background image
Город науки
вторник
k
13, 5 февраля 2013 г.
ПОИСКИ, НАХОДКИ, РАЗМЫШЛЕНИЯ, ИЗОБРЕТЕНИЯ
Через тернии к звздам!
В ы п у с к 89
g o r o d n a u k i @ b k . r u
Редактор выпуска Н.Я. ДОРОЖКИН, научный обозреватель Калининградской правды
Под солнечным парусом
Под солнечным парусом
Под солнечным парусом
Под солнечным парусом
к новым горизонтам космонавтики
к новым горизонтам космонавтики
к новым горизонтам космонавтики
Олег Алексеевич, сейчас на МКС
в рамках долгосрочной программы
проводится около 250 космических
экспериментов. А что собой представ
ляют эксперименты Знамя?
Целью космических эксперимен
тов Знамя является отработка тех
нологии создания сверхлгких косми
ческих аппаратов. Как известно, при
разработке космической техники идт
борьба за каждый грамм массы. В дан
ном же случае ставится задача не про
сто снижения массы, а создания уни
кального соотношения площади кос
мического аппарата и его массы, по
скольку, начиная с некоторого уровня
этого соотношения, качественно меня
ются возможности по использованию
солнечной тяги. В этом плане идея
бескаркасных плночных конструкций
(по сути плнок, не отягощнных
силовыми каркасами, что можно реа
лизовать лишь в космосе, в невесомо
сти) представляется весьма интерес
ной находкой и, возможно, единствен
ным способом, позволяющим достичь
уровня менее 30 граммов на квадрат
ный метр.
Современные плнки, планируемые
к использованию в космосе, отлича
ются малым отношением массы к пло
щади поверхности: гектар плнки тол
щиной 5 мкм имеет массу всего 50 кг.
Существенно уменьшить массу конст
рукций позволяет и отказ от жстких
каркасов как элементов, используе
мых для разворачивания и натяжения
тонкоплночного полотна. Примене
ние этих новаций совместно с передо
выми конструкторскими решениями
по разворачиваемому устройству
обеспечивает возможность создания
простых и наджных, относительно
лгких конструкций с большими пло
щадями.
Расскажите предысторию экспе
риментов Знамя.
В 1976 году NASA разработало
эскизный проект космического аппа
рата с солнечным парусом для иссле
дования кометы Галлея. Такой аппарат
предполагалось запустить в начале
1982 года. Космонавты, доставленные
на МТКК Спейс Шаттл, должны были
осуществлять на околоземной орбите
развртывание паруса. Однако в то вре
мя руководство NASA сочло, что техно
логия перелта космического аппарата
под солнечным парусом ещ недоста
точно зрелая, чтобы успеть подгото
виться в срок к запуску космического
аппарата к комете Галлея. И проект
был отложен.
Новый импульс в развитии исследо
ваний по созданию космического ап
парата с солнечным парусом был дан в
90 е годы ХХ века. Президентская Юби
лейная комиссия, созданная Конгрес
сом США в честь 500 летия открытия
Америки Колумбом, одобрила прове
дение конкурса на разработку солнеч
ного паруса для космического аппара
та, предназначенного для полтов к
Луне и Марсу. В этом конкурсе уча
ствовала и Россия. Наиболее интерес
ным оказался проект сол
нечного паруса, разрабо
танный коллективом кон
сорциума Космическая
регата, генеральным ди
ректором которого был
доктор технических наук,
профессор В.С. Сыромят
ников. По данному проек
ту парус должен быть из
готовлен из полимерной
плнки толщиной 5 мкм,
покрытой тонким слоем
алюминия. Конструкция
паруса выполняется в
виде двух круглых дис
ков, расположенных на
одной оси и вращающих
ся в разные стороны.
Наши предложили вра
щать плнку в космосе без
каркаса, хотя западные претенденты
на победу предлагали каркасные кон
струкции. Российский проект с исполь
зованием бескаркасных парусов полу
чил высшие оценки жюри. Американ
ский конкурс со временем прекратил
существование, так как на него не вы
делили достаточно финансов. Но рос
сийские энтузиасты продолжили раз
вивать тему самостоятельно. Вскоре и
я стал членом коллектива АО Косми
ческая регата.
Когда эксперимент по раскрытию
паруса начали проводить в космосе?
Поскольку наши наработки ока
зались качественными, было решено
провести эксперимент на орбите под
названием Знамя 2 (до этого на зем
ле проводился эксперимент Знамя
1). Впервые в мире на орбите, на бор
ту транспортного грузового корабля
Прогресс М40, в ночь с 3 на 4 февра
ля 1993 года был успешно проведн
эксперимент по разворачиванию отра
жателя диаметром 20 метров. Бескар
касная плнка просуществовала на ор
бите на протяжении 6 витков, потом
была отстрелена. В результате экспе
римента Знамя 2 были сделаны
очень важные выводы. До этого мно
гие сомневались, что бескаркасная кон
струкция может быть устойчивой и уп
равляемой при изменении ориентации
корабля, что она не запутается и т. д. Но
конструкция оказалась и управляемой,
и устойчивой. Е пытались специально
раскачать для этого на корабле Про
гресс включали двигатели, проводи
ли развороты, использовали электро
механические устройства. Управляе
мый роспуск конструкции оказался
очень эффективен. После удачного
эксперимента все были охвачены иде
ей продолжения этого направления.
Но в 1990 е годы, несмотря на то что
дальнейший эксперимент Знамя 3
был прописан в программе, финанси
рования на него получить не удалось.
Профинансировали не весь экспери
мент, а лишь его урезанную версию,
которую мы назвали Знамя 2,5. Этот
эксперимент стал вторым практичес
ким шагом в реализации программы
развртывания крупногабаритных пл
ночных конструкций под действием
центробежных сил. Для эксперимента
Знамя 2,5 была улучшена бескар
касная конструкция, е натяжение по
верхности стало более качественным,
а диаметр достиг 25 м. Но в этот раз вс
пошло не по плану. 4 февраля 1999
года, после выполнения основной про
граммы полта и отделения транспорт
ного грузового корабля Прогресс
М40 от орбитального комплекса
Мир, в зону развртывания плноч
ного полотна оказалась ошибочно вы
двинута антенна обеспечения сближе
ния. В процессе развртывания полот
но оказалось намотанным на антенну.
Так, из за грубейшей ошибки экспери
мент был сорван.
Это, наверное, серьзно повреди
ло успеху всего направления?
Да, это так. Но, несмотря на то что
задача развртывания отражателя не
была полностью выполнена, при под
готовке и проведении работ была по
лучена ценная информация по отдель
ным этапам проекта Знамя 2,5 в це
лом. В частности, подтверждена пра
вильность выбранной баллистической
схемы и эффективность обеспечения
безопасности полта вблизи станции
Мир, а также отработано
управление ТГК Прогресс
М40 в телеоператорном
режиме управления с по
мощью экипажа комплек
са Мир и связи между
наземными службами.
Сейчас эксперимент
Знамя 3 по прежнему
стоит в российской косми
ческой программе. Снача
ла мы собирались на ко
рабле Прогресс развер
нуть два огромных паруса,
один из которых должен на
ходиться в грузовом отсе
ке. Для этого потребовался
бы грузовой корабль с осо
бым отсеком, что очень
дорого. К тому же не факт,
что конструкция, отрабо
танная на Прогрессе, в
дальнейшем была бы вос
требована. Поэтому мы ре
шили пересмотреть кон
цепцию этого эксперимен
та и обратились за консуль
тацией в Институт косми
ческих исследований. Мы, как инжене
ры, понимали, что солнечный парус
создавать надо, что использовать сол
нечную энергию необходимо. Но мы не
смогли сформулировать более чтко
целевые задачи эксперимента. Оказа
лось, что Институту космических ис
следований очень интересна эта тема.
Чем же?
Дело в том, что существует мони
торинг космической погоды. Солнце
хотя и спокойная звезда, но на нм
бывают возмущения, бури, которые
негативно влияют на Землю, зачас
тую выходит из строя оборудование, а
у метеочувствительных людей возни
кают недомогания. Для мониторинга
Солнца очень удобно использовать точ
ку либрации (точка, в которой небес
ное тело, движущееся под влиянием
притяжения двух других тел значитель
ной массы, может находиться в состо
янии относительного равновесия по
отношению к этим двум телам). Эта
точка в системе Земля Солнце суще
ствует на расстоянии полутора милли
онов километров от Земли по направ
лению к Солнцу. Именно в ней сейчас
находится американский космический
аппарат Винд, а какое то время на
зад находился Сохо. Американские
аппараты изучают обстановку на Солн
це. Когда начинается возмущение,
фронт ионизированного излучения
движется к Земле примерно 300 км/с.
Поэтому есть время (приблизительно
45 минут), чтобы аппарат смог сооб
щить на Землю о надвигающемся
фронте. Но 45 минут в данной ситуации
ничтожно малый срок. Для полного
оповещения необходимо не менее
6 часов. А это значит, что космический
аппарат надо разместить ещ дальше
от Земли, ближе к Солнцу на 9 милли
онов километров.
Как же он там будет находиться,
ведь законы Кеплера никто не отме
нял?
Конечно! Аппарат не сможет там
находиться сам по себе, он будет уда
ляться вслед за Венерой, Меркурием и
т. д., то есть уходить из нужной нам
точки. А чтобы остаться там, постоян
но маневрируя, аппарату нужно будет
затрачивать топливо. Солнечный па
русный корабль может привнести ка
чественно новое решение этой задачи.
Дело в том, что если достичь соотно
шения массы аппарата к его площади,
как 1 к 20 (1 кг обеспечивает 20 кв. м
площади аппарата), то аппарат станет
сверхуправляемым. Он сможет, меняя
сво положение относительно Солнца,
двигаться в нужном нам направлении.
Он будет лететь в соответствии с зако
нами Кеплера на гало орбите и одно
временно барражировать в области
требуемой точки пространства. Ведь
совсем необязательно, чтобы корабль
находился в точке с координатами
плюс минус 1 м, нужна просто конк
ретная область. Этот процесс можно
сравнить с мотыльком, который пор
хает перед свечой. Ещ одно сравнение
яхта, которая умеет плыть и по на
правлению ветра, а также против вет
ра, то есть идти галсом. По отношению
к Солнцу также можно идти галсом.
Идея, поданная специалистами из
ИКИ, вам понравилась?
Да. Мы поняли, что нужно со
здать солнечный парусный корабль, в
котором применялось бы соотноше
ние массы аппарата к его площади как
1 к 20. На Прогрессе М сначала нуж
но развернуть паруса, потом отделить
их от него. При этом площадь парусов
должна быть около 3 тысяч кв. м, а их
масса не превышать 150 кг. Такую мас
су Прогресс М уже возил. Напри
мер, спутники Чибис и Спектр от
делялись от Прогресса, используя
его в качестве мини космодрома или
спутниковой платформы. Прогресс
может также визуально зафиксировать
аппарат с гигантскими парусами и по
казать нам, как он работает, меняет
ориентацию, разворачивается, исполь
зует гироскопические системы на сво
м борту без расхода рабочего тела и т.
д. Гироскопические системы таких па
русов сверхлгкие, крупногабаритные,
используют безрасходное управление,
что очень актуально для автоматичес
ких космических аппаратов и косми
ческих аппаратов исследователей. Я бы
сказал, что для исследования внутрен
них планет Солнечной системы это бле
стящая идея.
Из какого материала делаются
солнечные паруса?
Во первых, они покрыты алюми
нием, то есть, по сути, являются зерка
лами (нагреть зеркало очень трудно,
потому что оно отражает электромаг
нитное излучение в широком
диапазоне). Во вторых, в них
используются современные
полиамидные плнки стой
кие к ультрафиолету, инерт
ные. Для сравнения: 20 лет
назад, когда мы проводили
эксперимент Знамя 2, у нас
была плнка из полиэтилен
терефталата, а мы только
мечтали, что когда нибудь
будем использовать поли
амидную. Сегодня эти плнки
широко используются в кос
мической технике.
Когда может состояться
эксперимент Знамя 3?
По моим прогнозам, где
то в 2016 году. До этого вре
мени надо создать сам спут
ник. Что касается солнечных
парусов, то у нас уже есть
опыт такого рода. Мы плотно
сотрудничаем с Долгопруд
ненским конструкторским
бюро автоматики там хо
рошие специалисты конст
рукторы по части парусов. Они
создавали дирижабли, атмосферные
зонты, гигантские надувные плноч
ные конструкции. Они также владеют
технологией склейки плнки. Сотруд
ничаем мы и с электромеханиками с
Томским научно производственным
центром Полюс (признано, что рос
сийские электромеханики одни из
лучших в мире). На сегодняшний день
мы выпускаем эскизный проект. Хо
чется сделать тот прототип спутника,
который реально в дальнейшем смо
жет полететь и к Марсу, и к Солнцу, и в
любую область Солнечной системы. Не
обходимо отметить и вполне прогно
зируемый положительный политичес
кий резонанс, который вызовет реали
зация космического эксперимента
Знамя 3. Такие проекты уникальны,
они вызывают интерес у широких масс
людей, демонстрируют практическую
значимость космонавтики, открывают
новые горизонты и привлекают в кос
монавтику молоджь.
Беседовала Анна ФУРТИЧЕВА,
пресс служба ЦНИИмаша
4 февраля года исполнилось 20 лет со дня, когда впервые в мире на
борту транспортного грузового корабля Прогресс М40 был успеш
но проведн эксперимент Знамя 2 по разворачиванию отражателя
диаметром 20 метров. Бескаркасная плнка просуществовала на
орбите на протяжении 6 витков, потом была отстрелена. Об этом
эксперименте рассказывает
начальник отделения ФГУП ЦНИИмаш,
кандидат технических наук Олег Сапрыкин.