ракеты.

Предпринимались попытки включения кинокамер с помощью электрооптического датчика по первой вспышке двигателей ракеты. Такая методика широко использовалась кинооператорами «Моснаучфильма» при съемке атомных взрывов. Но для съемки старта ракет она оказалась неэффективной.

Кадры, снятые кинокамерой 4: АКС-2, F — 18 мм, в облегченном металлическом боксе, дистанция 12 м

Возможно, упростить включение автоматических камер и избавиться от прокладки громоздких кабельных сетей удастся с помощью кварцевых часов. В этом случае питание автоматической камеры будет обеспечивать расположенный рядом аккумулятор, а включение — приспособление, в конструкции которого предусмотрены точные часы. Время командного импульса на включение камеры выдается по времени старта ракеты, которое известно заранее и выдерживается с точностью до долей секунды.

Защита и крепление автоматических камер

Защита камер, остающихся во время старта в непосредственной близости от ракеты, является определяющей технической проблемой при дистанционной съемке запуска. Возможность установки автоматической камеры в любой точке стартовой площадки, выбранной оператором и согласованной с техническим руководством старта, определяется прежде всего тем, насколько надежно она защищена.

Гарантированную сохранность камеры может обеспечить такое средство защиты, которое способно выдержать максимальный уровень всех видов нагрузок, возникающих во время старта ракеты. Оно окажется эффективным для любой точки стартовой позиции, а следовательно, будет универсальным для всех автоматических камер, где бы они ни находились. Поэтому было разработано оборудование, благодаря которому кинокамера может работать и оставаться невредимой, даже если ее разместить непосредственно в факеле ракетных двигателей. Однако применение такого оборудования для защиты автоматических кинокамер на всех съемочных точках, выбранных оператором, оказывается проблематичным, а иногда и невозможным из-за его чрезмерных габаритов и массы. В момент старта киноаппараты подвергаются весьма не одинаковым по характеру и уровню нагрузкам, а следовательно, не всегда нуждаются в максимальной защите от всех видов нагрузок. Поэтому на практике используется целевой принцип защиты автоматических камер в зависимости от места установки аппарата, силы и видов нагрузки, которые на него действуют. При таком подходе удается создать простое, компактное и пригодное для монтажа в любой точке стартовой площадки защитное оборудование. Зоны нагрузок и способы защиты камер оператор выбирает после консультаций со специалистами и исходя из опыта работы с автоматическими камерами на прошлых стартах. Конечно, абсолютно точно оценить нагрузки на камеру не всегда удается, так как они зависят от многих факторов, их может изменить, например, ветер. Порой это приводит к незначительным повреждениям аппаратуры, прежде всего оптики.

Какие же нагрузки могут действовать на автоматическую камеру в момент старта? Высокая температура, ударная волна, вибрация, скоростные потоки воздуха высокого давления, различные мелкие, а иногда и весьма крупные предметы, подхваченные газовой струей ракетных двигателей.

Облегченный защитный бокс для камеры АКС-2

Защитный бокс для камеры АКС-2 Красногорского оптико-механического завода

Полную защиту от максимального уровня всех этих нагрузок обеспечивает бокс Красногорского оптико-механического завода для камеры АКС-2. Он имеет массу 100 кг и представляет собой жесткую литую герметичную конструкцию из стали. Внутренние поверхности бокса покрыты высокоэффективным теплоизолирующим материалом. Аппарат устанавливается в боксе на рессорном кронштейне, который гасит вибрацию и предохраняет камеру от ударов. Съемка производится через иллюминатор, расположенный в лобовой части кожуха. Иллюминатор состоит из двух просветленных стекол толщиной 10 мм с воздушной прослойкой между ними, а перед иллюминатором установлен съемный компендиум. Стоит отметить, что бокс конструировали для киносистемы, которая предназначалась для испытаний новой мощной ракеты, поэтому он был рассчитан на аварийные старты. Однажды такая система, состоящая из нескольких десятков кинокамер, оснащенных подобными боксами, оказалась в эпицентре гигантского взрыва и пожара. Большинство камер сработало, осталось цело, и они засняли это драматическое событие «изнутри». Но обычно столь высокая степень защиты не требуется, и бокс для максимальной защиты кинокамеры от всех видов нагрузки при нормально протекающем старте можно изготовить даже в слесарной мастерской, сварив его из листовой стали 4…5 мм и оклеив изнутри асбестом.

Мягкий жаропрочный бокс для камеры АКС-2 киностудии «Центрнаучфильм»

По такому принципу сделан бокс для автоматических камер киностудии «Центрнаучфильм». Он предназначен для защиты от умеренного уровня всех видов стартовых нагрузок, поэтому сварен не из стали, а из листового дюраля толщиной 4 мм. Бокс состоит из двух частей: нижней панели, на ней крепится камера, и верхнего съемного кожуха, они соединяются болтами и жестко стягиваются. В передней стенке съемного кожуха имеется прямоугольный иллюминатор с защитным стеклом толщиной 6 мм. Оправа иллюминатора имеет зазоры для температурного расширения стекла. Наличие зазоров — обязательное требование, его невыполнение неоднократно приводило к разрушению иллюминаторов и повреждению оптики кинокамер.

Кадры, снятые кинокамерой 5: АКС-2, F — 9 мм, в мягком жаропрочном боксе, дистанция 15 м

Наибольшее воздействие на автоматические камеры, находящиеся вблизи ракеты, оказывает высокая температура. Она действует кратковременно, но ее повышение происходит резко и достигает значений в сотни градусов. Защиту камеры от высокой температуры обеспечивает мягкий жаропрочный бокс. Он используется для установки камер внутри некоторых конструкций стартового устройства и ферм обслуживания. В этом случае съемочная аппаратура должна иметь небольшие размер и массу, а камера подвергается сильным, но кратковременным тепловым нагрузкам. Мягкий жаропрочный бокс киностудии «Центрнаучфильм» представляет собой защитное покрытие для камеры в виде чехла, выполненного из пакета стеклоткани. Для его изготовления стеклоткань, сложенная в 15…20 слоев, простегивается нитками из стекловолокна, а затем сшивается по форме и размерам аппарата. Бокс надевается на аппарат после подготовки его к работе и установки кассеты с пленкой. Для этого в хвостовой части бокса имеется специальный разрез, который зашивается после установки аппарата стекловолоконными нитями или мягкой проволокой.

При правильном определении зон действия нагрузок целевые средства защиты надежно сохраняют камеры, и они остаются пригодными для многократного использования. Исключение составляют стекла иллюминаторов. Как правило, они повреждаются и становятся непригодными для повторного применения. Поэтому стекла иллюминаторов в боксах всех конструкций выполнены съемными и легко могут быть заменены новыми.

Крепление автоматических камер, как и их защита, осуществляется по целевому принципу: чем большим нагрузкам будет подвержен при старте ракеты аппарат, тем оно должно быть более прочным.

Рассмотренные здесь принципы съемки запусков ракет многократно проверены на практике операторами киностудии «Центрнаучфильм», в том числе и автором этой статьи, принимавшим участие в съемках более пятидесяти запусков космических и боевых ракет. Некоторые кадры, полученные в результате таких съемок, использованы в качестве иллюстраций.