Русский космос

[АниКей]

Госкорпорация «Роскосмос»
Подробный материал о проекте Российской орбитальной станции читайте в новом выпуске журнала "Русский космос". Журнал станет доступен после 18.00 в разделе на нашем сайте: https://www.roscosmos.ru/rkosmos/
5.8K viewsedited  

[АниКей]

Главная → Информационные ресурсы → Журнал «Русский космос»
Журнал «Русский космос»
Подписка на журнал
Выпуск № 42
Скачать полный номер журнала Размер файла:26,8 МБ

Теперь подписаться на журнал можно и через электронный каталог «Почты России».

Наш индекс: ПН373

• К высоким широтам. Генеральный конструктор РКК «Энергия» Владимир Соловьев о проекте новой российской орбитальной станции.
• Пионер проекта «Сфера». Спутник-демонстратор группировки широкополосного доступ в интернет «СКИФ-Д» готовится к запуску.
• Алло! МКС на связи. Российские космонавты вышли на связь с корреспондентом редакции и рассказали о текущих делах на станции.
• «Боинг» потерял, а Роскосмос приобрел. Очерк о космонавте Дмитрии Петелине, который готовится к сентябрьскому старту в свою первую орбитальную командировку.
• Биопринтер против коронавируса. Какие перспективы для улучшения жизни людей открывает технология при ее использовании в космосе?
• Школы с разным акцентом. О разнице в подготовке космонавтов и астронавтов рассказывает космонавт, начальник первого управления ЦПК Валерий Корзун.
• Градусник космической погоды. Российские спутники возобновляют изучение ионосферы.
• «Птицы» высокого полета. Как «Беркут» и «Сокол» 60 лет назад встретились в космосе в ходе первого группового полета кораблей.
• Не устроить ли баньку? Актуальное изобретение студентов Балтийского государственного технического университета «Военмех».
• Как не «сгореть» на работе. Жизненные советы психологов Центра подготовки космонавтов.
• Космоафиша. Обзор интересных «космических» событий в августе.

[АниКей]

Посмотреть или скачать файл «rk2022-08-single.pdf» - https://disk.yandex.ru/d/VFtkJdtChi9EoA

[АниКей]

Главная → Публикации → Интервью
Интервью
#Роскосмос#Интервью#РКК Энергия#Владимир Соловьев#РОС
26.07.2022 18:01
Владимир Соловьев о ходе проектирования Российской орбитальной станции














В конце мая на совместном заседании президиума Научно-технического совета Роскосмоса и бюро Совета РАН по космосу обсуждался ход первого этапа эскизного проектирования Российской орбитальной служебной станции. Были рассмотрены два варианта ее размещения: на орбите наклонением 51.6°, где сейчас летает МКС, и на высокоширотной наклонением 97°.
Об одном из вариантов станции журналу «Русский космос» подробно рассказал руководитель полета российского сегмента МКС, действительный член РАН, летчик-космонавт, дважды Герой Советского Союза, генеральный конструктор по пилотируемым системам и комплексам Российской Федерации, генеральный конструктор РКК «Энергия» имени С.П.Королева Владимир Алексеевич Соловьев.
 
–  Владимир Алексеевич, зачем понадобилось создавать новую станцию?
– С начала 1970-х годов Советский Союз, а затем Россия работают над программой длительных пилотируемых орбитальных полетов. Мы прежде всего старались создать надежные транспортные комплексы, системы и оборудование, обеспечивающие комфортное и безопасное пребывание человека на орбите, высокоэффективные системы энергообеспечения, надежные, очень точные системы навигации и ориентации и многое другое. С учетом географического расположения космодрома Байконур выведение на орбиту наклонением 51.6° обеспечивало наилучшие значения по массе полезной нагрузки на околоземной орбите за счет «привлечения» дополнительной скорости вращения Земли. Это позволяло наиболее эффективно решать вышеперечисленные задачи, для которых собственно значение наклонения орбиты не имело существенного значения.
В настоящее время отчетливо проявляются главные минусы продолжения использования этого наклонения: невозможность осматривать большую часть территории России, расположенную в основном на более высоких широтах. К тому же выведение на наклонение 51.6° с космодрома Восточный, основного для будущей пилотируемой программы, потребует больших затрат на создание поисково-спасательного комплекса.
Кроме того, решением руководителей космических агентств – партнеров по МКС срок эксплуатации станции был определен 2024 годом, и сейчас нам необходимо решать, что делать в будущем, и уже начинать работы по пилотируемым программам, которые будут реализовываться после этого срока.
Ни для кого не является секретом, что ресурс первых модулей МКС, рассчитанный на 15 лет, превышен более чем в полтора раза. И в последнее время наметилась тенденция увеличения времени, затрачиваемого космонавтами на обслуживание и ремонт бортовых систем, исчерпавших свои ресурсы. На выполнение научных экспериментов у экипажа остается все меньше времени.
В нашей стране обсуждение того, как российская пилотируемая космонавтика будет развиваться после программы МКС, идет уже давно. В Совете по космосу РАН еще лет шесть назад рассматривался этот вопрос. В обсуждении участвовали разного рода ведомства. Свои предложения высказывали предприятия Роскосмоса.
Известно, что NASA, не оставляя реализации орбитальных программ, решило всерьез вернуться к лунной пилотируемой программе. К их лунному проекту присоединились все партнеры по МКС, кроме России. Для руководства Роскосмоса стало очевидным, что нам на вторых ролях участвовать в американском лунном проекте не имеет смысла. Для нас ясно: прежде чем направлять на Луну космонавтов, надо определиться с необходимостью этого серьезного и весьма дорогого шага, провести довольно большой объем исследований автоматическими аппаратами.
Никоим образом не приуменьшая значения программ освоения Луны, РКК «Энергия» предложила считать первоочередным проект создания Российской орбитальной служебной станции (РОСС) на орбите наклонением к плоскости экватора около 97°, а также сделать Научно-энергетический модуль (НЭМ), предназначенный для российского сегмента МКС, основой РОСС. Это предложение одобрено высшим руководством страны.
 
–  Если будет окончательно принят этот проект, не получится, что мы слишком затянем реализацию собственной пилотируемой лунной программы?
–  Я целиком согласен с генеральным конструктором по автоматическим космическим системам Виктором Владимировичем Хартовым. Однажды он выступил на Королёвских чтениях с замечательным докладом, в котором обосновал необходимость сначала создать на Луне нужную инфраструктуру с помощью автоматов и только затем реализовывать пилотируемую лунную программу, предварительно подготовив на Земле существенные заделы для лунной базы. Просто поставить российский флаг на Луне, затратив на это колоссальные средства, нерационально. Я полагаю, что места на южном полюсе Луны хватит всем. А научную станцию надо разворачивать аккуратно, обеспечивая прежде всего безопасность космонавтов.
Надежное освоение Луны – дело дорогостоящее. В этой задаче считаю очень важным добиваться объединения усилий разных стран, как это было продемонстрировано в программе МКС.
 
–  В чем особенности высокоширотного варианта РОСС?
–  Решающую роль при выборе расположения будущей станции на высокоширотной орбите сыграли два момента. Первый: возможность максимального обозрения с ее борта своей территории, так как орбита наклонением 51.6°, по которой летает МКС, позволяет наблюдать в надире (непосредственно под трассой полета МКС. – Ред.) только около 10% нашей территории.
Второй момент: необходимость проведения начальной стадии медико-биологических исследований организма человека на орбите, которая в некоторых зонах менее защищена магнитосферой Земли от космического излучения. А это, в свою очередь, требуется для понимания того, с чем столкнутся будущие межпланетные экспедиции, которые также не будут иметь такой защиты.
В результате выбрали уникальную солнечно-­синхронную орбиту высотой 372 км от Земли и наклонением 96.9° (на первом этапе 334 км и 96.8°), обеспечивающую постоянные благоприятные условия для наблюдения своей (и не только!) территории.
Кроме того, эта орбита даст возможность обозревать не только всю территорию нашей страны, но и оба полюса Земли оптическими, инфракрасными, ультрафиолетовыми и другими детекторами, а также радиолокационными средствами, причем каждые полтора часа, что очень важно. Эта особенность орбиты позволит отслеживать и перемещение различных объектов в районах полюсов Земли, что дает принципиально новое качество исследованиям из космоса.
РОСС будет работать в автоматическом режиме и по необходимости будет посещаемой. В результате станция будет использоваться более эффективно не только в научных и хозяйственных интересах.
 
–  Почему эту версию РОСС решено делать не постоянно обитаемой, а посещаемой? Нет ли в этом шаге движения назад?
–  При создании этого варианта РОСС предлагается несколько изменить философию космических пилотируемых полетов, а станцию сделать технически более совершенной и эффективной в отношении получения результатов экспериментов и исследований. Ведь не секрет, что у нас с проведением космических экспериментов на МКС по различным причинам дела обстоят не очень хорошо (да и на «Мире» результативность была не очень высокой). И проблема не только в финансировании, но и в том, что МКС обладает определенными ограничениями. Она, например, постоянно находится в фиксированной ориентации, что не всегда удобно для ряда экспериментов по наблюдению Земли и космоса. Конечно, ощущается и недостаток располагаемых энергоресурсов, а это мешает проведению многих энергоемких экспериментов, например в области материаловедения, отработки методов получения новых материалов в космосе и других.
К тому же постоянное пребывание человека на орбите – высокозатратное мероприятие. Поить, кормить, одевать, обеспечивать кислородом и водой экипаж довольно дорого. Кроме того, полеты частично вне магнитосферы Земли увеличивают дозу облучения космонавтов, что несколько сокращает допустимую длительность полетов.
Зато у ученых Института космических исследований (ИКИ) РАН есть целый набор приборов для исследований в области физики космических лучей, которые было бы очень интересно разместить на станции. Но эти приборы, чтобы они надежно работали в автоматическом режиме, необходимо будет первоначально наладить. И это должен делать человек, с такими работами робот не справится.
Не следует забывать, что человек – создание уязвимое, а космос – среда агрессивная. По предварительным расчетам, экипажу достаточно работать на станции один-два месяца для выполнения пуско-наладочных и ремонтных работ, а также для экспериментов и работ в открытом космосе без какого-либо вреда здоровью. Потому предлагается сделать РОСС способной длительное время работать в автоматическом режиме. Пилотируемые полеты на РОСС предлагаем осуществлять только тогда, когда наберется необходимое количество работ, которые могут выполнить только космонавты. Нам еще предстоит найти разумный баланс между длительностью и частотой полетов.
Шаг вперед заключается в том, что от этапа пилотируемого освоения Россия переходит к этапу использования низкой околоземной орбиты.
 
–  Как предлагается строить высокоширотную РОСС?
–  Мы предлагаем ее строить двумя этапами. Если решение о ее строительстве будет принято до конца года, то первый этап начнется в 2028 г. с запуска ракетой-носителем «Ангара-А5М» Научно-энергетического модуля. НЭМ необходимо будет дооснастить различными системами, в том числе блоком гиродинов, чтобы получить возможность использовать его несколько лет в качестве основного модуля. К нему на ракете «Ангара-А5М» с Восточного будут запущены в одной связке Узловой и Шлюзовой модули. Узловой модуль оснащен шестью стыковочными узлами. Он будет почти аналогичен узловому модулю («Причал». – Ред.), который в прошлом году был доставлен на МКС. Шлюзовой модуль предоставляет возможность выхода из него для работ в открытом космосе.
После стыковки в 2028 г. Узлового модуля можно будет с Байконура отправить ракетой-­носителем «Союз-2.1б» на корабле типа «Союз» первый экипаж. Он сможет расконсервировать станцию и уже начать первые исследования и эксперименты. По возвращении экипажа на Землю РОСС будет работать в автоматическом режиме.
Затем к станции должен прибыть Базовый модуль такого же типоразмера, что и НЭМ, с такими же мощными солнечными батареями. Комплект батарей, размещенных на НЭМе и Базовом модуле, позволит выработать электрическую мощность до 55 кВт, что даст хороший энергетический потенциал, достаточный для разных, в том числе энергоемких, радиолокационных наблюдений и экспериментов. На Базовом модуле, вероятнее всего, как и на НЭМе, будут установлены две каюты и туалет для космонавтов. Это позволит создать комфортные условия для экипажа из четырех человек. При этом РОСС достигнет массы около 55 тонн и будет иметь герметичный объем 217 м³. Первый этап на этом завершается (2030 г.).
Мы предполагаем, что в начале строительства экипажи будут посещать РОСС два раза в год, грузы будут доставляться грузовыми кораблями серии «Прогресс», запускаемыми ракетами-­носителями «Союз-2.1б».
 
–  Какие работы по строительству РОСС будут произведены на втором этапе?
–  На втором этапе, который предполагаем начать в 2030 г., к станции будут присоединены еще два крупных модуля: Целевой и Производственный. Кроме того, на РОСС будет доставлена частично герметичная Платформа обслуживания космических аппаратов, на которой можно будет переоснащать, дозаправлять и вновь отправлять на орбиты новые автоматические космические аппараты. Эти аппараты должны быть ремонтопригодными, дозаправляемыми, и их орбиты должны быть согласованы с орбитой РОСС.
Возможность дозаправки в космосе мы отработали еще в 1978 г. Эту систему у нас даже покупали европейцы для своего грузового корабля АTV, и грех не использовать ее для дозаправки спутников.
Тем временем должны быть разработаны и средства перемещения космических аппаратов к станции и последующего возвращения их на необходимые орбиты – своеобразные межорбитальные буксиры. Такая возможность должна оказаться очень перспективной. Наши «коллеги» в США уже сделали такой буксир. В первом испытании они неисправный спутник на геостацио­нарной орбите отвели на орбиту захоронения. В другом испытании, тоже на геостационарной орбите, они состыковали буксир с аппаратом, у которого закончился запас топлива для коррекции орбиты, и теперь управляют спутником с помощью этого буксира.
К концу второго этапа масса станции достигнет примерно 122 тонн, а гермообъем – 505 м³, и по этим показателям она существенно превысит российский сегмент МКС.
Предполагается, что космонавты и грузы на этом этапе будут доставляться на орбиту и возвращаться с орбиты на Землю грузопассажирским кораблем на базе ПТК «Орёл», запускаемым с Восточного ракетой-носителем «Ангара-А5М».
Очень важно, с моей точки зрения, сделать так, чтобы строительство РОСС не стало долгостроем. Сейчас у всех – и у руководителей государства, и у отрасли, и у народа – вызывает раздражение, когда мы очень долго создаем что-то новое. Причин этому, конечно, много. Но хочется, чтобы с РОСС такого не произошло. Мы должны разработать и максимально использовать новые технологии, которые позволят параллельно строить на Земле различные элементы станции и в разумное время выводить их на орбиту. Полагаю, что изложенные в нашем предложении временные интервалы первого и второго этапов сборки РОСС могут быть существенно сокращены.
 
–  Каково назначение Производственного и Целевого модулей?
–  В Производственном модуле можно будет проводить эксперименты в области космических технологий, космического материаловедения, связанные с отработкой методов получения полупроводниковых кристаллов, пленок, в том числе с помощью молекулярно-лучевой эпитаксии (конденсация молекулярных пучков на подложке в условиях вакуума. – Ред.). Достижение значимых результатов в этой области может дать серьезный толчок развитию отечественных нанотехнологий, микро- и наноэлектроники. То же относится и к решению актуальных задач в области биотехнологии.
В этом модуле будут храниться комплектующие, производиться сборка и тестирование автоматических аппаратов. Он также позволит осуществлять работы по подготовке, настройке и ремонту испытуемых образцов перспективной аппаратуры.
Целевой модуль будет укомплектован внешними универсальными рабочими местами и – для подключения научной аппаратуры – внутренними универсальными стойками, связанными с высокопроизводительным компьютером сетью для обмена информацией и ее хранения.
Не обойтись и без универсального программного обеспечения. В зависимости от состава научной программы на этот модуль можно будет доставлять оборудование, предназначенное для исследований в различных областях знаний – космической медицине, биотехнологии, материа­ло­ведении, космических технологиях, для визуально-инструментальных наблюдений Земли, для образовательных экспериментов и так далее.
Иными словами, будет реализован новый этап развития технологии сменных полезных нагрузок, которая уже внедрена и отрабатывается на российском сегменте МКС.
 
–  Возможен ли вариант, при котором экипажи смогут одновременно работать и на МКС, и на РОСС?
–  Да, конечно, возможен. Нам, безусловно, необходимо продолжать эксплуатацию МКС до тех пор, пока не создадим более или менее ощутимый задел по РОСС. Хотя МКС и РОСС будут летать на орбитах с разными наклонениями и перелет с одной станции на другую будет невозможен, мы в состоянии обеспечить эффективную эксплуатацию и российского сегмента МКС, и РОСС. Подобный опыт у нас имеется.
Кроме того, надо учитывать, что если мы на несколько лет прекратим пилотируемые полеты, то потом восстановить достигнутое будет очень непросто. Конкретный пример – программа «Энергия-Буран».
 
–  Предполагается ли использовать для запуска корабля «Орёл» стартовый комплекс на космодроме Плесецк?
–  Мы такую возможность пока не рассматривали и не предлагали. Сейчас единственным местом запуска «Орла» является космодром Восточный, где строительство стартового комплекса для ракеты-носителя «Ангара-А5» идет полным ходом.
 
–  На Королёвских чтениях в прошлом году вы говорили, что в составе РОСС может быть трансформируемый модуль с центрифугой. От него решено отказаться?
–  Мы ни от чего полезного отказываться не собираемся. Да, в РКК «Энергия» проводились совместные с НПП «Звезда» работы по трансформируемому модулю. Американцы уже испытывают такой модуль в составе своего сегмента МКС. Подобные работы мы тоже собираемся проводить.
Что касается центрифуги, то такая центрифуга короткого радиуса есть в ИМБП. На ней осуществляются интересные исследования и эксперименты на Земле. У нас в «Энергии» действительно были проработки по установке такого рода центрифуги в трансформируемом модуле. Сейчас мы осмысливаем общую конфигурацию станции, ищем возможность включить этот модуль с центрифугой в состав РОСС.
 
–  Какие эксперименты и целевые работы смогут проводиться на высокоширотной станции?
–  Об этом я упоминал, рассказывая про Производственный и Целевой модули. Кроме того, мы рассматривали множество других вариантов. Например, можно будет развернуть пункт управления облаком малых спутников и систему обслуживания автоматических космических аппаратов, так сказать, на «внешней подвеске». Естественно, будут исследоваться и испытываться новые конструкционные материалы, высокоскоростные информационные интерфейсы, интерфейсы «человек-машина», новые системы жизнеобеспечения замкнутого цикла, чтобы с Земли доставлялось не более 5–7% расходных материалов. Ну и, конечно, робототехнические системы. Наверняка также будут проводиться эксперименты и наблюдения в интересах безопасности нашей страны.
С помощью определенной аппаратуры, возможно, удастся уточнить математическую модель атмосферы Земли над полюсами, исследовать авроральные явления (от греческого слова Aurora – сияние. Геофизические явления, происходящие в магнитосфере и ионосфере Земли в зоне полярных сияний. – Ред.), отработать методы более достоверного предсказания космической погоды.
 
–  Рассматривается ли РОСС как «ступенька» к пилотируемому полету на Луну?
–  Да, конечно. При политической воле и достаточном финансировании РОСС можно будет использовать в качестве базы для сборки лунного или марсианского комплекса. С помощью РОСС можно реализовать эффективные двухпусковые схемы, когда экипаж дожидается на станции прибытия разгонного блока для выполнения отлетного импульса к Луне. Двухпусковые схемы позволяют снизить потребную грузоподъемность ракет и перейти с дорогостоящих носителей сверхтяжелого класса на более доступные ракеты тяжелого класса.
Для полета к Луне экипаж сможет использовать корабль, прибывающий на станцию с Земли, или даже многоразовый корабль с постоянной «припиской» к РОСС. В этом случае РОСС становится своеобразным космопортом. Расчеты показывают реализуемость такого подхода. Грузовые же операции для поддержки лунных операций можно будет выполнять, используя запуски ракет на наклонение 51.6°, которое ближе к эклиптике и позволяет использовать преимущества этой орбиты по энергетике.
 
–  Вы несколько раз упомянули ракету «Союз-2.1б» для запуска кораблей типа «Союз» и «Прогресс» на первом этапе строительства РОСС...
–  Да, мы с гендиректором РКЦ «Прогресс» Дмитрием Александровичем Барановым обсуждали этот вопрос. Безусловно, для полетов на орбиту наклонением 97° надо переходить на носитель «Союз-2.1б». Правда, он пока не имеет сертификата для пилотируемых полетов, но и «Союз-2.1а» когда-то не имел. Мы его обкатали сначала при запусках «Прогрессов», теперь используем для запусков «Союзов МС». Вероятно, так же поступим и с носителем «Союз-2.1б».
 
–  Корабль «Союз МС» будет использован для запуска на орбиту 97° или же потребуется его серьезная модификация?
–  На первом этапе хорошо отработанный корабль «Союз» необходим, а переход на более мощный носитель «Союз-2.1б» обеспечит на новом наклонении практически ту же выводимую массу, что и «Союз-2.1а» на наклонении 51.6°. Так что серьезного снижения массы корабля «Союз», а следовательно, и модификаций не потребуется. Корабль «Союз» сможет летать на высокоширотную РОСС в трехместном варианте.
 
–  На втором этапе сборки РОСС вы предполагаете перейти на доставку экипажей «Орлом». А на чем вы планируете доставлять грузы? На модификациях «Прогресса»?
–  «Прогрессы» мы пока не списываем и будем их строить и использовать, особенно на первом этапе. Вместе с тем наши специалисты просчитывают модификации «Орла» в «грузопассажирском», «грузовозвращающем» и «грузовом» вариантах.
ПТК «Орёл» разрабатывается для перелетов к Луне. Используя задел по нему, можно в короткий срок создать новые типы унифицированного корабля для транспортно-технического обеспечения РОСС. Такой подход был реализован при проектировании пилотируемых станций, когда системы и агрегаты космических кораблей «Союз» и «Прогресс» использовались в создании модулей.
По предварительным расчетам, при экипаже в четыре человека «Орёл» сможет доставить с Земли на станцию и со станции на Землю до 500 кг «сухого» груза. В случае экипажа из двух человек количество «сухих» грузов увеличивается до 750 кг, а также возможна доставка до 1500 кг топлива, до 360 кг воды и до 120 кг газов. Если предложения по созданию «околоземных» модификаций «Орла» получат поддержку, мы сможем не только доставлять на орбиту грузы и топливо, но и возвращать значительное количество грузов.
В заключение отмечу, что я рассказал о конфигурации российской национальной станции, разработанной РКК «Энергия». Это предложение получило поддержку у руководства отрасли и у президента страны. Сейчас завершен первый этап эскизного проектирования, после которого будет принято окончательное решение, что будет представлять собой высокоширотная РОСС. В процессе второго этапа эскизного проектирования состав и назначение модулей РОСС будут детализированы. И это нормально. Я очень надеюсь, что до конца этого года нам удастся убедить правительство, что высокоширотную станцию строить надо.
Если решение будет принято и финансирование пойдет, то в течение 2022 г. мы будем разрабатывать эскизный проект, одновременно будем шире внедрять автоматическое проектирование, сокращать объем наземной экспериментальной отработки за счет использования цифровых моделей. После защиты эскизного проекта последует этап разработки технической документации. А дальше – все как обычно, до запуска первых модулей станции в 2028 г

[АниКей]

Главная → Публикации → Новости
Новости
#Роскосмос#Русский космос#ИКИ РАН#Ионосфера
07.08.2022 10:00
Градусник космической погоды











Прогноз «космической погоды» в XXI веке перестал быть экзотикой. По крайней мере автор этих строк хорошо помнит, что еще несколько лет назад в интервью на эту тему видные ученые предпочитали говорить, что вопрос еще требует тщательного исследования. А что сейчас?
Выражение «Что нам сегодня приготовила космическая погода?» стало встречаться в нашем лексиконе с тех пор, как плохое самочувствие стали связывать с геомагнитными бурями и солнечной активностью. Впрочем, степень влияния этих явлений на здоровье человека еще остается предметом дискуссий. Вместе с тем сложно отрицать, что перебои в электрических сетях, сбои в работе нефте- и газопроводов, возникающие в результате глобальной космической бури, негативно сказываются на всех нас. Следить за космической погодой становится жизненно необходимым. И ключевая роль в наблюдениях принадлежит ионосфере.
Еще сто лет назад было известно, что Землю окружает не только воздушная атмосфера, но и оболочка, состоящая из смеси нейтральных и ионизированных (заряженных) частиц – электронов и ионов. Благодаря ей, в частности, стала возможна радиосвязь. Эта оболочка получила название «ионосфера».
Ионосфера располагается на высоте примерно от 60 км до 2000 км и имеет сложное строение. Ее принято разделять на несколько слоев, которые различаются по концентрации плазмы и особенностям ее поведения. Ионосфера «чутко» реагирует на различные изменения геомагнитного поля, которое, в свою очередь, меняется под действием солнечной активности. Поэтому границы ионосферных слоев то поднимаются, то опускаются, и вся ионосфера как бы «дышит».
Большинство электрических токов, возникающих в результате повышенной солнечной и геомагнитной активности, замыкаются именно в ионосфере. Поэтому ее можно назвать природной лабораторией для контроля околоземного космического пространства. Если мы будем знать состояние ионосферы, то есть основные параметры космической плазмы – концентрацию частиц, их состав и температуру, параметры электромагнитных полей и волновых излучений в разных ее областях, то сможем судить о том, что происходит вокруг Земли.
Однако «добраться» до ионосферы очень непросто. Фактически это можно сделать только с борта искусственного спутника Земли. Но если проводить измерения только на орбите, то получим данные лишь с фиксированной высоты, а о том, что происходит выше и ниже нее, можно будет только гадать. Необходимо создать прибор, способный зондировать ионосферу на разных высотах и представлять результаты в виде высотного профиля, то есть, проще говоря, графика, где отложена концентрация электронов в зависимости от высоты. Такой прибор существует, и он называется «ионозонд».
 
Ионозонды: с Земли в космос
Ионозонд излучает короткие радиоимпульсы в широком диапазоне частот и потом регистрирует отраженные сигналы от ионосферы. Отражение происходит в точке, в которой частота зондирующего радиоимпульса оказывается в резонансе с колебаниями свободных электронов. Частота этих колебаний зависит от концентрации электронов на данной высоте. Измеряя длительность задержки между временем излучения импульса и моментом прихода отраженного сигнала, можно определить высоту отражения, а по частоте отраженного импульса – концентрацию электронов на этой высоте.
Первые ионозонды были наземными. Соз­дателями технологии и первого ионозонда были американские ученые Грегори Брайт и Энтони Тьюв (в 1925 году). Первые эксперименты зондирования ионосферы с поверхности Земли они провели в 30-х годах XX века.
Сегодня на всей Земле существует глобальная сеть ионозондов, данные которой обрабатывают соответствующие геофизические службы. Так, в России в государственной наблюдательной сети, подведомственной Росгидромету, сейчас действует сеть из 16 ионозондов. Существует подобная сеть и в системе Российской академии наук.
Но наземные ионозонды стационарны и поэтому предоставляют информацию не обо всей ионосфере. У России, например, нет ионозондов, которые находились бы в Южном полушарии и в океанических акваториях. Кроме того, их возможности ограничены: находясь на Земле, ионозонд может получать информацию только о нижней части ионосферы, до высоты 250–400 км. Поэтому вполне естественно, что с началом космической эры ученые захотели вынести эти приборы на орбиту.
Первым «Жаворонком» (именно так переводится с французского название аппарата) стал канадско-­американский спутник Alouette. Он разрабатывался с 1958 года и был запущен в сентябре 1962 году.
В СССР первый ионозонд был установлен на спутнике «Космос-381» (1970 год), а потом на спутнике «Интеркосмос-19» (1979 год). «Интеркосмос-19» стал первой комплексной лабораторией не только в стране, но и в мире. Помимо ионозонда, на нем были установлены приборы для измерения параметров электромагнитных полей и частиц. Аппарат проработал больше трех лет и дал очень много научной информации.
Далее в 1987 году был запущен спутник «Космос-1809». Он был копией «Интеркосмоса-19», но с несколько измененным составом приборов. «Космос-1809» должен был стать первым аппаратом новой спутниковой группировки для систематического мониторинга ионосферы. Программа наблюдений составлялась в интересах не только Академии наук, но и Государственного комитета по гидрометеорологии и контролю природной среды (Госкомгидромет) СССР.
Необходимость следить за «космической погодой» понимали уже тогда, но, к сожалению, основной инструмент спутника – ионозонд – проработал не так долго, как хотелось бы. Остальные приборы успешно функционировали шесть лет, и был получен богатый материал по локальным параметрам ионосферной плазмы.
В 1990-е годы создать спутниковую группировку для мониторинга ионосферы по ряду причин, в основном экономических, не удалось. Правда, в 1998–1999 годах проводились научные эксперименты по исследованию ионосферы с помощью ионосферной станции, установленной на модуле «Природа» орбитального комплекса «Мир». Она тоже дала много научных результатов, в том числе потому, что несколько отличалась от того, что делалось на спутниках.
Эксперимент по радиозондированию с орбитального комплекса «Мир» относят к внутреннему зондированию ионосферы. Дело в том, что орбита станции проходила на высотах в интервале от 330 км до 380 км и на многих участках, особенно в низких широтах, была ниже высоты максимума концентрации электронов. Орбиты же спутников пролегали выше.
 
Четыре «Ионосферы» и один «Зонд»
Итак, в 1980–1990-х годах создать полноценную систему мониторинга «космической погоды» в нашей стране не удалось. Но необходимость в ней осталась и, более того, стала еще актуальнее. Последствия капризов «космической погоды» могут быть непредсказуемы, в первую очередь, для технической инфраструктуры и для космических аппаратов, от которых мы зависим все больше. А в России, территория которой находится на высоких широтах, эти явления могут быть особенно ощутимыми.
Космический проект «Ионозонд-2025» входит в Федеральную космическую программу на 2016–2025 годы. Головные заказчики – Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды и Российская академия наук. Головные организации по комплексу научной аппаратуры – Институт прикладной геофизики имени Е. К. Фёдорова Росгидромета и Институт космических исследований РАН.
Проект призван решить и научные, и прикладные задачи. Исследователи надеются получить новые знания о земной ионосфере, где еще много нерешенных вопросов. Для практиков это первый шаг к созданию спутниковой геофизической службы для непрерывного мониторинга околоземного пространства.
Предполагается, что спутниковая группировка «Ионозонд» будет состоять из четырех одинаковых аппаратов «Ионосфера-М», предназначенных для зондирования и мониторинга ионосферы. Систему дополнит пятый спутник – «Зонд-М», призванный наблюдать за Солнцем.
Космические аппараты создает Корпорация ВНИИЭМ. Научная аппаратура разрабатывается в российских научно-исследовательских институтах.
Все четыре спутника выведут на круговые орбиты высотой порядка 820 км. Орбиты будут солнечно-синхронными: при этом измерения «привязаны» к определенным секторам местного времени. Намечено задействовать две плоскости: спутники будут запускать попарно с последующим разведением на 180° вдоль меридиана, что позволит в два раза увеличить долготное разрешение проводимых измерений.
Солнечно-синхронная орбита представляет собой окружность вокруг Земли с такими параметрами, что объект, находящийся на ней, проходит над любой точкой земной поверхности в одно и то же местное время. Таким образом, угол освещения земной поверхности будет приблизительно одинаковым на всех проходах спутника. Такие постоянные условия освещения подходят для аппаратов, наблюдающих земную поверхность, метеоспутников.
Первыми в космос должны выйти два аппарата «Ионосфера-М» в 2023 году с космодрома Восточный. Через несколько лет группировку планируется дополнить второй парой и спутником «Зонд-М».
На каждом космическом аппарате «Ионо­сфера-М» первой пары установлено восемь научных приборов. На спутниках второй пары расположится уже по десять приборов.
Основной научный прибор – ионозонд ЛАЭРТ. Он «просветит» ионосферу, и по его данным будут строиться вертикальные профили концентрации электронов. Другие приборы измерят потоки энергичных частиц, их пространственные и энергетические распределения. Для измерения электромагнитных полей и излучений предусматривается применять низкочастотный волновой комплекс НВК2 и ионозонд ЛАЭРТ в режиме радиоспектрометра.
Данные проекта «Ионозонд» намечено использовать вместе с информацией от наземных наблюдений. Можно будет проводить и наземно-­космические эксперименты, изучая отклик ионосферы на воздействие «снизу» в виде ураганов, извержений вулканов, пылевых бурь и землетрясений.
Увидеть, как выглядит «Ионосфера-М», можно на выставке в ИКИ РАН. Макет аппарата в полную величину был создан по гранту Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере и сегодня стал одним из ключевых экспонатов для экскурсий, рассказывающих о космической погоде в целом и методах ее изучения. Дни открытых дверей в ИКИ РАН проводятся каждый год в апреле и октябре.
 

Материал опубликован в журнале «Русский космос»

[АниКей]

Главная → Публикации → Новости
Новости
#Роскосмос#Русский космос#МКС#3D-биопринтер
06.08.2022 10:00
Биопринтер против коронавируса
















Первый российский биопринтер Fabion появился в 2014 году. C его помощью провели эксперимент по печати щитовидной железы мыши, которая впоследствии благополучно прижилась в организме грызуна. Новость тогда облетела весь мир. В какой-то момент у специалистов лаборатории «3Д Биопринтинг Солюшенс», постановщиков эксперимента, возникла идея печатать биоматериал в космосе, поскольку невесомость — подходящая среда для этой технологии.
Необычное устройство на столе лаборатории «3Д Биопринтинг Солюшенс» почему-то называется принтером. Но, как я ни присматривался, ни картриджей, ни печатающих головок с полимерной нитью или иных привычных для 3D-печати признаков не обнаружил.
«И не ищите, — улыбается управляющий партнер компании Юсеф Хесуани. — Это магнитный биопринтер Organ.Aut. Кстати, второй экземпляр. Точно такой же, один в один, с 2018 года летает на МКС».
«И что же он там в космосе печатает?» — уточняю я.
«Да разное. Недавно вот вырастили кристаллы белков коронавируса...»
 
Щитовидка биочернилами
Основное направление лаборатории — регенеративная медицина, иными словами, восстановление функции тканей или целых органов. Открыта еще в 2013 году как один из проектов группы компаний «Инвитро». Хесуани признается, что тогда это направление казалось фантастикой. Научным руководителем со дня основания стал Владимир Миронов, один из главных мировых специалистов по биопечати и биофабрикации, долгое время возглавлявший профильную лабораторию университета Северной Каролины (США). Собственно, именно он ввел в оборот понятия «биопринтер», «биобумага», «биочернила».
Точно так же, как обычный 3D-принтер компонует полимерные конструкции, можно создавать и биологические. Вместо чернил — клетки, которые в итоге образуют так называемые тканевые сфероиды (шарики микронного размера), содержащие в себе несколько тысяч живых клеток необходимого вида. Учитывая, что орган состоит из клеток разных видов, картриджей в биопринтере тоже несколько. А биобумага, то есть место закрепления биочернил, — чаще всего гидрогели или гели на основе воды.
В 2014 году «3Д Биопринтинг Солюшенс» разработала первый российский биопринтер Fabion. А уже в следующем году была напечатана щитовидная железа мыши. Сами авторы называют напечатанное не копией органа, а «конструктом»: по форме оно может и не повторять природный орган. Однако в случае с железой это и не важно — главное, что этот «конструкт» полностью выполняет полагающиеся органу функции. Новость об этом тогда облетела весь мир.
 
Пошутили и... запустили
«Как возникла идея проводить эксперименты в космосе?» — вспоминаю я свой главный вопрос, отвлекаясь от созерцания принтера.
На одной из научных конференций Владимир Миронов познакомил Хесуани с профессором Димерчи из Стэндфордского университета. Они обсудили возможность 3D-печати клетками безо всяких биогелей. При отсутствии посторонних поверхностей срастание клеток между собой произойдет быстрее. Технически это как если бы обычный принтер выплескивал чернила не на бумагу, а в пустоту. В нормальных земных условиях капли просто упадут на пол. А в невесомости они повиснут, сохранив созданный принтером рисунок. Облако из капель просто застынет в пустоте. Используемые вместо обычных чернил живые клетки срастутся между собой. И «рисунок» можно будет буквально взять руками.
Отсутствие гравитации, точнее связанных с ней нагрузок на создаваемые биопринтером хрупкие конструкции, упрощает много других задач. Например, удобно печатать (выращивать) трубчатые и полые органы: они не «схлопываются» под собственным весом. Хесуани и Димерчи тогда пошутили, что идеальное место для подобных экспериментов — МКС. В итоге шутка превратилась в идею, и лаборатория обратилась в Рос­космос с запросом на такие эксперименты.
По словам Хесуани, исследования на станции до этого проводились только в рамках Федеральной космической программы (ФКП) — бесплатно, в интересах различных государственных ведомств. Или строго на коммерческой основе — с полным покрытием всех издержек Роскосмоса. Но «3Д Биопринтинг Солюшенс» удалось договориться на промежуточный вариант, когда заказчик в лице частной лаборатории разрабатывает научное оборудование для экспериментов и проводит необходимое тестирование для отправки его на борт. А Роскосмос берет на себя все прочие расходы — по доставке его на МКС и возвращению, задействованию ресурсов. При этом полученные результаты эксперимента используются совместно.
«Для меня было удивительно, что Госкорпорация готова идти на диалог с небольшими участниками. В итоге коллеги с обеих сторон проделали колоссальную работу по формированию нового типа соглашений, а мы стали первопроходцами», — резюмирует Хесуани.
И уже в 2018 году на МКС начались эксперименты с клетками щитовидной железы мыши и хрящевой ткани человека.
 
Лепка в невесомости
Отсутствие гравитации несет в себе и минус: нет необходимого прижима выплескиваемых 3D-биопринтером клеток друг к другу. Поэтому логичным было рассмотреть возможность использования для этого «магнитных ловушек».
«Если кратко, то в космосе мы разными способами распределяем клетки в трехмерном пространстве, одновременно со всех сторон, как будто лепим снежок. Только вот эта «лепка» происходит не механически, а с помощью магнитного поля», — объясняет Хесуани.
Постепенно лаборатория стала проводить эксперименты не только в области регенеративной медицины, но и в таких областях, как вирусология, бактериология, материаловедение и др. Произошло это в каком-то смысле случайно. Сами по себе клетки к магнитному полю индифферентны: «лепящего» магнитного притяжения-­отталкивания не возникает. Поэтому клеточный материал вместо биогеля помещают в специальную питательную среду, содержащую в том числе соли гадолиния. Они придают ему свойство парамагнетика, позволяя удерживать материал в «магнитных ловушках». Но оказалось, что эти же соли используются при рентгеноструктурном анализе в кристаллографии. При этом кристаллизация белка — уже самостоятельная научно-технологическая задача, имеющая практическое применение.
 
Гравитации меньше — кристаллы больше
Как рассмотреть в микроскоп молекулу воды? Просто заморозив до превращения в лед. В этом состоянии вода образует кристаллическую решетку — кристаллизуется. А получить кристалл белка можно создав для его роста специфические условия, в том числе и в магнитном биопринтере на МКС.
Хесуани достает из Organ.Aut кювету. Этакую колбочку с рабочим объемом где-то с кубик сахара рафинада. Показывает на просвет: в желеобразном растворе отчетливо видны крошечные кристаллики.
«Какие мелкие...» — замечаю я.
«На сегодня это вообще рекордный размер кристаллов белков, которые были когда-либо выращены, — возражает мой собеседник. — До 1.7 мм. Они как раз были выращены в космосе — эти кюветы вернули с МКС в 2019 году. На Земле удается получить их в разы меньших размеров».
Хесуани поясняет, что кристаллизация белка — по сути это «получение слепка» его третичной, или, по-другому, пространственной, структуры. Ее изучение помогает определить свойства белка, то, как он взаимодействует с другими белками. Например: как вирус узнает наши клетки, чтобы прикрепиться и проникнуть в них. Соответственно, можно понять и как разработать защиту от этого.
Когда стало ясно, что при «лепке» биопринтером можно кристаллизовать белки, лаборатория плотно занялась этим направлением. Естественно, были привлечены несколько ключевых отраслевых партнеров, что помогло начать исследования на стыке кристаллографии, медицины и вирусологии.
Кристаллизовать белок можно и в земных условиях. Но в невесомости процесс идет быстрее, да и сами кристаллы получаются сверхчистыми, а главное, в два-три раза больших размеров, чем на Земле. Проще проводить изучение их структуры.
В продемонстрированной мне кювете — кристаллы белка лизоцима, их использовали для отработки технологий кристаллизации белков в невесомости. Но в этом году на МКС отправили и настоящие белки коронавируса. И их выращенные кристаллы уже доставлены на Землю.
 
Отдать в Китай?
Сама «3Д Биопринтинг Солюшенс» кристаллы лишь получает, но не изучает — этой частью эксперимента занимаются уже партнеры, в частности МФТИ. Раньше полученные образцы они отправляли для исследований в одну из лабораторий Гренобля (Франция). Но теперь в связи с политическими событиями французские коллеги прекратили сотрудничество с научными организациями из России. Сейчас в качестве замены рассматривается Китай.
«Такого опыта с ними еще не было — логистика и возможности китайских коллег еще не до конца известны. И, честно говоря, страшновато отправлять полученные в космосе кристаллы белков в качестве пробного шара. Мы сначала наработаем в Китае определенную статистику, отправим туда тот же лизоцим или что-то еще», — делится соображениями наш собеседник.
Ученым, естественно, не терпится получить результаты как можно скорее. Хесуани ждет предварительные данные исследований полученных кристаллов белков коронавируса уже до конца этого года. На самом деле это фантастически быстро для любого космического эксперимента.
«На все про все, с обучением космонавтов, отправкой, проведением эксперимента и возвращением результатов с МКС, ушло четыре месяца, — подтверждает он. — Обычно подготовка такого сложного эксперимента занимает от полутора до нескольких лет».
Белки коронавируса 18 марта 2022 году были доставлены на МКС пилотируемым кораблем «Союз МС-21». Эксперимент по их кристаллизации в биопринтере, уже находящемся на борту МКС, проводился в течение 8 дней.
Выращенные биокристаллы в специальных кюветах с тремя контурами защиты были возвращены на Землю 30 марта экипажем корабля «Союз МС-19» (Анатолий Шкаплеров, Петр Дубров, Марк Ванде Хай). В настоящее время ведется подготовка к их изучению. А к отправке на МКС готовится следующая партия белков коронавируса.
На МКС выращивали кристаллы двух белков: RBD-белка штамма «Омикрон» коронавируса (он находится на концах шипиков, которыми крепится к ACE2-рецептору клетки) и нуклеокапсидного белка (отвечает за высвобождение генетического материала вируса после его проникновения в клетку).
«Как RBD-белок штамма «Омикрон» коронавируса сцепляется с ACE2-рецептором клетки человека, пока описано лишь методами математического моделирования. Наш эксперимент подтвердит или опровергнет это. В случае же с нуклеокапсидным белком мы ищем способы заблокировать проникновение коронавируса в клетку, — терпеливо объясняет Юсеф практическое применение исследования. — Понимание этих процессов приведет к разработке более эффективных лекарственных препаратов. Важность их для человечества объяснять излишне — мы только что наблюдали двухлетнюю пандемию».
 
Невесомость – стресс для бактерий
У компании «3Д Биопринтинг Солюшенс» довольно широкий спектр исследований. Например, создание восстанавливающей зубную эмаль пасты. В ее основе — фосфаты кальция. А идеальные условия их кристаллизации были подобраны как раз в космосе.
На МКС был поставлен и ряд экспериментов по изучению поведения бактерий в стрессовых условиях. Выяснилось, что в невесомости активируются гены, отвечающие за ускоренный метаболизм. Это позволяет сравнительно быстро получать новые штаммы бактерий для пищевой промышленности, используемых, например, в производстве кисломолочной продукции или дрожжевых культур. В целом эксперименты продемонстрировали, что в условиях космоса микроорганизмы могут проявлять самые неожиданные свойства.
«Число клеток микробиома внутри нас превышает количество клеток самого организма человека. Как они себя поведут в условиях длительных космических полетов?» — задает направление Хесуани.
Он напоминает, что освоение дальнего космоса ставит перед человечеством новые вызовы, как в начале эры великих географических открытий. Тогда, например, в дальних плаваниях моряки впервые столкнулись с цингой.
Спрогнозировать, как на человека повлияет новый космический фронтир, сейчас невозможно. Но своими экспериментами лаборатория уже готовит технологическую базу для изучения этих вопросов.
 

Материал опубликован в журнале «Русский космос»

[Старый]

Простите, какова причина аварии Союза Т-10-1?

[SOLDIER]

Тю.
https://nplus1.ru/news/2018/10/31/soyuz

[Старый]

Тю.
https://nplus1.ru/news/2018/10/31/soyuz

Не Союза МС-10 а Союза Т-10-1. О котором статья в восьмом номере Мурзилки. С совершенно невменяемой причиной аварии.

[SOLDIER]

А, понял. Прошу прощения.

[АниКей]

Выпуск № 43
Скачать полный номер журнала Размер файла:31,2 МБ
https://www.roscosmos.ru/38170/
Теперь подписаться на журнал можно и через электронный каталог «Почты России».

Наш индекс: ПН373

• На полях «Армии-2022». Какие новинки ракетно-космическая отрасль показала на крупнейшем военно-техническом форуме страны?
• Баллистический керлинг, или незаменимый «Прогресс». Почему судьба МКС зависит от российских космических кораблей?
• Накануне cтарта транспортного пилотируемого корабля «Союз МС-22»:
  
  • «На борту порядок!» Один день из подготовки к полету экипажа корабля
  • Под крылом «Белого лебедя». Интервью с командиром будущей экспедиции Сергеем Прокопьевым
• К 165-летию со дня рождения К.Э. Циолковского:
  
  • Звезда по имени КЭЦ. Основоположник и визионер
  • Учитель космонавтики. Автор и герой научной фантастики
  • Мир без тяжести. Космист и философ
  • Встреча титанов. Как произошло знакомство Циолковского и Королева?
• Также в номере:
  
  • О секундах свысока. С какими часами космонавты отправляются в полет?
  • Пиксель с интеллектом. Новый спутниковый сервис для оценки сельхозугодий
  • Алло! МКС на связи. Российские космонавты вышли на связь с корреспондентом редакции и рассказали о текущих делах на станции
  • Открывая планету. 50 лет автоматической станции «Венера-8»
  • Космоафиша. Обзор интересных «космических» событий в сентябре

[АниКей]

[Leroy]

Можно скачать журнал куда-нибудь, а то с сайта Роскосмоса не идет?

[АниКей]

скачать журнал куда-нибудь

https://disk.yandex.ru/i/-TzaPjKo4o44xA

[Leroy]

скачать журнал куда-нибудь

https://disk.yandex.ru/i/-TzaPjKo4o44xA

Мерси боку!

[АниКей]

[АниКей]

Главная → Публикации → Новости
Новости
#Роскосмос#Амурская область#Восточный#Русский космос
11.09.2022 12:00
Ступень для главного полета. Как сделать рывок в студенческом ракетостроении?









Ракетное моделирование — один из кратчайших путей в космонавтику. Увлеченные юноши и девушки, прошедшие такую школу, как правило, уже не сходят с выбранной дороги. В нашей стране это движение имеет давнюю историю. И сегодня существуют многочисленные кружки и клубы, осваивающие ракетные технологии. Один из них действует на базе Амурского государственного университета.
 
Прообраз настоящего КБ
Студенческое конструкторское бюро (СКБ) «Ракетостроение» было организовано в Амурском государственном университете (АмГУ) в 2019 году. Тогда американский преподаватель физики, технический советник ракетомодельного клуба колледжа Северного Сиэтла Трэйси Фурутани привез в Благовещенск учебную модель ракеты Patriot. Практическое занятие по ее сборке вызвало такой интерес, что в университете решили открыть свой клуб. В него сразу же записались 20 человек.
В дальнейшем на базе СКБ стали проводить практические и лабораторные занятия и для всех остальных студентов космической кафедры.
«Первые модели ракет были довольно маленькими. Бумажный корпус с обтекателем из пеноплекса и стабилизаторами из бальзового дерева, — вспоминает бывший студент, а ныне инженер Научно-образовательного центра АмГУ Руслан Бузиков. — Успешные пуски подтолкнули нас к более серьезным и масштабным проектам. Мы основали целую лабораторию, где студенты приступили к 3D-печати пластиками и фотополимерными смолами. В дальнейшем стали использовать композитные материалы на основе стекловолокна и углеволокна, что позволило создавать легкие и прочные корпуса для моделей ракет».
Одна из задач подобных студенческих КБ — отработка навыков совместной проектной работы, а попросту — сотрудничества специалистов разного профиля. Ведь ракета — это не только непосредственно реактивный баллистический снаряд, но и электроника, программное обеспечение и т.д.
«Еще на третьем курсе обучения по космической специальности в АмГУ я открыл для себя мир Computer Science, посмотрев пару видео о языке программирования C++, — рассказывает инженер НОЦ Александр Воронков, один из основателей СКБ «Ракетостроение». — Первое время в мои обязанности в клубе входили расчет аэродинамических характеристик и проектирование моделей ракет. Но душа больше лежала к электронике. Поэтому через некоторое время я продолжил свое путешествие по миру Computer Science: начал разрабатывать для модели ракеты полетный компьютер, который должен опрашивать акселерометр, гироскоп, барометр, магнитометр, анализировать данные с этих датчиков, сохранять их на SD-карте и передавать на Землю по беспроводной связи».
Результаты клуб показал довольно быстро. В апреле 2021 года команда АмГУ представила на чемпионате «Реактивное движение» в Калуге свою первую ракету с активной системой отделения носового отсека от остальной части и заняла призовое место в студенческом треке «Твердотопливные ракеты». А в мае 2021 года АмГУ провел соревнования по ракетному моделированию уже у себя в Амурской области — на космодроме Восточный.
 
Без лицензии не взлететь
По словам членов команды АмГУ, особенно запоминающимися стали соревнования «Восточный старт 2022», состоявшиеся на Восточном. В них участвовали опытные ракетомоделисты из лучших технических вузов страны.
Наибольшее впечатление произвел старт модели, сконструированной СКБ RocketLAV Самарского университета имени академика С. П. Королёва, одним из лидеров молодежного ракетостроения в России. Мощная ракета Cappella-M на отечественном твердотопливном реактивном двигателе с полным импульсом 3200—3400 Н.с взлетела на 2300 м.
Команда АмГУ на эти соревнования тоже привезла ракету «Амур» повышенной мощности: категория «Студенческие модели ракет с суммарным импульсом тяги до 5000 Н.с». Но запустить ее не смогла.
Конструкция «Амура» не позволила разместить в ней отечественный одноразовый ракетомодельный двигатель. Варианты конфигураций наших двигателей весьма ограничены, кроме того, они не всегда комфортны для монтажа и центровки. В ракете использовали американскую многоразовую двигательную систему производства AeroTech.
АмГУ подобрал состав топлива, провел испытания образцов, доказав, что используемое в ракетомодельных двигателях смесевое топливо ускоренно сгорает, а не детонирует, как в боеприпасах. Подготовил техзадание. Однако, как выяснилось, для осуществления подобных расчетов организация должна иметь лицензию на испытание боеприпасов.
«Данной лицензией не располагает подавляющее число технических вузов, да и запрашиваемая сумма на изготовление зарядов отбивала всякий интерес молодых амурских энтузиастов ракетной техники и руководства АмГУ двигаться в этом направлении», — заметил Руслан Бузиков, главный конструктор экспериментальной модели ракеты «Амур».
 
Собственный рекорд
В июне 2022 года команда АмГУ участвовала в ракето�строительном фестивале North-West Extreme Rocket Show. Проходил он на пусковой площадке, принадлежащей Орегонской федерации ракетомодельного спорта. Приглашение поступило от партнеров из упомянутого ракетного клуба колледжа Северного Сиэтла.
На этом фестивале амурский клуб установил собственный рекорд: ракета впервые поднялась на высоту 1772 м и вывела на высоту малый искусственный спутник формата CubeSat 2U размерами 10х10х20 см, массой до 1.33 кг. Полезная нагрузка включала датчики высоты, температуры и давления окружающей среды, ускорения и GPS-координат; камеру для видеосъемки во время полета; модули записи данных на SD-карту и передачи их по радиоканалу.
 
Скоро и до Луны
Так уж сложилось, что сегодня США — мировой лидер по ракетному моделированию. Национальная американская и Трипольская ракетомодельные ассоциации существуют в Штатах с 1956 года и 1964 года соответственно — в них состоят около 15 тыс человек. Эти ассоциации устанавливают классификации мощности ракетных двигателей, уровни сертификации моделистов. Ежегодно организуют десятки ракетных фестивалей и соревнований, обеспечивают страхование пусков.
Национальная американская ассоциация издает несколько тематических журналов, самый популярный из них «Sport Rocketry».
В Штатах проходит и крупнейший мировой ракетостроительный чемпионат Spaceport America Сup — в Уайт-Сэндс, Нью-Мексико, на территории частного космопорта. В зависимости от выбранной категории, студенческие команды запускают твердотопливные или жидкостные модели ракет на высоты около 3 км и 10 км.
В июне этого года на чемпионат приехали 140 команд из 20 стран. Исполнительный директор Spaceport America Скотт Маклафлин заметил, что эти молодые люди через год-два будут участвовать в разработке орбитальных космических станций и программе по освоению Луны. Увы, россиян среди них не было — наши команды в этом чемпионате не участвовали.
 
Старт с начального уровня
Несмотря на уже накопленный опыт, в АмГУ признают: молодежному, студенческому ракетостроению в России есть куда развиваться. Выбор двигателей и бортовой электроники минимален, а готовые комплекты для сборки моделей ракет вообще не выпускаются. Нет тематического общероссийского периодического издания. Для ракет повышенной мощности есть всего несколько общероссийских или региональных соревнований. При этом ни на одних состязаниях не увидеть ракет массой более 20 кг, взлетающих на высоты более 2.5 км. Нет в РФ и ассоциации, которая занималась бы вопросами безопасности ракетомоделизма, сертифицировала участников пусков для работы с топливом-зарядами.
Например, Штаты свой прорыв в ракетомоделировании совершили в начале 2000-х. Тогда американские ассоциации добились исключения смесового твердого топлива на основе перхлората аммония из списка регулируемых взрывчатых веществ. С тех пор для его использования достаточно сертификата клуба.
Аналогично и студенческие научно-технические объединения России должны в упрощенном порядке получать от производителей мощные модельные ракетные двигатели или твердотопливные заряды к ним, считает руководитель сектора научно-технических программ международного отдела АмГУ Сергей Яненко. В противном случае российское студенческое ракетомоделирование продолжит отставание. К тому же, как замечают опытные моделисты, молодежь самостоятельно будет смешивать взрывоопасные вещества для своих ракет, что уже приводило к негативным последствиям.
Государственная поддержка студенческих конструкторских бюро, в том числе законодательная, позволит им заявить о себе на зарубежных чемпионатах, перенять передовой мировой опыт, отмечает директор научно-образовательного центра АмГУ Дмитрий Фомин. Тем самым заметно повысится уровень подготовки специалистов космической отрасли.
 

Материал опубликован в журнале «Русский космос»

[АниКей]

Главная → Публикации → Новости
Новости
#Главноеа#Роскосмос#РКК Энергия#МКС#Прогресс#Русский космос
11.09.2022 10:00
Баллистический керлинг, или Незаменимый «Прогресс»










Особенность Международной космической станции — сбалансированность входящих в нее конструкций и основных систем. Все модули образуют единое целое, и у каждого сегмента есть свой «конек» в организации общего дела. О том, как российские космические корабли корректируют орбиту станции и почему без них не удастся даже ее затопить, нашему изданию рассказал начальник отдела баллистики РКК «Энергия» Рафаил Муртазин.
«Мне, наверное, повезло: после института я попал в группу, которая занималась сближением...» — вспоминает Рафаил Фарвазович, включая кофе-машину и рассаживая журналистов.
На столе царит непривычный порядок: ни к чему дотошным корреспондентам видеть творческий сумбур на рабочем месте начальника отдела баллистики «Энергии», посвятившего своей работе больше сорока лет жизни.
Именно за этим столом была разработана быстрая схема стыковки, благодаря которой космонавты добираются до МКС за 3.5 часа и которую пока не могут повторить ни за океаном, ни где-либо еще. И именно под руководством Рафаила Муртазина планируется каждый маневр коррекции орбиты Международной космической станции, без которой она не могла бы долго существовать.
Мы попросили рассказать, как математика удерживает 400-тонную конструкцию от неконтролируемого падения на Землю.
 
На какой высоте летает МКС и почему она «падает»
По словам специалиста, изначально, на этапе проектирования станции, в конце 1990-х, для нее планировали высоту 425 км. Но потом выяснили, что лучше ее понизить, чтобы оставлять в баках грузовых и пилотируемых кораблей больше топлива про запас.
«Те, кто предложил высоту в 425 км, не учли, что нужен резерв. Без резерва, наверное, можно было бы долететь, но если с первого раза стыковка не произошла, то что, сразу спускаться будем? У вас еще одна попытка должна быть», — объясняет Рафаил Фарвазович.
Эти аргументы заставили снизить высоту МКС до 400 км. Но когда появилась схема быстрой стыковки, она обеспечила дополнительную экономию топлива: за три часа полета на управление кораблем его тратится намного меньше, чем за двое суток. Вместе с другими мероприятиями в итоге это позволило поднять станцию повыше. Текущая средняя высота орбиты МКС — 416 км.
Но дело в том, что это именно средняя высота: орбитальная станция не может оставаться на ней постоянно — она все время понемногу снижается. Ее «тормозит» трение о верхние слои атмо�сферы Земли, пусть и разреженные, сквозь которые она несется со скоростью 7.6 км/сек. Поэтому МКС регулярно приходится «приподнимать».
«С 416 км высота падает до 414 км, мы ее «поднимаем» до 418 км, потом она опять снижается. Этот график высотного профиля называется «пила», на этой «пиле» мы и работаем», — рассказывает Муртазин.
И оказывается, что скорость снижения станции — весьма изменчивый процесс. А влияет на него не что иное, как солнечная активность. Излучение нашей звезды выбивает электроны из атомов, нагревая верхние слои атмосферы и увеличивая плотность этого «воздуха».
В начале 11-летнего солнечного цикла, когда светило находится на минимуме активности, станция за сутки опускается лишь на 10—15 м. В это время достаточно шести-восьми коррекций орбиты в год, говорит Муртазин. А вот конкретно сейчас МКС ежесуточно снижается на сотню метров, и это требует одной или даже двух коррекций в месяц. На пике активности Солнца эти маневры придется проделывать еще чаще: скорость снижения будет составлять до 120 м в сутки.
«В 2018 году я выступал на Королёвских чтениях, и какой-то корреспондент спросил: «Скажите, а когда, по-вашему, лучше топить станцию?» Я ответил, что из моего опыта все станции «падали» в год активного Солнца. В случае МКС при необходимости срочного снижения орбиты (а такие варианты тоже просчитываются) это, конечно, выгодно, так как не потребуется много топлива. Станция будет быстрее естественным путем опускаться», — признается главный баллистик «Энергии».
 
Баллистический керлинг
Если нужно поднять орбиту, то двигатели российских космических «грузовиков» типа «Прогресс», пристыкованных к агрегатному отсеку модуля «Звезда», выдают импульсы в направлении «на разгон».
«Прогрессы» могут быть пристыкованы к отечественному сегменту станции в двух местах — к служебному модулю «Звезда» и к узловому модулю «Причал» (раньше на его месте был «Пирс»). Соответственно корабли могут занимать два разных положения по отношению к станции и ее орбите. Как правило, «Звезда» расположена позади станции, если наблюдать по полету, что очень удобно и не требует разворота МКС при выполнении импульса на «разгон».
В случае же «Причала» требуется разворот на 90°. Кроме того, эти положения неравнозначны, так как «Причал» не проходит через центр масс cтанции, что приводит к увеличению затрат топлива почти на 40 % на импульс за счет парирования «паразитного» момента.
Бывает также, что МКС, наоборот, нужно именно «притормозить»: например, чтобы «правильно» уклониться от «космического мусора». Тогда импульс дается в обратном направлении, то есть против движения станции, что в случае «Звезды» требует разворота МКС на 180°.
Коррекции делают также для подготовки к сближению с прибывающим «Союзом» и для обеспечения посадки корабля в заданный район — для чего необходимо, чтобы трасса станции проходила над ним на витке посадки. Все эти маленькие, но ответственные импульсы выполняются по заранее разработанному графику и рассчитываются с целью одновременно «убить всех зайцев»: обеспечить посадку, «быструю» стыковку и одновременно внести вклад в подъем орбиты.
А особенно сложной и азартной эта игра становится, когда возникает хорошо знакомая, но непредсказуемая проблема в виде вышеупомянутого «космического мусора». В РКК «Энергия» эту игру называют «баллистическим керлингом».
 
Почему американские корабли не могут заменить «Прогрессы»
Как разъяснил баллистик, ключевая проблема партнеров в этом смысле — топливо. Дело в том, что импульс тяги двигателя измеряется в метрах в секунду, и математика коррекции орбиты МКС такова, что каждый метр в секунду для нынешней размерности МКС «стоит» примерно 165 кг топлива. А за год для поддержания станции надо выдать в общей сложности до пары десятков метров в секунду. Скажем, за три «сеанса» в августе–сентябре 2022 года двигатели «Прогресса» дадут 2 м/с.
При этом надо учитывать, что топливо кораб�лю нужно не только на коррекцию орбиты, а еще, само собой, на то, чтобы состыковаться со станцией, а потом при необходимости безопасно свести ее в заданный район акватории Тихого океана.
Так вот, по утверждению Рафаила Муртазина, американский «грузовик» Cygnus в состоянии выделить на поддержание орбиты МКС не более 450 кг топлива. С учетом того, что эти корабли запускают в космос максимум дважды в год, это означает годовой запас в 900 кг, которых хватит на суммарный импульс 5.5–6 м/с.
А ведь еще надо учесть, что если Cygnus пристыкован к осевому узлу, то для выполнения импульса «на разгон» потребуется разворот всей станции на 180°, да к тому же — за счет необходимости поддерживать ориентацию из-за описанного выше «паразитного» момента — при осуществлении этой коррекции нужна неслабая поддержка «Прогресса».
При выполнении кораблем Cygnus тестовой коррекции в июне величиной 0.3 м/с дополнительно потребовалось включать наши двигатели, которые потратили 24 кг. Так что и тут без нашего корабля не обойтись!
«Шесть метров в секунду в год мало для поддержания орбиты! То есть станция будет опускаться быстрее, чем Cygnus'ы будут ее поднимать. Они, конечно, продлят полет МКС при отсутствии «Прогрессов», но ненадолго, всего лишь на полгода или чуть больше», — говорит баллистик.
Та же самая ситуация и с кораблями Dragon от SpaceX. Теоретически в баках пилотируемой версии корабля Илона Маска Crew Dragon остается около 2 тонн топлива: оно предусмотрено для системы аварийного спасения экипажа.
«Но я изучал этот вопрос: они могут дать нужную, очень большую тягу в несколько тонн через большие двигатели при аварии на выведении. Но использовать эти двигатели для поддержания орбиты нельзя. Большая тяга «разорвет» конструкцию МКС. Надо суметь направить это топ�ливо через малые двигатели орбитального маневрирования. И не будем опять же забывать про «паразитный» момент. Так что пока это все разговоры. Успеют они подготовить корабли и МКС для такого вида маневров или нет — пока непонятно».
И это поднимает еще один тревожный вопрос: по данным начальника отдела баллистики РКК «Энергия», для затопления станции понадобится выдать не менее 20 м/с для заключительного импульса и примерно столько же для формирования предспусковой орбиты, то есть потребуется, как минимум, 6—6.5 тонн топлива.
Теоретически это топливо есть в баках модуля «Заря». Но МКС построена так, что «выработать» это топливо можно либо через двигатели «Звезды», либо через двигатели пристыкованных к станции «Прогрессов». А для этой операции потребуются три «грузовика». Если их в распоряжении не будет, это неизбежно означает неконтролируемое падение обломков 400-тонной станции.
 

Материал опубликован в журнале «Русский космос»

[АниКей]

Главная → Публикации → Новости
Новости
#Роскосмос#РКС#Терра Тех#Русский космос
10.09.2022 12:00
Пиксель с интеллектом








Снимки из космоса уже стали привычным делом для военных, метеорологов, спасателей и пожарных. В ближайшее время, благодаря интуитивным сервисам, они войдут в повседневную практику более широкого круга людей. Одну из таких IT-платформ недавно запустила компания «Терра Тех». Чем так хорош новый подход, причем здесь искусственный интеллект и, главное, зачем всё это простому фермеру из Ульяновска?
АО «Терра Тех» — коммерческий оператор услуг ДЗЗ и сервисов на их основе — создано 25 декабря 2017 года. Входит в холдинг «Российские космические системы» (РКС, Госкорпорация «Роскосмос»).
Основная цель компании — сделать информацию об изменениях на Земле доступной для людей и предприятий.
 
Проблема в фокусе
Дистанционное зондирование Земли, или ДЗЗ, дебютировало вскоре после начала космической эры. 4 октября 1957 года был запущен первый в истории человечества искусственный спутник Земли, а уже 14 августа 1959 года американский Explorer 6 сфотографировал нашу планету. И хотя по тому историческому кадру все-таки довольно сложно было получить представление о наших материках и океанах, именно он ознаменовал начало эпохи наблюдения Земли из космоса.
Советские разведывательные спутники «Зенит» и «Янтарь» в разных модификациях, а также американские CORONA и Gambit уже в 1960-е делали снимки с орбиты, которые быстро стали важной вехой космической гонки и противостояния разведывательных ведомств двух стран. Технологии развивались. Со временем, фактически вытеснив самолеты-разведчики вроде U-2, они сделали дистанционное зондирование надежным и, главное, юридически безопасным инструментом. Ведь спутники разведки «обитают» на низкой околоземной орбите (высота от 160 км) и не могут нарушить воздушное пространство какой-либо державы.
Постепенно использование «космических» снимков расширялось, и ими начали активно пользоваться ученые — от специалистов по вопросам климата до экспертов по урбанизации. В 1992 году в США законодательно разрешили бизнесу войти на «территорию» ДЗЗ, что дало мощный толчок развитию этой сферы в мире.
Сегодня, по данным ведущих консалтинговых агентств, оборот всей космической индустрии оценивается приблизительно в 400 млрд долл., 300 млрд из которых — сфера предоставления услуг, связанных с работой спутников. Рынок ДЗЗ — порядка 3.3 млрд долл. По прог�нозам, этот показатель превысит отметку в 9 млрд долл. уже к началу 2030-х.
Благодаря развитым космической и ИТ индустриям, у нашей страны есть возможность закрепиться в лидерах отрасли и сделать снимки из космоса полезными для широкого круга потребителей.
 
По ту сторону светосилы
Сегодня дистанционное зондирование применяется во множестве сфер, и не только учеными и различными ведомствами, но и все чаще людьми, напрямую извлекающими из его результатов практическую пользу. Снимки из космоса стали официально использоваться в документообороте — наравне со справками и выписками из реестров контролирующих органов.
Недавно компания «Терра Тех», входящая в Госкорпорацию «Роскосмос», объявила о создании геосервиса, который поможет дистанционно оценивать состояние сельскохозяйственных угодий.
«Геоаналитическая платформа Pixel.AI работает на стыке технологий дистанционного зондирования Земли и искусственного интеллекта, — рассказывает директор по маркетингу Елена Натарова. — Сервис не только автоматически определяет границы земель, категории их использования и другие параметры, но и формирует клиенту отчет по выбранной территории».
Раньше условному фермеру из Ульяновской области, планирующему взять в аренду поле или пастбище, необходимо было объехать лично все земли, которые он планирует использовать. С внедрением в сельское хозяйство технологий космической съемки появилась возможность заранее, дистанционно, узнать, на какие из угодий есть смысл ехать для осмотра, а какие можно сразу пропустить. Такой подход позволяет сэкономить время и деньги.
То же самое справедливо и для других случаев.
«ДЗЗ уже успело стать своего рода золотым стандартом в ряде сфер, и юриспруденция — одна из них. Будь то земельные споры, банковская проверка объектов недвижимости и земельных участков, подбор участков в аренду для фермерских и производственных нужд, оценки туристического потенциала территорий и т. д. — везде спутниковые данные приобрели огромную актуальность, спрос на такие услуги только растет. Как и на тех специалистов, кто может интерпретировать эти снимки», — отмечает адвокат Алёна Животова, уже сталкивавшаяся на практике с подобными эпизодами.
И именно упомянутая интерпретация космоснимков — процесс обнаружения и распознавания объектов, дающий на выходе тематическую карту территории, а также количественные и качественные параметры земель, — остается сегодня наиболее сложным этапом. Специалистов откровенно мало, и их работа накладывает дополнительные ограничения по времени. А общедоступных решений, вроде навигационных сервисов в смартфоне, недостаточно: интерпретировать данные с них зачастую невозможно, кроме того, сами снимки далеко не всегда актуальны.
Именно эти проблемы и решает Pixel.AI от «Терра Тех», предлагая не просто информацию, а целую платформу, или экосистему. Она позволяет быстро, легко и просто получить все необходимые сведения, для «толкования» которых не нужны посредники и специальные знания в области ДЗЗ.
 
Искусственный интеллект в помощь
Доступ к Pixel.AI может получить любой желающий. Для этого достаточно зарегистрироваться в веб-приложении на компьютере. Искусственный интеллект (ИИ) представлен в виде нейросетей, которые «умеют» отличать сельхозугодья от других объектов на снимке, а также «понимают», как именно используется каждый метр участка.
В распоряжении пользователя оказывается огромный массив снимков — как свежих, так и более старых, доступных по первому требованию. Обновления идут практически ежедневно, правда, из-за облаков реальная частота может достигать 10—12 дней. При этом выборка проводится по заданному пользователем временному промежутку. Это позволяет определить, как использовались сельхозугодья, к примеру, за последние пять лет. Система автоматически подбирает серию пригодных изображений на каждый период года.
На выходе пользователь получает цифровую карту-схему, наложенную на космические снимки. Границы обрабатываемых сельхозугодий, статус каждого конкретного участка земли (распахивается, засеяно, зарастает, залежь), статистика, схема использования — всё это доступно сразу и в исчерпывающем объеме. Таким образом, решаются сразу несколько задач. Во-первых, экономится время и деньги пользователя; во-вторых, максимально упрощаются процедуры подготовки необходимой документации; в третьих, из процесса оценки исключается человеческий фактор.
«Сервис поможет банкам взвесить риски выдачи кредитов под залог земельных участков сельскохозяйственного назначения. А ведь есть еще кредиты в счет урожая. Если с помощью сервиса мы видим, что обрабатывается меньшая площадь или участок не обрабатывается вовсе, то условия кредита под будущий урожай будут не такие, как по кадастровым бумагам. Далее, банк вправе требовать у заемщика бизнес-план. Если в плане написано «вовлечение 1000 га земель в течение двух лет», то на схеме со снимком можно сразу увидеть, действительно ли там заросший участок в 1000 га. А спустя некоторое время проверить, засеяны площади или нет, направлены ли средства по назначению. Большой потенциал у решения в части проверки целевого расходования государственных субсидий для аграриев», — отмечает Алексей Беленов, заместитель генерального директора АО «Терра Тех» по производству.
Платформа пригодится и страховым компаниям. Она поможет понять, что было на полях до чрезвычайной ситуации, повлекшей страховой случай.
В перспективе «земельные» компетенции платформы могут быть расширены еще больше, за счет включения услуг, интересных и другим отраслям. Земля нужна и для налаживания промышленного производства, и для строительства автодорог, и для проектирования новых инфраструктурных объектов. И новые решения, позволяющие значительно ускорить сроки работы, будут как нельзя кстати.
Что пока не может сервис — это определить, кто является хозяином (арендатором) того или иного участка земли. Для этого придется воспользоваться другой системой.
 
Масштабирование и перспектива
За первые три недели бета-тестирования Pixel. AI в бесплатном режиме к ней проявили интерес более двух тысяч пользователей. В том числе из ближнего зарубежья и, как заявили в «Терра Тех», из «более экзотических мест». Большинство бета-тестеров остались довольны набором функций и отметили, что готовы воспользоваться сервисом при необходимости.
Разработчики уже трудятся над обновлениями: предполагается повысить качество и точность определения границ сильно заросших полей и ряда других территорий. Кроме того, для расширения аналитической базы этой и других аналогичных систем требуется увеличить частоту обновления информации.
«Pixel.AI — это платформа, а использование сельскохозяйственных земель — только первый из ее продуктов, — подтверждает Алексей Беленов. — Мы видим, как развиваются похожие решения за рубежом, и понимаем, что спрос на подобные сервисы будет расти».
 

Материал опубликован в журнале «Русский космос»

[Брабонт]

Недавно компания «Терра Тех», входящая в Госкорпорацию «Роскосмос», объявила о создании геосервиса, который поможет дистанционно оценивать состояние сельскохозяйственных угодий.

Возможно. Три года назад они представляли "анализ разливов нейросетью", но доверие в глазах специалистов - штука сложная: теряется в момент, а восстанавливается годами.