НЕ ЗАБЫВАТЬ О ТЕРНИЯХ
НА ПУТИ К ЗВЁЗДАМ
2011 год, когда отмечается пятидесятилетие первого полёта человека в космос, объявлен Годом космонавтики. В связи с этой знаменательной датой 14 января 2011 г. в здании Президиума СО РАН состоялся круглый стол, участие в котором приняли видные учёные Сибирского отделения, представители институтов, так или иначе причастных к космическим разработкам.
М. Горынцева, «НВС»
Главная цель встречи — напомнить о достижениях отечественной науки в области космических исследований и рассказать о вкладе сибирских учёных в них. Вёл заседание председатель Новосибирского отделения Федерации космонавтики России д.ф.-м.н.
Владимир Егорович Зарко (ИХКиГ СО РАН).
Как это начиналось
Начало работы сибирских учёных «на космос» самым непосредственным образом связано с именем основателя Сибирского отделения Академии наук СССР академика М. А. Лаврентьева.
Владимир Михайлович Титов, академик, советник РАН (ИГиЛ СО РАН): Любая область техники может развиваться только при наличии какого-то научного фундамента. Страна вынуждена была заниматься военным ракетостроением задолго до начала космической эры, и это сформировало научную базу для решения проблем, связанных с полётом человека в космос. Одна из задач, которую в связи с этим предстояло решить, — противометеоритная защита космического корабля.
Никаких федеральных целевых программ тогда не было, и поэтому С. П. Королёв обратился напрямую к М. А. Лаврентьеву с просьбой эту проблему решить. Лаврентьев предложил обратиться к артиллеристам. «Я обращался, — ответил Королёв, — но они говорят, что им для этого нужно много миллионов. Ну, а вы попробуйте!» Надо сказать, к слову, что на развитие космических исследований Институт гидродинамики за все годы не получил ни рубля.
В Институте гидродинамики, который тогда только начинал разворачиваться, был создан простой метод ускорения твёрдых тел, имитирующих метеориты, для того чтобы хотя бы нижний метеоритный интервал (10–15 км/сек) «закрыть» на земле — с хорошим контролем по скорости, по размеру частиц, т.е. поставить физические эксперименты, имитирующие условия, которые могут возникнуть в открытом космосе. После того, как это у нас получилось, через нашу лабораторию (ныне лаборатория высокоскоростных процессов) прошло практически всё оснащение первых объектов длительного использования. Иллюминаторы, элементы корпуса, экраны вакуумно-тепловой изоляции (то «одеяло», в которое закутывается спутник), скафандры, шлемы — всё, что можно, мы проверили. Мы, конечно, решали научные задачи, но КБ Королёва могло пользоваться нашими разработками. Приятно, что Сергей Павлович, который умер в 1966 г., успел увидеть результаты своего обращения. С 1961 г. Институт гидродинамики регулярно поставлял их в его КБ в Подлипках (теперь город Королёв).
На вопрос, не осталось ли в ИГиЛ того самого скафандра, который испытывался на противометеоритную устойчивость, Владимир Михайлович ответил, что всё снаряжение честно вернули туда, откуда оно пришло, так что, к сожалению, даже для дома-музея Ю. В. Кондратюка предоставить нечего. Скафандры и гермошлемы расстреливали зарядом взрывчатого вещества в условиях, воспроизводящих натуральные, существующие в открытом космосе. И поскольку конструкторам из КБ Королёва нужно было видеть результаты испытаний, оставить артефакты в институте учёные не могли.
 |
|
С началом космических исследований был связан и Институт теоретической и прикладной механики. В этом институте для космоса вообще делалось многое. Об этом рассказал его директор академик Василий Михайлович Фомин. Он вспомнил Николая Алексеевича Желтухина, выдающегося учёного в области механики и теплотехники, специалиста по реактивным двигателям. Николай Алексеевич участвовал в запуске первого искусственного спутника Земли, за что получил Ленинскую премию и докторскую степень. До этого Желтухин успел побыть узником лагеря под Котласом (1937–1939 гг.) и поработать в тюремном моторостроительном КБ, откуда освободился в 1945 г.
— Николай Алексеевич говорил нам: «Запомните: если можно — никогда ничего не подписывайте, потому что каждая подпись — это шаг к Магадану. Если можете, распишитесь в уголочке, чтобы потом оторвать и съесть. Или карандашом, чтобы стереть можно было. Но когда этого нельзя сделать — расписывайтесь смело, ставьте число и сушите сухари — на всякий случай. Найдут всё равно!»
Н. А. Желтухин много работал над стартовыми комплексами. Сейчас нам показывают: идёт автомобиль, везёт ракету — поставил её, она полетела. А в то время только маленькие ракетёшки так летали, а большие ракеты должны были уходить в небо со стартовых комплексов. И вот взаимодействием струй сопловых двигателей со стартовым комплексом как раз очень активно и занимались в нашем институте. Было открыто явление колебания ударной волны между соплом и преградой. С этой волной мы до сих пор не научились бороться и, хотя для комплексов были даны определённые рекомендации, но суть этого явления так и осталась для нас пока непонятной. Эти стартовые установки у нас остались, и ЦНИИМАШ вновь начинает обращаться к нам с заказами, пусть и не в таких объёмах, как раньше.
В ИТПМ также много работали для М. Ф. Решетнёва (с 1959 г. — заместитель главного конструктора ОКБ-1 С. П. Королёва и начальник «восточного» филиала ОКБ-1, с 1961 г. — ОКБ-10). Работы эти были связаны с расчётами траекторий спутников. Спутник ведь сам по себе не выходит на расчётную траекторию: он двигается, перемещается, спускается, и надо было понять, как эту траекторию ему задать. Уже в то время, рассчитывая траекторию запуска космического аппарата на Марс, в расчётах учитывали силу притяжения планет Солнечной системы, т.е. чисто физический фактор, чтобы для дальнего полёта истратить как можно меньше топлива.
Задачи, которые приходилось решать
Постепенно работы разворачивались, и задачи, которые ставились перед учёными, становились всё разнообразней. Большая часть, конечно, имела технический и технологический характер. По словам В. М. Титова, реальных работ, которые оказали влияние на выбор конструктивных параметров космических объектов, у Института гидродинамики было две. Это уже упомянутая противометеоритная защита и метод сварки взрывом. Решение первой задачи, как заметил В. М. Фомин, привело к рождению нового метода разгона малых тел до больших скоростей, который, по имеющейся у него информации, до сих пор ещё не преодолён по скорости. При этом, добавил В. М. Титов, если выстрел из легкогазовой баллистической установки стоит 12 тыс. долларов, то выстрел из пушки, сконструированной в Новосибирске, и «на старые деньги» обходился примерно в два рубля, и сейчас, даже при значительном росте цен на расходные материалы, также обходится намного дешевле.
А какое же отношение к космосу имеет сварка взрывом?
В. М. Титов: Дело в том, что планировался первый облёт Луны, и надо было создать двигатель с многоразовым включением в процессе движения. А металл на соплах двигателей многократного включения не выдерживал по температурным характеристикам. Нужна была трёхслойная композиция «титан-ниобий-титан». Создать её в условиях атмосферы невозможно, потому что и ниобий, и титан очень хорошо окисляются. Из-за этого они не «прокатались» бы вместе. Эту задачу мы решали для того же КБ Королёва. Металл нам возили самолётами в Новосибирск из Москвы.
При этом действовали мы любимым русским способом: сейчас сделаем как угодно, как-нибудь, но в срок. А параллельно готовим капитальную технологию, которой будем пользоваться дальше. Обе задачи были решены. Так, «Луна-16» облетела Луну, сфотографировала её с обратной стороны, передала информацию на Землю. На этом аппарате стоял двигатель, сопла которого были сделаны из сплава «титан-ниобий-титан», сваренного в Институте гидродинамики. Не в вакууме — при взрыве он не нужен. А параллельно в Подлипках строился вакуумный прокатный стан согласно всем требованиям мировой технологии. Он был пущен, и после этого мы оказались не нужны.
 |
|
Упоминание в СМИ спутников и информации, получаемой ими, стало для нас чем-то обыденным. А между тем, не столько получение, сколько обработка этой информации — дело очень непростое. Обработка данных, поставляемых спутниками, — одно из направлений, работы по которому в Институте автоматики и электрометрии СО РАН ведутся уже свыше 30 лет. Об этом рассказал заместитель директора ИАиЭ, д.т.н., профессор Валерий Сергеевич Киричук:
— Обработка тех данных, что поставляют космические аппараты, производилась в целях глобальной безопасности нашей страны. Здесь надо отдать дань уважения Анатолию Ивановичу Савину (ему недавно исполнилось 90 лет, и он занимает пост научного руководителя Концерна «ПВО Алмаз — Антей»). В 1982 году он приехал в Сибирское отделение и дал задания ряду институтов, включая и наш. Первое — поставить на спутники нормальные датчики восприятия информации, в том числе в инфракрасном диапазоне, потому что без них космический аппарат «слеп». Кроме того, со спутника поступает огромный объём информации, несколько мегабайт в секунду, и ни один нельзя пропустить, иначе на некоторое время мы выпустим нужные нам объекты из-под контроля. Возникает необходимость весь этот поток данных обрабатывать в режиме реального времени с очень жёсткими требованиями к вероятности пропуска, создав соответствующий алгоритм и аппаратуру, что и было сделано. Вероятность ложной тревоги — одна в год.
В то время эти комплексы обработки невозможно было поместить на борту космических аппаратов из-за нашего технического отставания, поэтому приходилось спускать их и обрабатывать информацию на земле. Сейчас у нас большой договор на создание бортовых комплексов, позволяющих передавать на Землю только нужные сведения. Ведь необходимо обнаружить только одну точку, опасную, а весь остальной огромный объём информации нам не нужен.
Но не только технические проблемы приходилось решать. Некоторые задачи были связаны с «человеческим фактором». Одна из них — создание специальных тренажёров для космонавтов. Это ещё одно направление космических разработок ИАиЭ.
В. С. Киричук: Почему Владимир Джанибеков летал в космос пять раз? А потому, что лучше него никто не умел проводить стыковку. Он был настолько талантлив, что мог виртуозно подвести корабль к орбитальной станции и состыковать его с ней. Другие же кандидатуры отсутствовали потому, что на земле не было тренажёра для отработки стыковки. Поэтому пред нами была поставлена задача его создать. Где-то с 1985 года тренажёры с подобающими спецэффектами были поставлены.
Иногда, решая технические проблемы безопасности космического корабля, приходилось сталкиваться с вполне человеческой проблемой бюрократии. Но, как считает В. М. Титов, это вполне оправдано, когда речь идёт о человеческих жизнях. Говоря о противометеоритной защите, Владимир Михайлович заметил, что в США проблема безопасности космических аппаратов и астронавтов была поставлена раньше, чем в Советском Союзе, но при этом дал высокую оценку формальной стороне обеспечения безопасности пилотируемых космических полётов в СССР:
— Существовал немалый формализм, как и во всех испытаниях, от которых зависела жизнь людей. Было так: собирается комиссия, в ней люди разных специальностей — одни по радиационной опасности, другие по прохождению радиоволн, третьи по метеоритной угрозе и т.д. Станция, например, «Салют» отправляется в космос на некоторый срок. Геофизики говорят: наш прогноз по вероятности встречи с метеоритами такой-то массы таков. Механики говорят: частица такая-то пробьёт насквозь корпус вот такой толщины. Чтобы не пробивала, нужна такая-то толщина корпуса или защитный экран. Примерные параметры его могут быть такими-то. Всё это очень тщательно протоколируется, а потом, как на ядерных испытаниях, каждый подписывает протокол, расписываясь за свой пункт. Когда завотделом по пилотируемым кораблям был ныне покойный К. Г. Феоктистов, это была обычная бюрократическая процедура, и она работала. Ведь вся высокая наука в переводе в технику сводится к конкретным рекомендациям: это делать можно, а этого нельзя.
Тернии
К сожалению, бюрократия, кажется, наименьшее из зол (а может, и совсем не зло) в развитии отечественной космонавтики. Намного печальней, когда в игру вступает большая политика. Международное сотрудничество в космосе — необходимость и реальность сегодняшнего дня. Но на этом пути усилий одних учёных мало — для соблюдения интересов своей страны нужны грамотные действия компетентных политиков. К сожалению, иногда несколько неосторожных слов высокопоставленных лиц могут свести на нет многолетний труд специалистов.
В. С. Киричук напомнил о совместном проекте института с учёными из США, которые в 1999 г. обратились к российским коллегам с предложением создать совместную систему наблюдения как за космическим пространством, так и за атмосферой Земли с целью глобальных прогнозов. Особое опасение у американцев вызвали и вызывают тайфуны и торнадо. Четыре года ИАиЭ работал с Лабораторией космической динамики (г.Логан, штат Юта), но затем вмешался человеческий фактор. Охлаждение на государственном уровне произошло после того, как одно очень важное в государстве лицо на очень важной встрече заявило, что наши космические аппараты легко и без проблем могут маневрировать по высоте и углу, что не соответствует действительности. Однако то ли такое заявление напугало американцев, то ли они сочли слова важного лица заведомой дезинформацией — но, как бы там ни было, звонок из Вашингтона положил конец совместной работе, причём все интеллектуальные наработки стали собственностью американцев. Сейчас США не прочь возродить сотрудничество, но когда речь идёт о технологиях, имеющих военное значение, работа возможна только после подписания соглашения президентами обеих стран. Пока такого соглашения нет.
Сворачивание российских космических программ сибирские исследователи считают неверным шагом. Особое сожаление вызывает затопление в 2001 г. орбитальной станции «Мир».
В. М. Фомин: Станция «Мир» могла бы ещё продолжать свою деятельность. Устаревшее оборудование можно было бы сбрасывать, новое постепенно добавлять и ни с какими американцами не объединяться. Фактически научный задел в этой области у нас был на 20–25 лет больше, чем у них — американцы ведь длительное время в космос не летали, в отличие от нас! Но получилось, что мы им всю нашу науку отдали за какие-то копейки. Иными словами, когда начали строить Международную космическую станцию, весь наш опыт туда и ушёл. Это пример, как можно было, действуя под красивой вывеской, вытащить из нас всё, что было накоплено.
С этим мнением полностью согласен д.ф.-м.н. Олег Петрович Пчеляков, заместитель директора Института физики полупроводников СО РАН:
— Я глубоко уверен, что это была ошибка. В Национальном музее космонавтики и воздухоплавания в Вашингтоне лежит письмо, написанное от руки одним из наших космонавтов (не буду называть его имени), где сказано, что станция «Мир» представляет опасность для человечества. Я же думаю, что можно было «отстегнуть» от станции несколько старых модулей и работать с остальными. Например, модуль «Природа» был вполне современным, входя в число самых передовых достижений космонавтики. А после затопления станции получилось, что наш проект задержали года на четыре, хотя небольшое финансирование мы продолжали получать с 1998 года. Мы могли бы уже наблюдать результаты эксперимента, планируемого теперь на 2013 год.
Звёзды. Путь в будущее
Суть проекта, упомянутого в связи со станцией «Мир», О. П. Пчеляков объяснил так:
— Представьте, что в открытом космосе с первой космической скоростью летит защитный молекулярный экран. За ним образуется так называемый кильватерный след. И вот, оказывается, что в этом месте совершенно отсутствует вещество, потому что все молекулы в пространстве движутся с той же скоростью, что и экран, а потому догнать его они не могут. Получается вакуумная камера без стенок, в которой имеется идеальный вакуум. Это доказано тремя выходами в космос американских аппаратов.
Эксперименты в вакууме в открытом космосе, как считает О. П. Пчеляков, намного эффективней и дешевле, нежели на Земле, где необходимо обеспечивать особую чистоту помещения и ставить оборудование стоимостью едва ли не на миллиард долларов. Окупаемость вакуумных проектов в космосе просчитали эксперты в Германии и Франции. Пока же, до выхода на космические просторы, учёные работают на имитаторе космического пространства, где есть всё, что будет в космосе, кроме молекулярного экрана, который в установку не помещается.
ИФП совместно с ИТПМ и РКК «Энергия»
им. С. П. Королёва к 2013 году готовит первый эксперимент по синтезу в космосе полупроводниковых многослойных структур, включая наноструктуры.
— Мы тридцать лет работаем над созданием многослойных структур, — пояснил О. П. Пчеляков. — Теперь настало время использовать факторы космического пространства, чтобы повысить эффективность этих экспериментов и создать полупроводниковую промышленность на орбите. Вообще, существует мнение ведущих учёных, создателей нашей электронной промышленности, что все интегрированные вакуумные технологии будут развиваться именно в космосе, куда они должны быть вынесены по различным причинам. Главная — экологическая, потому что все электронные производства очень ядовиты, а в космосе все ядовитые вещества под действием солнечного излучения очень быстро разлагаются и рассеиваются до безопасной концентрации. Конечно, развёртывание таких производств будет происходить в присутствии технологов или, как минимум, космонавтов, и, разумеется, вне космического корабля.
 |
|
Для того, чтобы можно было ставить в космосе дерзкие эксперименты, требуется техническая база. В Институте теплофизики СО РАН ведутся работы по защите и оснащению космических аппаратов. О направлениях и характере этих работ рассказал его директор, чл.-корр. РАН Сергей Владимирович Алексеенко:
— Работы ведутся по трём направлениям. Первое направление зародилось ещё 50 лет назад, когда создавался институт, и возглавляет его до сих пор
ак. А. К. Ребров. Это моделирование условий в космосе, т.е. разреженных газов. Усилиями всего Сибирского отделения была создана очень крупная вакуумная камера объёмом около 150 м3. С её помощью ставились опыты для космических нужд. В конце 90-х годов был перерыв в её работе, но в 2000-е годы по контракту с РКК «Энергия» были проведены эксперименты по защите обшивки космического аппарата от агрессивных выбросов сопел управления. Там своеобразная газодинамика — продукты сгорания, выбрасываемые вперёд, возвращаются и попадают на обшивку. Нам удалось с помощью опытов в такой камере разработать защитные экраны, и сейчас они стоят на российском модуле МКС и ещё на нескольких кораблях, в том числе и на «Прогрессах».
Второе направление — космическая энергетика. Речь идёт о топливных элементах. У нас есть несколько разработок, многие из которых можно использовать и для космоса. Мы дошли уже и до промышленного внедрения. Ещё одна разработка — это производство солнечных тонкоплёночных элементов. Их специфика в том, что у них небольшой КПД — всего 10 % (обычный КПД солнечных элементов — 25 и даже более 30 %), зато они очень дешёвые и имеют маленький вес, что важно для вывода в космос.
Третье направление, наверное, самое интересное — это теплообмен для космической техники в условиях микрогравитации. В 2005 г. мы создали международную лабораторию в Брюсселе на базе Свободного университета с целью подготовки эксперимента на МКС. Я назову только одну проблему: в космосе в условиях невесомости жидкость собирается в капли. Это же происходит и с теплоносителем, поэтому нужно создать такую систему, которая позволяет жидкости двигаться эффективно. Одно из предложений таково: плёнка жидкости обдувается потоком газа, который удерживает её у поверхности и «расплющивает». Плёнка получается очень тонкой, что даёт огромный коэффициент теплообмена. Эта работа идёт при поддержке Европейского космического агентства — правда, финансирование направляется не к нам, а непосредственно в международную лабораторию. Очень важно, что эта лаборатория организовывает также международные конференции, симпозиумы, семинары.
Международное сотрудничество в области космических технологий позволяет обратиться к таким проектам, которые, на взгляд неспециалиста, могут показаться фантастическими. Так, О. П. Пчеляков напомнил о том, что Сибирское отделение РАН активно сотрудничает с Университетом Хьюстона, в частности, с таким видным учёным как Алекс Игнатьев, внуком русских эмигрантов, родившимся в Германии и с пяти лет живущим в США. Игнатьев давно занимается проблемой производства сверхчистых полупроводников на орбите, а также разработал проект производства солнечных батарей на Луне. Сумев получить у соотечественников-астронавтов целое ведро реголита — лунного грунта, богатого кремнием (его в реголите как минимум 20 %), он сделал из этого вещества солнечную батарею. Затем в своей лаборатории Игнатьев спроектировал аппарат на гусеницах, который должен передвигаться по лунной поверхности, оставляя за собой пластины солнечных батарей, превращая Луну в гигантскую электростанцию, элементы которой могут быть изготовлены на месте буквально из подручного материала. Полученная электроэнергия может быть использована при основании колоний или пересадочных баз на Луне, а также и для передачи на Землю, что, по мнению Олега Петровича, вполне реально. Массовое производство таких батарей планируется развернуть к 2020 г. при участии трёх государств: России, США и Казахстана.
Исследования учёных ИФП затронули даже проблему происхождения жизни на Земле, что неудивительно, если вспомнить гипотезы о внеземном её источнике.
О. П. Пчеляков: Мы совместно с ИГиЛ проводили эксперимент по экспозиции материала, из которого изготовляется молекулярный экран, под метеорным потоком Леониды. Метеоритный поток такой интенсивности бывает раз в сто лет, и нам выпало счастье испытать разные материалы. Микрометеориты вызывают появление кратеров размером меньше микрона, они не пробивают наши материалы насквозь, а распыляются. И, по данным Института гидродинамики, каждая такая частица оставляет «фотографию» своего химического состава на дне мини-кратера. Есть гипотеза, что жизнь на Землю была занесена метеоритами. Мы с коллегами из ИГиЛ изучили донышки многих сотен таких кратеров, но признаков жизни там обнаружить не удалось.
После выступлений ораторов состоялась оживлённая дискуссия. Обсуждались предстоящие научные конференции, связанные с исследованием космоса, возможные визиты космонавтов в Академгородок, перспективы международного сотрудничества, вплоть до самого высокого уровня. В частности, О. П. Пчеляков сообщил, что программа по исследованию Луны будет продолжена, скорее всего, совместно с американцами. Также было сказано, что есть идея открыть в центре Хьюстона, в зелёной зоне, Аллею космонавтов и поставить там памятник Юрию Гагарину. Памятник, по словам Олега Петровича, уже заказан скульптору в Москве (имени скульптора не сообщалось).
Фото В. Новикова
стр. 6-7
|
