Космические аппараты будущего: взгляд генконструктора

Краткий конспект встречи с Виктором Хартовым, генеральным конструктором Роскосмоса по автоматическим космическим комплексам и системам, в прошлом гендиректором НПО им. С.А.Лавочкина. Встреча прошла в Музее космонавтики в Москве, в рамках проекта “Космос без формул”.

Полный конспект беседы.

Моя функция проведение единой научной технической политики. Я всю жизнь отдал автоматическому космосу. У меня есть некоторые мысли, я с вами поделюсь, а потом интересно ваше мнение.

Автоматический космос многогранен, и в нем я бы выделил 3 части.

1-я – прикладной, промышленный космос. Это связь, дистанционное зондирование Земли, метеорология, навигация. ГЛОНАСС, GPS это искусственное навигационное поле планеты. Тот, кто создает его, не получает никакой выгоды, выгоду получают те, кто его использует.

Съемка Земли очень коммерческая сфера. В этой области действуют все нормальные законы рынка. Спутники надо делать быстрее, дешевле и качественнее.

2-я часть – научный космос. Самое острие познания человечеством Вселенной. Понимать, как она образовалась 14 млрд лет тому назад, законы ее развития. Как шли процессы ев соседних планетах, как сделать так, чтобы Земля не стала похожа на них?

Барионная материя, которая вокруг нас — Земля, Солнце, ближайшие звезды, галактики — все это только 4-5% от общей массы Вселенной. Есть темная энергия, темная материя. Какие мы с вами цари природы, если все известные законы физики — всё только на 4%. Сейчас к этой проблеме «копают тоннель» с двух сторон. С одной стороны: Большой адронный коллайдер, с другой – астрофизика, за счет изучения звезд и галактик.

Мое мнение, что сейчас надсажать возможности и ресурсы человечства на тот же полет на Марс, травить нашу планету тучей пусков, сжигая озоновый слой – это не самое правильное действие. Мне кажется, что мы торопимся, пытаясь своими паровозными силами решить задачу, над которой работать надо не суетясь, с полным пониманием природы Вселенной. Найти следующий слой физики, новые законы, позволяющие преодолеть все это.

Сколько это будет длиться? Неизвестно, но надо нарабатывать данные. И здесь роль космоса велика. Тот же Hubble, работающий массу лет, приносит пользу, скоро будет смена James Webb. Чем научный космос отличается кардинально — это тем, что уже умеет человек, второй раз делать не надо. Нужно делать новое и следующее. Каждый раз новая целина – новые шишки, новые проблемы. Редко научные проекты делаются в тот срок, который планировали. Мир к подобному относится достаточно спокойно, кроме нас. У нас есть закон 44-ФЗ: если не сдал вовремя проект — то сразу штрафы, разоряющие фирму.

Но у нас уже летает "Радиоастрон", которому в июле будет 6 лет. Уникальный спутник. У него 10-метровая антенна высокой точности. Главная его особенность в том, что он работает вместе с наземными радиотелескопами, причем в режиме интерферометра, и очень синхронно. Ученые просто плачут от счастья, особенно академик Николай Семенович Кардашев, который в 1965 году издал статью, где он обосновал возможность этого опыта. Над ним смеялись, а сейчас он счастливый человек, который задумал это и видит сейчас результаты.

Хотелось бы чтобы наша космонавтика почаще счастливила ученых и запускала побольше таких передовых проектов.

Следующий "Спектр-РГ" находится в цехе, работа идет. Он полетит на полтора миллионов километров от Земли в точку L2, мы там впервые будем работать, ждем с неким трепетом.

3-я часть – «новый космос». О новых задачах в космосе для автоматов на околоземной орбите.

Обслуживание на орбите. Это инспекция, модернизация, ремонты, заправка. Задача очень интересная с точки зрения инженерии, и для военных интересно, но экономически очень дорогая, пока возможность обслуживания превышает стоимость обслуживаемого аппарата, поэтому такое целесообразно для уникальных миссий.

Когда спутники летают столько, сколько хочешь, возникает две проблемы. Первая – аппараты морально стареют. Спутник живой еще, а на Земле уже сменились стандарты, протоколы новые, диаграммы и так далее. Вторая проблема – кончается топливо.

Разрабатываются полностью цифровые полезные нагрузки. Путем программирования им можно менять модуляцию, протоколы, назначение. Вместо спутника связи аппарат может стать спутником-ретранслятором. Эта тема очень интересная, я уж про военное применение не говорю. А также она снижает производственные затраты. Это первый тренд.

Второй тренд – это заправка, обслуживание. Сейчас уже ставятся опыты. Проекты предполагают обслуживание спутников, которые делались без учета этого фактора. Кроме заправки будет отрабатываться еще и доставка дополнительной полезной нагрузки, достаточно автономной.

Следующий тренд – многоспутниковость. Постоянно растут потоки. Добавляется М2М – этот интернет вещей, системы виртуального присутствия, и многое другое. Все хотят пользоваться потоками с мобильных устройств, с минимальными задержками. На низкой орбите у спутника снижаются требования по мощности, снижаются объемы аппаратуры.

SpaceX подала в федеративную комиссию по связи США заявку на создание системы на 4000 космических аппаратов для мировой высокоскоростной сети. В 2018 году OneWeb начинает развертывать систему, состоящую сначала из 648 спутников. Недавно расширили проект до 2000 спутников.

Примерная такая же картина наблюдается в области ДЗЗ – нужно в любой момент времени видеть любую точку планеты, в максимальном количестве спектров, с максимальными деталями. Нужно поместить на низкую орбиту чертову тучу мелких спутников. И создать супер-архив, куда будет сбрасываться информация. Это даже не архив, а актуализированная модель Земли. И любое количество клиентов может брать то, что им надо.

Но картинки – это первый этап. Всем нужны данные обработанные. Это та область, где есть простор для творчества — как из этих картинок, в разных спектрах, «намыть» прикладные данные.

Но что значит многоспутниковая система? Спутники должны быть дешевыми. Спутник должен быть легким. Заводу с идеальной логистикой ставят задачу производить по 3 штуки в день. Сейчас делают один спутник в год или в полтора. Нужно научиться решать целевую задачу, используя эффект многоспутниковости. Когда спутников много, они могут решать задачу как один спутник, например создать синтезированную апертуру, вот как «Радиоастрон».

Еще один тренд – перевод любой задачи в плоскость вычислительных задач. Например, радиолокация входит в острое противоречие с идеей маленького легкого спутника, там нужна мощность, чтобы сигнал послать-принять и прочее. Есть только один способ: Землю облучает масса аппаратов — ГЛОНАСС, GPS, спутники связи. Все светят на Землю и что-то от нее отражается. И тот, кто научится из этого мусора вымывать полезные данные, тот и будет царем горы в этом деле. Это очень сложная вычислительная задача. Но она того стоит.

А дальше, представьте: сейчас всеми спутниками управляют, как с японской игрушкой [Томагочи]. Все очень любят теле-командный метод управления. Но в случае с многоспутниковыми группировками требуется полная автономность, разумность сети.

Так как спутники малые, то сразу возникает вопрос: «а мусора же вокруг Земли и так много»? Сейчас есть международный мусорный комитет, где принята рекомендация, гласящая, что спутник должен за 25 лет точно сойти с орбиты. Для спутников на высоте 300-400 км это нормально, они об атмосферу тормозят. А аппараты OneWeb на высоте 1200 км будут летать, сотни лет.

Борьба с мусором – это новое применение, которое создало человечество само себе. Если мусор мелкий, то его нужно накапливать в какой-то большой сети или в пористом куске, который летает и впитывает мелкий мусор. А если крупный мусор, то его незаслуженно называют мусором. Человечество потратило деньги, кислород планеты, вывело в космос ценнейшие материалы. Половина счастья — его уже вывели, поэтому можно применить его там.

Есть такая утопия, с которой я ношусь, некая модель хищника. Аппарат, который достигает этот ценный материал, в некоем реакторе превращает его в субстанцию типа пыли, и часть этой пыли применяют в гигантском 3д-принтере, чтобы создать часть себе подобного в будущем. Это пока далекое будущее, но эта идея решает задачу, потому что любая погоня за мусором — главное проклятие – баллистика.

Мы не всегда чувствуем, что человечество очень ограничено, с точки зрения маневров возле Земли. Поменять наклон орбиты, высоту — это колоссальные затраты энергии. Нам сильно испортила жизнь яркая визуализация космоса. В фильмах, в игрушках, в «Звездных Войнах», где люди так непринужденно туда-сюда летают и все, воздух им не мешает. Медвежью услугу нашей отрасли оказала эта «правдоподобная» визуализация.

Мне очень интересно узнать мнение по поводу изложенного. Потому что сейчас в нашем институте мы проводим компанию. Я собирал молодежь и тоже самое говорил, и предложил каждому написать эссе на эту тему. Наш космос ведь обрюзг. Опыт получен, но наши законы, как вериги на ногах, иногда очень мешают. С одной стороны, они писаны кровью, всё понятно, а с другой: через 11 лет после запуска первого спутника человек ступил на Луну! С 2006 по 2017 гг. ничего не поменялось.

Сейчас есть объективные причины — все физические законы выработаны, все топливо, материалы, основные законы и все технологические заделы на базе них были применены в предыдущих веках, т.к. новой физики нет. Кроме этого, есть еще один фактор. Вот когда пускали Гагарина, риск был колоссален. Когда американцы летали к Луне, они сами оценивали, что было процентов 70%, риска, но тогда система была такая, что…

Давала право на ошибку

Да. Система признавала, что риск есть, и находились люди, которые ставили свое будущее на карту. «Я принимаю решение, что Луна твердая» и так далее. Над ними не было механизма, который мешал бы принимать такие решения. Сейчас NASA жалуется «Бюрократия все придавила». Возведено в фетиш стремление к 100% надежности, но это бесконечная апроксимация. И никто не может принять решение потому что: а) нет таких авантюристов, кроме Маска, б) созданы механизмы, которые не дают права на риск. Все скованны предыдущим опытом, который материализован в виде нормативных актов, законов. И в этой паутине космос двигается. Явный прорыв, который есть за последние годы — это тот же самый Илон Маск.

Мои домыслы на базе некоторых данных: это было решение NASA вырастить такую компанию, которая не боялась бы рисковать. Илон Маск иногда завирается, но дело делает и движется вперед.

Из того, что вы рассказали, что разрабатывается в России сейчас?

У нас есть Федеральная космическая программа и у нее две цели. Первая – удовлетворить потребности федеральных органов исполнительной власти. Вторая часть – научный космос. Это «Спектр-РГ». И мы должны через 40 лет вновь научиться возвращаться на Луну.

К Луне почему этот ренессанс? Да потому что на Луне в районе полюсов замечено какое-то количество воды. Проверка того, что там есть вода — важнейшая задача. Есть версия, что ее кометы натаскали за миллионы лет, тогда это особенно интересно, ведь кометы прилетают с других звездных систем.

Мы вместе с европейцами выполняем программу «ЭкзоМарс». Был старт первой миссии, мы уже долетели, и «Скиапарелли» благополучно вдребезги разбился. Ждем, когда туда прилетит миссия №2. 2020 год пуск. Когда две цивилизации сталкиваются в тесной «кухне» одного аппарата проблем много, но уже стало легче. Научились работать в команде.

Вообще научный космос — это то поле, где человечеству нужно работать вместе. Он очень дорогой, прибыли не дает, и поэтому крайне важно научиться складывать силы финансовые, технические и интеллектуальные.

Получается все задачи ФКП решаются в современной парадигме производства космической техники.

Да. Совершенно верно. И до 2025 года — это интервал действия этой программы. Конкретных проектов нового класса нет. Есть договоренность с руководством Роскосмоса, если будет проект доведен до правдоподобного уровня, тогда поставим вопрос включения в федеральную программу. Но в чем разница: у нас у всех желание припасть к деньгам бюджета, а в США есть люди, которые свои деньги готовы вкладывать в такое дело. Я понимаю, что это глас вопиющего в пустыне: где наши олигархи, вкладывающие в такие системы? Но не дожидаясь их мы ведем стартовые работы.

Я считаю, что здесь как раз нужно два клича кликать. Сначала искать такие прорывные проекты, команды, которые готовы их реализовывать и тех, то готов в них вкладываться.

Я знаю, что есть такие команды. Мы с ними консультируемся. Мы вместе помогаем им, чтобы они вышли на реализацию.

Планируется ли радиотелескоп на Луне? И второй вопрос по поводу космического мусора и эффекта Кеслера. Эта задача актуальна, и планируются ли приниматься какие-то меры по этому поводу?

Начну с последнего вопроса. Я же говорил, что человечество очень серьезно к этому относится, ведь оно создало мусорный комитет. Спутники нужно уметь сводить с орбиты или отводить на безопасные. А так нужно делать надежные спутники, чтобы они «не помирали». А впереди такие футуристические проекты, про которые я говорил ранее: Большая губка, «хищник», и т.п.

«Мина» может сработать в случае какого-то конфликта, если военные действия пойдут в космосе. Поэтому надо за мир в космосе бороться.

Вторая часть вопроса про Луну и радиотелескоп.

Да. Луна — с одной стороны классно. Вроде бы в вакуум, но вокруг нее существует некая пылевая экзосфера. Пыль там крайне агрессивная. Какого рода задачи можно решать с Луны — это еще надо разобраться. Не обязательно ставить большущее зеркало. Есть проект — корабль опускается и от него бегут в разные стороны «тараканы», который тащат кабели, и в результате получается большая радиоантенна. Некоторое количество таких проектов лунных радиотелескопов гуляет, но прежде всего нужно ее изучить и понять.

Пару лет назад Росатом заявил, что готовит чуть ли не эскизный проект ядерно-двигательной установки для полетов, в том числе к Марсу. Эта тема как-нибудь развивается или заморожена?

Да, она идет. Это создание транспортно-энергетического модуля, ТЭМ. Там стоит реактор и система преобразовывает его тепловую энергию в электрическую, и задействованы очень мощные ионные двигатели. Есть с десяток ключевых технологий, вот по ним идет работа. Достигнут весьма существенный прогресс. Практически полностью ясна конструкция реактора, практически созданы очень мощные ионные двигатели по 30 кВт. Недавно видел их в камере, идет отработка. Но главное проклятие — это тепло, надо сбросить 600 кВт – та еще задача! Радиаторы под 1000 кв м. Сейчас работают над поиском других подходов. Это капельные холодильники, но они еще находятся в ранней фазе.

Ориентировочно есть какие-то даты?

Демонстратор собираются где-то в пределах до 2025 года запустить. Стоит такая задача. Но это зависит от нескольких ключевых технологий, по которым идет отставание.

Вопрос возможно полушуточный, но какие ваши мысли про известно электромагнитное ведро?

Про этот двигатель знаю. Я же вам сказал, что с тех пор как я узнал, что есть темная энергия и темная материя, я перестал полностью базироваться на учебнике физики за среднюю школу. Немцы ставили опыты, они точный народ, и видели, что эффект есть. А это полностью противоречит моему высшему образованию. В России как-то делали эксперимент на спутнике «Юбилейный» с двигателем без отброса массы. Были за, были против. После испытаний обе стороны получили твердейшие подтверждение своей правоты.

Когда запускали первый «Электро-Л», в прессе были жалобы, тех же метеорологов, что спутник не удовлетворяет их нуждам, т.е. спутник ругали еще до того, как он сломался.

Он должен был работать в 10 спектрах. В части спектров, в 3-х, по-моему, качество картинки было не то, которое идет с западных спутников. Наши пользователи привыкли к полностью товарным продуктам. Если бы других картинок не было, то метеорологи были бы счастливы. Второй спутник в существенной степени доработан, улучшена математика, так что сейчас они вроде как удовлетворены.

Продолжение «Фобос-Грунта» «Бумеранг» — будет ли это новый проект или это будет повторение?

Когда делали «Фобос-Грунт» я был директором НПО им. С.А. Лавочкина. Этот тот пример, когда количество нового превышает разумный предел. К сожалению, не хватило интеллекта для того, чтобы учесть всё. Миссия должна быть повторена, в частности потому что она приближает возврат грунта с Марса. Задел будет применен, идеологический, баллистические расчеты и прочее. А так, техника должна быть другая. На базе этих заделов, которые мы получим по Луне, по еще чему-то… Где уже будут части, которые позволят снизить технические риски полного новья.

Кстати, знаете, что японцы собираются реализовать свой «Фобос-Грунт»?

Они не знают еще, что Фобос очень страшное место, там все гибнут.

У них был опыт с Марсом. И там тоже много чего погибло.

Тот же Марс. До 2002 года Штаты и Европа имели, кажется, 4 неудачных попытки добраться до Марса. Но они проявили американский характер, и каждый год пуляли и выучились. Сейчас же они делают чрезвычайно красивые вещи. Я был в Jet Propulsion Laboratory на посадке марсохода Curiosity. Мы к тому времени уже угробили «Фобос». Вот где я плакал, практически: у них спутники летают вокруг Марса давно. Они так выстроили эту миссию, что пришло фото парашюта, который открылся в процессе посадки. Т.е. они со своего спутника смогли данные получить. Но это путь не простой. У них было несколько провальных миссий. Но они продолжали и сейчас достигли определенных успехов.

Миссия, которую они разбили, Mars Polar Lander. У них причина неудачи миссии была «недофинансирование». Т.е. госслужбы посмотрели и сказали, мы вам денег не додали, мы виноваты. Мне кажется, что это практически невозможно в наших реалиях.

Не то слово. У нас надо найти конкретного виновника. На Марсе нам надо догонять. Конечно еще есть Венера, которая до сих пор числилась российской или советской планетой. Сейчас с США идут серьезные переговоры о том, чтобы вместе сделать миссию к Венере. США хотят посадочные модули с высокотемпературной электроникой, которые будут нормально работать при больших градусах, без теплозащиты. Можно аэростаты или самолетик сделать. Интересный проект.

Выражаем благодарность Московскому музею космонавтики за возможность встречи, и научно-популярному порталу Индикатор за видео и трансляцию.

Следующая встреча "Космос без формул", в четверг 25 мая будет посвящена пилотируемым космическим станциям. Эксперт — Владимир Бранец. Беседа обещает быть очень содержательной.
Место проведения: Музей космонавтики.
Время: 25 мая, четверг 18:30.

Источник: geektimes.ru