Cначала история вопроса: в 1989 году в честь приближающегося 500-летия открытия Америки Юбилейный комитет конгресса США объявил международный конкурс на создание космических кораблей с солнечными парусами для полета к Марсу. Старт мероприятия предполагалось провести в 1992 году, завершив его за 500 дней. Идея вызвала интерес не только в США, поучаствовать в конкурсе решили Канада, Великобритания, Италия, Китай, Япония и Советский Союз. Нашу страну представлял консорциум «Космическая регата», созданный научно-производственным объединением (НПО) «Энергия» и Долгопрудненским конструкторским бюро автоматики.
Принцип действия солнечного паруса в том, что воспринимая давление фотонов, излучаемых светилом, он приводит в движение космический корабль. Создаваемая при этом тяга зависит от площади паруса. Для получения приемлемого ускорения носитель должен быть очень легким. Так, для достижения ускорения 1 мм/с2 его масса не должна превышать 100 килограммов. И хотя это ускорение кажется ничтожным, однако за 500 дней полета корабль способен разогнаться до скорости более четырех километров в секунду. Ясно, что главное преимущество космолета с солнечными парусами в отсутствии потребности в топливе и, значит, по сути появляется возможность длительных полетов. Чем не альтернатива современным КА с ракетными двигателями, основная часть массы которых – емкости с топливом или другим рабочим телом? Ведь такие аппараты способны ускоряться и совершать маневры в безвоздушном пространстве, только отбрасывая массу рабочего тела. А еще принцип солнечного паруса планировалось использовать не только для космических перелетов, но и для освещения нашей планеты отраженным светом в темное время суток.
Гонка за лидером
Конечно, построить легкий и надежный КК с большим парусом оказалось нелегко. Не случайно частокол проблем технического или экономического характера заставил претендентов на участие в гонке к Марсу одного за другим выбывать из конкурса. В поисках оптимальной конструкции паруса в виде рамы конкурсанты обязательно сталкивались с необходимостью увеличения массы корабля. В отечественном же проекте не было никакой рамы: солнечный парус представлял вращающийся диск из полимерной пленки с алюминиевым покрытием толщиной пять микрон. Благодаря вращению создавались центробежные силы, растягивающие пленку и придающие ей плоскую форму. Предусматривались два таких диска, вращающихся в противоположных направлениях. За счет образованной дисками гироскопической пары можно было управлять положением парусов вокруг центра масс, а следовательно, и управлять направлением движения аппарата в пространстве. Наш проект оказался лучшим и получил наивысшую оценку жюри конкурса.
Могли быть первыми
Увы, гонка под солнечными парусами так и не началась – организаторы не располагали необходимой финансовой поддержкой. Но это не остановило наших разработчиков – отечественный проект пережил даже распад СССР. Российский солнечный парус 4 февраля 1993 года испытали в космическом эксперименте «Знамя-2». В космосе его впервые развернули на борту грузового корабля «Прогресс М-15» российские космонавты – командир экипажа Геннадий Манаков и бортинженер Александр Полещук, работавшие на орбитальной станции «Мир». Тогда продемонстрировали возможность искусственного освещения Земли отраженным солнечным светом.
Значительная часть России расположена за полярным кругом, и освещение районов с проблемным энергоснабжением долгой зимней ночью способствовало бы более комфортной жизни и работе людей. Не говоря уже о повышении безопасности полетов воздушных судов в высоких широтах, навигации по Северному морскому пути, спасательным мероприятиям в зонах бедствий.
В целом эксперимент «Знамя-2» оказался успешным, и разработчики запланировали разворачивание еще большего солнечного паруса. Но несмотря на включение нового исследования в «Долгосрочную программу космических экспериментов», руководство российской космической отрасли не открыло финансирование. В процессе эксплуатации станции «Мир», а после ее затопления – Международной космической станции проект «Знамя-3» всегда оставался важной составляющей планируемых научно-технологических работ на борту. С 2010 года эксперимент предусматривался уже в этапной программе, подлежащей финансированию, но деньги так и не появились. На запрос разработчиков, отправленный в конце 2020 года, ответили из РКК «Энергия»: «В соответствии с утвержденной госкорпорацией «Роскосмос» «Долгосрочной программой целевых работ, планируемых на МКС до 2024 года. Дополнение» наземная подготовка космического эксперимента «Знамя-3» остановлена с выпуском в 2021 году итогового отчета».
Конкуренты же не дремали. Первым действующим солнечным парусником стал аппарат IKAROS, запущенный Японским космическим агентством (Japan Aerospace Exploration Agency – JAXA) с помощью ракеты-носителя H-IIA 21 мая 2010 года. Ровно через пять лет – 20 мая 2015-го с космодрома на мысе Канаверал отправлен в пробный полет наноспутник LightSail-1 с солнечным парусом. Второй подобный КК LightSail-2 запустили 25 июня 2019 года ракетой Falcon Heavy.
По оценкам разработчиков, для полной реализации проекта «Знамя-3», в том числе проведения эксперимента с использованием одного из грузовых кораблей, обслуживающих МКС, требуется около 500 миллионов рублей. Сумма значительная, но все познается в сравнении. Так, на создание малых КА для изучения магнитосферы Земли Роскосмос выделил более двух миллиардов. Отработка во многом прорывной технологии солнечного паруса в рамках проекта «Знамя-3» стоит, как видим, вчетверо меньше. Можно также сопоставить требуемую сумму с масштабом казнокрадства при строительстве космодрома Восточный и зарплатой «космических» управляющих.
Печаль уж не светла
О том, почему никак не складывается судьба проекта, весьма неординарного и способного упрочить космический авторитет нашей страны, мы беседуем с одним из разработчиков – председателем совета директоров ОАО «Консорциум «Космическая регата», кандидатом технических наук Юрием Спирочкиным.
– Юрий Кузьмич, одно из самых заманчивых для нашей страны преимуществ вашего проекта – возможность «добавить солнца» в районы, где полярная ночь очень долгая. Каковы площадь пространства, которое может охватить солнечный парус, продолжительность такого охвата?
– Для размеров солнечного паруса нет ограничений. Если использовать его как движитель космического корабля, то они определяются требуемым ускорением: чем выше, тем большую площадь должен иметь парус. Такой корабль может летать в пределах Солнечной системы – там, где давление потока фотонов имеет приемлемую величину. В проектных разработках мы рассматривали паруса диаметром 400–500 метров. Но это могут быть и километры. В случае применения паруса для освещения земной поверхности с околоземной орбиты полотнища выбираются в зависимости от площади поверхности, которую нужно осветить, высоты орбиты и некоторых других факторов.
Кстати, для маневрирования солнечного паруса в космосе не нужно никаких дополнительных реактивных двигателей. Управление осуществляется на основе гироскопического принципа. Продолжительность функционирования паруса ограничивается физическим старением конструкционных материалов в условиях солнечного и межгалактического излучения (радиационным старением), а также повреждениями от возможных столкновений с частицами космической пыли, метеоритами, астероидами. Эти факторы действуют на все космические аппараты.
– Вы не допускаете, что торможение в финансировании вызвано объективными причинами? Например, группа аналитиков заключила, что проект солнечного паруса экономически нецелесообразен? И если эта оценка действительно объективная, то кто именно решает судьбу проекта?
– Целесообразность проведения космического эксперимент «Знамя-3», который должен подтвердить работоспособность усовершенствованного солнечного паруса, была признана Координационным научно-техническим советом Роскосмоса. Имеется также положительное заключение РКК «Энергия» от 2008 года и одобрение со стороны Института космических исследований РАН, предложившего разместить на борту аппарата научную аппаратуру. Подобные заключения делаются на основе комплексного рассмотрения вопроса экспертами. Техзадание на разработку научной аппаратуры для эксперимента было согласовано со всеми подразделениями РКК «Энергия», однако по непонятным причинам не утверждено.
В статье, написанной вместе с генеральным директором консорциума «Космическая регата» Олегом Сапрыкиным, мы отмечали, что проект остановлен не из-за его «нецелесообразности». Истинные причины скрыты в головах начальников из РКК «Энергия» и ЦНИИМАШа (головной институт отрасли). Небольшой акционерной компании, каковой является наша «Космическая регата», трудно тягаться с такими «старшими товарищами» – в их руках находятся все ресурсы и рычаги влияния, а у нас – только ноу-хау. Надежных и прозрачных правил государственно-частного партнерства в космической деятельности нет. Руководство Роскосмоса свою позицию в этом отношении четко не выразило, сославшись на то, что вопрос о финансировании решается в РКК «Энергия», с которой у Роскосмоса заключен контракт на реализацию всей программы экспериментов на борту МКС. Ну а у РКК «Энергия» есть свои эксперименты, на которые тоже нужны деньги.
Экономическая целесообразность поисковых космических экспериментов, исследований и разработок с трудом поддается оценке: положительный результат не всегда гарантирован, а отдача в виде прибыли возможна, как правило, лишь в долгосрочной перспективе. У нашей компании есть проектная документация, но нет своих средств на изготовление солнечного парусника, выведение его на околоземную орбиту и проведение испытаний. С учетом признанной перспективности этой технологии и значения ее для позиций нашей страны как космической державы мы вправе опираться на госфинансирование. Государственные мужи должны обладать долгосрочным видением и руководствоваться национальными интересами. Складывается впечатление, что с этим у нас проблема.
Надеемся, что газета «Военно-промышленный курьер» поможет донести информацию о проекте солнечного парусника до капитанов частного бизнеса. Возможно, найдется целеустремленный и неравнодушный к будущему нашей страны бизнесмен, который отважится инвестировать в новую космическую технологию.
Все те же грабли?
– Известно, что за рубежом уже успешно проводят эксперименты с солнечным парусом. Исходя из этого, не напоминает ли судьба вашего проекта печальные судьбы затопленной орбитальной станции «Мир», космического корабля «Буран», отказ от производства перспективной линейки пассажирских лайнеров Ил-96, Ту-204/214, Ту-334? Кто может за всем этим стоять?
– Возможно, есть общие причины. В период создания транспортной космической системы «Энергия» – «Буран» и орбитальной станции «Мир» я работал в НПО (ныне РКК) «Энергия», участвовал в решении вопросов, связанных с их проектированием и эксплуатацией. С этими вопросами знаком не понаслышке. Для советской транспортной космической системы после ряда поисковых работ был выбран тот же принцип построения, что использован в американской программе «Спейс Шаттл», с некоторыми изменениями. Вместе с коллегами занимался расчетами посадки возвращаемых боковых блоков и аварийного приземления «Бурана» в случае отказа шасси. В результате исследований наш челнок стал более безопасным с учетом возможной аварии, чем американский. Состоялся лишь один полет «Бурана» – в 1988 году, и спустя несколько лет проект закрыли. Мотивы и процедура принятия этого решения неизвестны. Возможно, что чиновники высокого уровня просто не смогли найти применение транспортной космической системе в изменившейся внутренней и внешней обстановке. Кроме того, уже стали очевидны врожденные недостатки американского прототипа – вероятно, и это сыграло свою роль.
Технологии создания аэрокосмических летательных аппаратов, обладающих высокой надежностью и экономичностью в условиях регулярных полетов, еще не созрели, а у нас не нашлось решимости и ресурсов довести их.
Станция «Мир» заработала на орбите 20 февраля 1986 года. Проектный срок ее эксплуатации – пять лет. Она проработала втрое дольше – до 23 марта 2001 года. Примерно в конце второго проектного срока стали возникать технические проблемы, связанные с отказом различных систем. Одной из них был риск образования усталостных трещин в районах стыковочных узлов, которые подвергались знакопеременным нагрузкам при динамических операциях на орбите. Было предложено проводить эксплуатационный мониторинг динамических нагрузок и периодическую оценку технического состояния критических зон конструкции. Старение материалов и конструкций под действием неблагоприятных эксплуатационных факторов – это крупная научно-техническая проблема, для решения которой требуются масштабные исследования и соответствующие ресурсы. Мнения специалистов и лиц, принимающих решения, о целесообразности поддержания стареющей станции на орбите разделились, и возобладал подход затопить источник проблем в океане.
Стоит отметить, что проекты «Энергия» – «Буран» и станция «Мир» были последними, при разработке которых применялись отечественные программные средства. После их закрытия все КА проектируют с использованием преимущественно американских конструкторских и расчетных программ.
О разработках пассажирских самолетов мне судить сложнее. Три года назад в качестве эксперта довелось участвовать в совещании в одном из легендарных отечественных КБ, на котором обсуждалось создание информационной среды для проекта модернизации военного самолета. Техзадание на создание этой среды предусматривало закупку 16 американских программных продуктов с целью выполнения аэродинамических, прочностных, гидравлических, механических и иных расчетов. Признаюсь, я был поражен тогда и до сих пор не могу понять логику: как можно проектировать систему вооружений с помощью средств, разработанных в стране, которую считают «вероятным противником»? Куда подевались программисты из ЦАГИ и их программы?
Вы спрашиваете о причинах прекращения в нашей стране уникальных космических и авиационных проектов. На мой взгляд, они на поверхности:
- недальновидность и ограниченность лиц, принимающих решения о технических вопросах национального уровня значимости;
- скудость финансирования технологически важных или прорывных исследований и разработок (что определяется, конечно, первой причиной);
- бытующее на всех уровнях руководства недоверие к отечественным разработчикам (в наибольшей степени оно проявлялось в течение десятилетий применительно к созданию программных средств, обеспечивающих инженерную деятельность).
Общее познается через частное. Если вернуться к проекту «Буран», то результаты работ для обеспечения безопасности при аварийной посадке, в которых я участвовал, отражены в нескольких статьях, научно-технических отчетах, диссертации и одном патенте на изобретение. После его закрытия активность в этом направлении затухла. Спустя три десятка лет, работая над книгой «Человеческий фактор и проектирование», я изучил состояние соответствующих зарубежных исследований и разработок. Обнаружил, что за это время проблема безопасности пассажиров и экипажей воздушных судов при аварийной посадке была предметом деятельности многих исследовательских центров в США и Западной Европе. Тем не менее некоторые наши достижения 30-летней давности так и остались непревзойденными, а идеи не перестали быть актуальными. Увы, для гражданских самолетов эта проблема по-прежнему далека от решения.
Суммируя факты недальновидности принимаемых решений высокими ответственными лицами, невольно задаешься вопросом: достаточно ли у них необходимой для этого профессиональной компетенции и желания заниматься делом, за которое они взялись, увлеченности им?
Беседовал Анатолий Журин
Фото: yandex.ru
