CC BY
22
N° 6 (30 сентября), N° 7 (28 октября), N° 8 (25 ноября), N° 9 (10 декабря), N° 10 (28 декабря).
10. Устав Санкт-Петербургского технического университета [Текст] / Утв. Ученым советом СПбГПУ 28 октября 1991 г.— Зарегистр. в Министерстве науки, высшей школы и технической политики РФ 4 февраля 1992 г. № per. 88/103, п. 8.2.
11. Клейн, Н. Шоковая терапия. Восхождение капитализма катастроф [Текст] / Н. Клейн // Литературная газета,— 2008. 13-19 февраля. N° 6 (6158).
12. Новейшая история Отечества. XX век [Текст]: Учеб. для студ. вузов / Под редак. А.Ф. Киселева, Э.М. Щагина,— М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 1999,- Т. 2,- С. 393".
13. Стенограммы заседаний Ученого совета ЛГТУ [Текст].— Архив Ученого совета СПбГПУ,— 1993,— Протоколы N° 2 (22 февраля), N° 4 (26 апреля), N° 5 (24 мая), N° 6 (21 июня).
14. Новый Совет [Текст] // Политехник, 1992, 25 февраля.
УДК 629.78
В.А. Лопота
КОСМОНАВТИКА И XXI ВЕК
По материалам доклада президента РКК «Энергия» им. С.П. Королёва на выездном заседании Президиума РАН 13 апреля 2011 года
РКК «Энергия»
в истории ракетно-космической техники
Ракетно-космическая корпорация «Энергия» имени С.П. Королёва (РКК«Энергия») заложила основы многих направлений ракетной техники и практической космонавтики. Это и стратегические ракетные комплексы, и ракетные комплексы космического назначения — средства выведения, и научные спутники, спутники связи и наблюдения, и орбитальные станции, пилотируемые и грузовые космические корабли.
На предприятии, которое основано в 1946 году академиком С.П. Королевым идо 1966 года было известно как Особое конструкторское бюро-1 (ОКБ-1), а в последствии — ЦКБЭМ и НПО «Энергия», в середине 1940-х—1960-х годах принимались все ключевые научно-технические решения по созданию ракетно-ядерного щита страны и освоению космического пространства. Здесь была создана, сохранена и в настоящее время динамично развивается научно-техническая школа творцов передовой ракетно-космической техники, связанная с именем Сергея Павловича Королева.
Ни одна организация отечественной ракетно-космической промышленности не сделала для обороноспособности страны в 1950— 1960-е годы больше, чем ОКБ-1 со своей кооперацией: на вооружение были поставлены 11 ракетных
комплексов. На предприятии были созданы средства выведения в космос различных полезных грузов, в их числе основанное на «великолепной семерке» — межконтинентальной баллистической ракете Р-7 — знаменитое семейство ракет-носителей (РН) среднего класса «Спутник», «Восток», «Восход», «Молния», «Союз», которые созданы совместно с филиалом № 3 ОКБ-1 в г. Самара. Здесь также и РН сверхтяжелого класса (РН Н1 и РН «Энергия» многоразовой космической системы «Энергия-Буран»), и разгонные блоки типа ДМ. Приучас-тии корпорации создана РН среднего класса «3енит-38ь» комплекса морского базирования «Морской старт». Сегодня РН типа «Союз», «Зе-нит-38Ь» и разгонные блоки типа ДМ по надежности и точности являются одними из лучших в мире и обеспечивают доставку на околоземные орбиты многих космических аппаратов по государственным и коммерческим программам.
РН Н1 высотой 105 м и грузоподъемностью 90 т (при стартовой массе 2820 т) была основной в отечественной лунной программе «Н1 — ЛЗ», в реализации которой наша страна, к сожалению, проиграла по темпам американцам, в результате чего было принято политическое решение о ее закрытии. Следует отметить, что современные разгонные блоки типа ДМ берут свое начало в программе «Н1 — ЛЗ».
В настоящее время одним из основных направлений деятельности РКК «Энергия» является пилотируемая космонавтика. И здесь большое внимание уделяется работам по программе «Международная космическая станция» (МКС) — созданию космических кораблей типа «Союз», «Прогресс», российских модулей станции и их полетам. Полувековые наработки и достижения по этому направлению, начатому 12 апреля 1961 года космическим полетом Ю.А. Гагарина — первым полетом человека в космос, позволили международному сообществу перейти в конце XX столетия к новому этапу развития мировой пилотируемой космонавтики — этапу широкого сотрудничества различных стран мира. В 1990-е годы, в тяжелейшее время для экономики нашей страны, были реализованы такие крупные проекты, как «Мир» — «Шаттл», «Мир» — «НАСА». На их базе в 1998 году была начата реализация проекта «МКС», который благодаря государственной поддержке США, России, стран ЕКА, Канады, Японии оказался самым амбициозным проектом международного сотрудничества в околоземном космическом пространстве. Эти три проекта стали спустя два десятилетия продолжением первой экспериментальной международной космической программы «Аполлон — Союз», осуществленной в 1975 году.
Другое важное направление деятельности РКК «Энергия» — автоматические космические аппараты (КА). Нашей организацией созданы: первый в мире искусственный спутник Земли, первые КАдля исследования космического пространства, первые межпланетные станции для облета Луны и посадки на ее поверхность, межпланетные станции для исследования Марса, Венеры, первые отечественные спутники специального назначения — связи «Молния-1» и наблюдения «Зенит». Осуществив прорывы по ряду направлений космической техники, наше предприятие во главе с С.П. Королёвым в 1960— 1970-е годы обеспечило решение важнейших для страны задач в области ракетной и космической техники. Королевское ОКБ-1 было не только лидером разработки новых технологий, но и сыграло ключевую роль в формировании кадрового и научно-производственного потенциала отрасли. Заместители Сергея Павловича и ведущие специалисты ОКБ-1 вместе с технической документацией направлялись обеспечивать развертывание серийного производства и проведение новых
разработок в филиалы ОКБ-1, в другие организации и на заводы страны: филиал № 3 — впоследствии ЦСКБ с заводом «Прогресс» в Самаре; СКБ с заводом № 385 в Миассе на Урале — в настоящее время РКЦ им. В.П. Макеева, филиал № Ю/ОКБ-Ю в Красноярске — сегодня ИСС им. М.В. Решетнева, ит. д.
В 1990-х годах РКК «Энергия», проанализировав состояние отечественного и зарубежного спутникостроения, вернулась к созданию автоматических КА. Впервые в нашей стране была создана отечественная негерметичная универсальная космическая платформа, отвечающая уровню лучших мировых образцов. Были приглашены многие предприятия отрасли к созданию на ее основе специализированных автоматических КА нового поколения. Но полномасштабное развертывание этого направления не состоялось. РКК «Энергия» в качестве пилотного проекта продемонстрировала разработку спутников связи «Ямал». Спутники работают сегодня на геостационарной орбите с беспрецедентным для отечественных аналогов сроком активного существования (более 11 лет — «Ямал-100»). В настоящее время корпорация выполняет заказы иностранных заказчиков по созданию спутников связи и дистанционного зондирования Земли на основе этой платформы, прошедшей серьезную летную сертификацию.
РКК «Энергия» на современном этапе пилотируемой космонавтики
Пилотируемая космонавтика остается сегодня ключевым направлением деятельности корпорации, служа научно-технической базой создания и отработки новых космических технологий, которые могут быть востребованы и при создании автоматических КА различного назначения. В программах пилотируемой космонавтики нет права на ошибку. Поэтому здесь строжайшие требования к достоверности получаемой информации на всех этапах разработки, производства, испытаний и эксплуатации, в том числе к надежности и безопасности всех систем. Постоянный и неослабный контроль исполнения этих требований — основной принцип пилотируемой космонавтики, заложенный С.П. Королёвым.
В начале текущего столетия главные цели отечественной космонавтики — обеспечение национальной безопасности и технологической
независимости России, рост благосостояния ее граждан. На достижение этих целей направлены решения задач постоянного и беспрепятственного доступа российских космических средств различного целевого назначения в космос; обеспечения безопасности полетов, включая возвращение спускаемых аппаратов на Землю; поддержки территориальных ресурсных интересов; соблюдения престижа государства; развития космических технологий; генерации знаний. Особо важная задача (задача поколений) — сохранить и развивать научный и инженерный высокоинтеллектуальный потенциал нации. Один из путей ее решения — разработка и выпуск новых учебных пособий, учебников, методических и научно-популярных материалов.
Проект «МКС» — образец крупнейшей в мире международной кооперации. Партнерами вложено в него уже около 120 млрд долл. Идея создания МКС была рождена совместными усилиями специалистов России и США. Проект, находящийся с 1998 года в стадии практического осуществления, достиг высокого уровня развития. Уникальная станция с габаритными размерами 126x70 м может функционировать и в пилотируемом, и в автоматическом режимах. Космонавты и астронавты стран-партнеров проводят на ее
борту значительное количество экспериментов и исследований.
В предстоящие 5—10 лет планируется дальнейшее развитие российского сегмента (РС) МКС (рис. 1). Энергетика сегмента сегодня характеризуется мощностью вырабатываемой электроэнергии порядка 5—5,5 кВт. При необходимости дополнительную электроэнергию РС получает от американского сегмента. Практика строгого разграничения по тем или иным ресурсам стран-партнеров на станции сегодня не применяется. Работа в проекте идет по принципу «все в одной лодке»: взаимопомощь космонавтов и астронавтов, обеспечение выполнения исследований и экспериментов, психологические взаимоотношения и другие вопросы по обеспечению жизнедеятельности объединенных экипажей МКС на орбите находятся в центре внимания всех участников проекта.
Главная задача РС МКС — выполнение отечественной программы научно-прикладных исследований. На внешней поверхности РС и в его гермоотсеках организованы универсальные рабочие места. На служебном модуле «Звезда» в специальных зонах размещается исследовательская аппаратура, здесь имеются все необходимые интерфейсы. По сути, можно подключить
Многоцелевой лабораторный модуль - 2013 г.
Кол-во модулей
Масса суммарная,т
Энергетика, кВт 30
Объем, куб. м
Научно-энергетические модули - 2015 г.
Масса модуля, т
-21,2
Гермообъем, куб. м —80
Средняя эл. мощность, кВт—15
Масса, т -20,7
Гермообъем, куб. м — 70 Рабочие места снаружи/внутри —13/20
й модуль - 2015 г.
2015 г.
Масса, т 4
Гермообъем, куб. м 14
Рис. 1. Развитие российского сегмента Международной космической станции
любую современную аппаратуру и проводить исследования. В качестве автономных платформ также используются транспортные грузовые корабли «Прогресс» — после их работы в составе станции.
С международными партнерами имеется договоренность о том, что аппаратура, находящаяся на PC М КС, может применяться для реализации любых идей. Перечень такого оборудования доступен для всех: он размещен на сайте РКК «Энергия», но если необходимо, можно сформировать дополнительный документ и распространить среди ученых, чтобы они знали об этих возможностях при разработке идей, которые предлагают реализовать на орбите.
На малом исследовательском модуле «Рассвет» расположено восемь рабочих мест, оснащенных универсальными интерфейсами. Аппаратура, необходимое оборудование и расходные материалы для исследований доставляются на МКС в каждом грузовом корабле. Самый большой ресурс для отечественной науки будет предоставлен, когда в состав станции войдет российский многоцелевой лабораторный модуль «Наука». На нем предусмотрено 33 рабочих места (13 — на наружной поверхности, 20 — в гермоотсеке). Одним словом, появится полноценная исследовательская лаборатория. Начало ее работы предполагается в первой половине 2013 года.
Сегодня более 40 организаций России — участники работ по российской программе исследований и экспериментов. Количество наименований этих работ — около 200. Желательно, чтобы и далее эта программа наращивалась по объему и качеству работ, в том числе по исследованию Солнечной системы, астрофизике и др.
Следует выделить проблему с которой мы сталкиваемся постоянно. В стране практически разрушена приборная промышленность, что отражается на возможности изготовления высокотехнологичных научных приборов и оборудования, необходимых для научной программы исследований и экспериментов на М КС. Утеряны кадры и технологии сертификации таких приборов для космических условий: из всей номенклатуры приборов около 70 % не могут пройти наземные испытания для того, чтобы они удовлетворяли требованиям, отвечающим их применению на борту станции. И это при возможности оперативной доставки приборов на МКС:
ежегодно к ней стартуют пять-шесть грузовых кораблей «Прогресс», в грузовом отсеке каждого из которых размещается оборудование, аппаратура, расходные материалы суммарной массой около 600 кг, причем научное оборудование может занимать до 50—60 %.
В рамках российской программы научных экспериментов и исследований по программе МКС можно, например, провести многофункциональный эксперимент с крупногабаритными антеннами. При использовании таких антенн открываются огромные перспективы в области телекоммуникации и радиометрии. Крайне актуальна задача по созданию в космосе антенн диаметром 20—30 м и более. Нужно либо изготавливать такие антенны на Земле и иметь технические устройства по приведению их в рабочую конфигурацию на орбите, либо иметь на борту корабля соответствующие материалы и технологии, которые позволят создавать антенные конструкции непосредственно в полете. Над созданием подобных конструкций работают многие зарубежные и российские специалисты.
Вместе с тем следует отметить, что существенно сократилось число российских организаций, которые занимаются космическими исследованиями материалов и биопрепаратов в условиях микрогравитации. Это направление закрепилось в настоящее время в основном за американскими и японскими коллегами, хотя на борту PC МКС и при автономных полетах грузовых кораблей есть все возможности для аналогичных работ.
В истории нашей страны максимально эффективные результаты ракетно-космическая отрасль имела, когда решала общие задачи совместно с Академией наук. Так было во времена С.П. Королева и М.В. Келдыша. Сотрудничество должно быть восстановлено, ему необходим новый импульс развития, в том числе при решении ряда прикладных задач, например при обеспечении возвращения КА с околоземной орбиты. Известно, что спуск аппарата в атмосферу Земли сопровождается разогревом его поверхности до температуры примерно 2300—2500 °С. Время спуска составляет примерно 7—7,5 мин. При создании транспортного пилотируемого корабля нового поколения, проект которого поручено выполнить РКК «Энергия», необходимо решить ответственную задачу по защите конструкции возвращаемого на Землю аппарата и обеспече-
нию безопасности его экипажа. Для этого требуются легкие теплозащитные покрытия, еще более эффективные, чем имеющиеся.
Новый корабль (рис. 2) по объему будет значительно больше «Союза». Численность его экипажа — до шести человек. В проекте более точная система приземления — комбинация парашют-но-реакгивных методов посадки с использованием трехкупольной парашютной системы. Сегодня точность посадки спускаемых аппаратов кораблей типа «Союз» соответствует кругу радиусом 13 км. Для нового корабля стоит задача обеспечить приземление его возвращаемого аппарата (ВА) с возможным разбросом не более 2,5 км по радиусу относительно точки прицеливания. Это особенно важно при старте с нового космодрома России «Восточный». В данном случае по сравнению с космодромом «Байконур» условия приземления ВА более сложные (сопки, лес) и районов для обеспечения его посадки всего четыре.
О ракетных технологиях
В области ракетного двигателестроения, особенно в свете задач создания перспективных средств выведения, огромную роль сыграли
академик В.П. Глушко и его ученик академик Б.И. Каторгин. Под их руководством в 1978 году были проведены испытания жидкостного ракетного двигателя с тягой около 800 т.
С точки зрения реализации в ракетных двигателях возможностей химической энергетики сделано очень многое. А вот в области создания легких надежных конструкций РН или ракет космического назначения (РКН) — непочатый край работы. Необходимо обеспечить более высокую удельную массу конструкций РКН, геометрическую термостабильность, высокое качество и точность изготовления, плотность компоновок. Следует продолжить разработку ракетных средств многоразового применения, перспективных двигательных установок, в том числе работающих в космосе с многократным включением.
Отдельная тема — уровень организации производства в ракетно-космической отрасли России. Техническое и технологическое его переоснащение, модернизация порой сводятся к созданию «своих лучших хозяйств», но, как часто бывает, не в полной мере отвечающих мировому уровню.
ЭТАПЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ
Командный отсек ВА
Приборный отсек ВА
Выведение
Посадка
Рис. 2. Пилотируемый транспортный корабль нового поколения, разработанный РКК «Энергия»
Возвращаемый аппарат(ВА)
Двигательный отсек корабля
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
КОРАБЛЯ Масса, т —12-14
Экипаж, чел. —до 6
Масса грузов, т — 0,5
Точность посадки, км < 2,5
В настоящее время большое внимание уделяется созданию перспективных экономически эффективных средств выведения. Широко известно, что российские технологии используются на РКН типа «Зенит» производства Южмаш-завода (Украина). Масса полезного груза этих РКН — около 4 % от стартовой массы. При этом в России сегодня создаются средства выведения с массой полезного груза на уровне 2,5—3 % от стартовой. По американским данным, стоимость доставки 1 кг полезного груза на околоземную орбиту высотой около 200 км составляет около 35 тыс. долл. В два раза увеличив эффективность российских средств выведения, наша страна может существенно укрепить свои позиции на мировом рынке пусковых услуг.
Актуальность автоматических КА наблюдения и дистанционного зондирования Земли
Прошедшие месяцы 2011 года отражают сложную ситуацию, возникшую в некоторых странах после известных катастроф. Между прочим, за 7—8 часов до первых толчков японского землетрясения из космоса было зарегистрировано увеличение магнитуды, а катастрофические толчки состоялись через двое суток. Это в очередной раз напоминает о необходимости создания более надежных методов предупреждения из космоса таких экстремальных событий, в том числе методов с использованием космической техники, т. е. обеспечения прогноза и постоянного мониторинга катастроф на Земле из космоса.
Изучение изменения климата на Земле — тоже одна из задач, при решении которой можно наиболее эффективно использовать средства космического базирования.
Среди перспективных задач — создание современных систем дистанционного зондирования Земли. В настоящее время РКК «Энергия» ведет разработку КА такого назначения, целевая аппаратура которых обладает различной степенью разрешения в разных диапазонах длин радиоволн.
О путях развития отечественной практической космонавтики
К.Э. Циолковский предсказал освоение околоземного пространства, и земляне уже осуществляют масштабную деятельность на мировом рынке пусковых и космических услуг в околоземном космическом пространстве. Объем этого
рынка сопоставим с объемом мирового рынка по разработке и использованию природных ресурсов Земли, он составляет 260—270 млрд долл. ежегодно. Доля России сегодня на этом космическом рынке не превышает полпроцента.
Следует отметить, что отечественная практическая пилотируемая космонавтика уверенно освоила, широко использовала и продолжает использовать технологии станционного обеспечения космической деятельности. Весь мир пошел в этом направлении. Нет необходимости для очередной пилотируемой экспедиции поднимать с Земли на орбиту все требуемое техническое оборудование одним запуском. Надо формировать орбитальные комплексы, применяя отработанные методы стыковки, и таким образом обеспечивать решение задачи той или иной миссии. Безусловно, эта стратегия может использоваться и для осуществления экспедиций в более далекие области космического пространства, а не только вблизи Земли. Предстоящий этап развития деятельности в космосе — освоение Солнечной системы, где необходимо максимально использовать отработанные станционные технологии. Российская космонавтика и РКК «Энергия» обладают всеми этими технологиями.
Предлагаемая РКК «Энергия» концепция создания и развития космической инфраструктуры (рис. 3) условно делится на три уровня. В настоящее время эффективно осуществляется деятельность, соответствующая первому уровню ее развития.
На сегодня использование химической энергетики для решения космических задач практически себя исчерпало. Очередной шаг в этой области — кислородно-водородные системы (как промежуточное решение может быть использован метан и другие природные водородсодер-жащие газы). Конечно, здесь имеются в виду только экологически чистые средства выведения, применение которых в программах пилотируемых полетов исключает загрязнение окружающей среды. Сегодня представляется рациональным дальнейшее эффективное освоение межпланетного пространства с более широким использованием ядерной энергетики. Именно поэтому становятся актуальными работы по созданию транспортного энергетического модуля (ТЭМ) на базе ядерной энергоустановки мега-ваттного класса, или так называемого «ядерного буксира». В его проекте участвуют РКК
Рис. 3. Состав и уровни космической инфраструктуры, предлагаемой РКК «Энергия»
«Энергия», Исследовательский центр им. М.В. Келдыша и Научно-исследовательский и конструкторский институт электротехники (НИКИЭТ) им. H.A. Доллежаля.
В целом необходимо думать обо всей космической инфраструктуре и программу работ по ее созданию целесообразно формировать с прицелом на 30, 50, а то и 100 лет вперед. При этом предлагается учитывать классификацию перспективных космических средств по энерговооруженности, которая основана на потребностях решаемых задач, в том числе по энергообеспечению тех или иных космических служебных и целевых приборов, оборудования и аппаратуры.
Следует обратить внимание на то, что для решения таких перспективных задач, как мониторинг, предупреждение о различных опасностях, на борту КА нужна энергетика от 50 до 500 кВт. А это более тяжелые космические платформы, чем существуют сегодня.
Современные космические средства, которые американские разработчики смогли доставить на низкую околоземную орбиту, обладают
системой энергообеспечения, электрическая мощность которой — порядка 100 кВт. На МКС суммарная вырабатываемая мощность системы электроснабжения — около 120 кВт при рабочей площади всех 16 панелей солнечных батарей около 4 тыс. кв.м. Но это очень сложная конструкция, в том числе и для управления.
Пилотируемым экспедициям в ближнем космосе, например при полетах к Луне, соответствует потребность в бортовой энергетике на уровне от 0,5 до 6 МВт. Пока не рассматриваются пилотируемые полеты дальше, чем к Марсу. Для них в составе межпланетного экспедиционного комплекса потребуются намного большие мощности — по крайней мере, не менее четырех реакторов по 6 МВт каждый. То есть в перспективе базовой будет ядерная энергетика. Других технологий, которые могли бы помочь в решении указанных задач, не существует.
Развертывание космической инфраструктуры предполагается осуществлять эволюционно с использованием модульного принципа.
Говоря о средствах выведения с Земли на низкую околоземную орбиту необходимо отметить, что создание РКН сверхтяжелого класса нецелесообразно. Дело в том, что их эксплуатация при массе полезного груза порядка 100 т связана с проблемами, с которыми уже сталкивались и мы, и американцы. Обеспечивающая наземная инфраструктура подготовки и запуска начинает «съедать» ресурсы, которые можно было бы направить на решение задач по целевым программам. Так, например, для американской системы «Спейс Шаттл» ежегодные расходы на обслуживание трех многоразовых кораблей составляли порядка 3,5 млрд долл., а на поддержание наземной инфраструктуры подготовки, запуска, посадки и обеспечения управления полетом — 2,5 млрд долл.
Поэтому наша задача — создавать российскую ракетно-космическую технику, оптимизируя по многим критериям с учетом всех возможных факторов. Наши средства выведения, предназначенные для перспективных кораблей, стараемся «уложить» в 12— 15 т массы полезного груза. Такие РКН не потребуют чрезмерной инфраструктуры. Это показал опыт эксплуатации РКН типа «Союз», «Зенит» и др. Для решения задач будущего необходимы РКН тяжелого класса — грузоподъемностью порядка 60 т. При этом космические комплексы больших масс (сотни тонн) предполагается создавать на опорной орбите с использованием принципа модульности и собираемости их на орбите.
Отдельно необходимо остановиться на задаче пилотируемых полетов к Марсу Известно, что для обеспечения нормальной жизнедеятельности одному человеку при полете в космос необходимо около 10 кг в сутки (включая продукты питания, воду, воздух и другие расходные материалы). Для полета на Марс минимально требуется четыре человека в экипаже. Чтобы обеспечить их полет туда и обратно продолжительностью около двух лет, нужно создать комплекс стартовой массой 480 т на околоземной орбите. При условии использования ядерной энергетики с электрореактивной двигательной установкой это примерно в три-четыре раза более эффективно по сравнению с использованием химической энергетики.
Проектный облик и задачи «ядерного буксира»
Первые представления об облике «ядерного буксира» уже разработаны. Его энергетика предполагается в пределах 150—500 кВт. Стартовые
габариты: 58 м в длину, 22 м в поперечном направлении. Общая длина в рабочем состоянии удлиняется примерно в три раза — до 150 м. Маршевые электрореактивные двигатели буксира размещены на фермах в виде креста. Предложено использовать 20-киловаттные двигатели (создание более мощных потребует большего времени). Предполагается, что на первом этапе его создания будет достаточным именно такой уровень при ядерном реакторе мегаваттного класса. Имеется в виду величина электрической мощности, тепловая же при этом будет около 3 МВт. Это впечатляющие значения. И на первом же этапе необходимо решить задачу сброса избыточного тепла при преобразовании тепловой энергии, выделяемой ядерным реактором, в электрическую. Применение турбомашинного метода преобразования проблематично из-за условий эксплуатации буксира. Дело в том, что с учетом повышенной радиации требование к его ресурсу закладывается на 10—15 лет, а одна из проблем при использовании турбомашинного метода — обеспечение долговечности подшипников или проведения соответствующих ремонтно-восста-новительных работ. Конечно, проектанты-разработчики ожидают появления прорывных технических решений по конструкциям на основе термоэмиссионных методов преобразования, но пока перспектив прорыва в этом направлении не видно. Необходимо привлечь особое внимание наших энергетиков к этой проблеме .
Проект буксира связан с необходимостью решения ряда ключевых научных и технических задач. Среди них: создание высокотемпературного безопасного ядерного реактора, над чем работает НИКИЭТим. H.A. Доллежаля; технологий производства высокоплотного ядерного топлива (например, на основе наноструктуриро-ванных композиций); высокотемпературных турбин с диапазоном рабочих температур 1200— 1500 °С; жаропрочных конструкционных материалы с ресурсом более 100 тыс. ч; высокооборотных электрогенераторов; термоэмиссионного преобразователя энергии мегаваттного уровня; электрореактивных двигателей с мощностью порядка 50 кВт; легких, надежных силовых конструкций; регенеративных систем замкнутого жизнеобеспечения; эффективной радиационной защиты и т. д.
В итоге на основе «ядерного буксира» может быть создана транспортная межпланетная система. Базировать буксир предполагается на око-
лоземной орбите высотой 800—1000 км, чтобы в случае серьезных отказов обеспечить радиационную безопасность его фрагментов (путем естественного уменьшения их радиационного излучения за время аэродинамического торможения в верхней атмосфере Земли).
В текущее время объем мирового рынка межорбитальных транспортировок оценивается примерно 23 млрд долл. в год. К 2020 году прогнозируется его увеличение в два раза. Доля услуг, оказываемых Россией на этом рынке, примерно 30 %. Однако при использовании «ядерного» и других буксиров возможно, как минимум, удвоить это значение.
Примечательно, что если объем рынка пусковых услуг с использованием средств выведения сравнительно небольшой (4—5 млрд долл.), то объем мирового рынка в секторе глобальной космической системы связи и телекоммуникации в прошлом году составлял 82 млрд долл. Доля России здесь — 0,5 % (при этом практически все финансирование у нас госбюджетное). Прогнозируется увеличение объема этого сектора космического рынка к 2020 году более чем в три раза. Если мы будем располагать бортовой энергетикой на уровне 150—500 кВт, то и решать задачу глобальной связи и телекоммуникации станет возможно гораздо меньшим количеством космических средств — «тяжелыми» космическими платформами на основе ТЭМ. И на таком рынке получить 5 % от его объема в 250—260 млрд долл. — это уже достойно.
Конечно, аппараты такие нужны, и в их составе должны быть большие антенны и большая энергетика. Сегодня на геостационарной орбите (ГСО) работают около 300 КА. Более 600 КА летают как балласт — «железо». Частотный ресурс ГСО практически исчерпан, каждая позиция на этой орбите продается по цене от 20 до 50 млн долл. в зависимости от размещения рабочей «точки».
Рынок ежегодной расчистки ГСО, на котором может быть использован «ядерный буксир», оценивается величиной примерно 3 млрд долл. Там необходимо размещать как можно меньше объектов, которые будут работать и позволят создать глобальную информационную инфраструктуру высокого качества.
Для задачи полетов в «дальний космос» бортовая энергетика порядка 0,5 М Вт позволит обеспечить перемещение автоматических научных лабораторий массой до 100 т в пределах Солнеч-
ной системы и дальше. Используемые в настоящее время КА с бортовыми системами электроснабжения ограничены по дальности полетов уровнем лучистой энергией, поступающей от Солнца.
Оценка объема данного сектора мирового рынка такова: если в 2009 году почти 1,5 млрд долл. в мире были истрачены на доставку научной аппаратуры к месту назначения в «дальнем космосе», то через 10—15 лет прогнозируется увеличение этого объема примерно в 3,5—4 раза. Доля России здесь должна быть более существенной: сегодня она составляет около 4 %, с появлением «ядерного буксира» должна вырасти до 30 %.
И, наконец, об астероидной и метеоритной опасности. Об этом сегодня много говорят. Но чтобы эффективно начать работать, КА, предназначенные для мониторинга космического пространства и защиты нашей планеты, должны располагать как минимум мощностью бортовой энергетики 150 кВт. Если же создавать аппараты для доставки на астероиды устройств, позволяющих формировать их орбиты, безопасные для Земли, то мощность их бортовой энергетики по оценкам должна быть порядка 1—10 М Вт.
Говоря об освоении планет и Луны с использованием баз на их поверхностях, можно отметить, что в основе энергосистемы баз рассматривается применение компактного ядерного реактора электрической мощностью 150— 500 кВт. Такие реакторы могут использоваться и в северных регионах Земли.
РКК«Энергия» впервые анонсировала предложения по концепции космической программы до 2040 года на Международном авиационно-космическом салоне 2009 года. Она была с интересом воспринята, в том числе тремя производственными компаниями мирового уровня: «Локхид» (США), «Астриум» (Европа), «Мицу-биси» (Япония). Мы объединились вокруг этой программы. Ежеквартально наши сотрудники проводят дискуссию, осуществляется отработка следующих шагов на перспективу. Поскольку в этой кооперации сотрудничают промышленные предприятия, то они свою миссию видят в одном: чтобы идеи не были иллюзорными. Их необходимо направить сразу на тот технический уровень, который реализуем. Создавая новую ракетно-космическую технику, мы исходим из достижений сегодняшнего дня. Любой компонент, который еще только находится в начале
разработки, в исследовании, не имеет права быть принят для использования в этой технике.
Концепция программы на период до 2040 года, предлагаемая РКК«Энергия», была представлена Председателю Правительства России.
Предложения в их основе получили одобрение. Работы в данном направлении необходимо продолжать, имея в виду их соответствующее отражение в программах и бюджете Роскосмоса на перспективу.
УДК 681.5
Е.И. Юревич
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭКСТРЕМАЛЬНОЙ РОБОТОТЕХНИКИ
Современная робототехника возникла как промышленная робототехника в машиностроении (где все предельно детерминировано, кроме номенклатуры самих роботов) и сразу же начала чрезвычайно быстро разрастаться. Первое обстоятельство позволило в промышленных роботах первого поколения использовать простейшее программное управление (ЧПУ), заимствованное, как и приводы, из станкостроения. Второе обстоятельство породило модульный принцип построения роботов, который был предложен в СССР и до настоящего времени является господствующим у всех производителей роботов в мире.
Следующим направлением развития роботов стала экстремальная робототехника. Толчком к ее развитию в нашей стране оказалась авария на Чернобыльской АЭС. Именно здесь модульный принцип показал свою эффективность и в этой области робототехники. Сборка роботов из отработанных функциональных компонентов — модулей — позволила ЦНИИ РТКбуквально в двухмесячный срок спроектировать, поставить и ввести в эксплуатацию до 15 мобильных роботов различного назначения. Одновременно
4 3 2 1
Рис. 1. Типовая структура модульного робота «Робопоезд»
1, 2, 3, 4— варианты модулей: манипуляционного, сенсорики, связи, энергопитания
стало очевидным, что в этих условиях вследствие неопределенности и изменчивости внешней среды программное управление пригодно только в качестве нижнего уровня супервизорного управления, а основным способом стало дистанционное управление с помощью джойстиков и оснащения роботов системами технического зрения и другими сенсорными системами.
Далее в ходе развития экстремальной робототехники начало развиваться адаптивное управление с постепенным наращиванием использования методов искусственного интеллекта. Но в русскоязычном переводе термин 1Ще11ш-§епсе — это искусственный разум. И так получилось, что именно экстремальная робототехника стала авангардом развития робототехники в целом. Достигаемые здесь результаты стали затем осваиваться промышленной робототехникой и другими ее разделами.
Современной тенденцией в развитии экстремальной робототехники являются модульные робототехнические системы с оперативно изменяемой комплектацией, в том числе и непосредственно в ходе выполнения очередной работы. Это так называемые реконфигурируемые роботы, т. е. роботы с переменной структурой. Высший уровень таких роботов, предел их развития — самоорганизующиеся роботы, автоматически эволюционно совершенствующие свою структуру в ходе функционирования.
Для реализации этих возможностей, очевидно, необходимо располагать типоразмерными рядами основных функциональных модулей. На рис. 1 это иллюстрируется обобщенной конструкцией наземного мобильного робота подобного типа.
