Рубрика:
ФИАН И КОСМОС. БЕСЕДЫ С ТЕМИ, КТО СМОТРИТ ВЫШЕ И ДАЛЬШЕ ВСЕХ   

    Н.Г. Бабакин – главный конструктор Астрокосмического центра ФИАН, кандидат технических наук, участник больших космических проектов ФИАНа, таких как «РадиоАстрон», «Миллиметрон». Вниманию читателей представляется продолжение его большого эксклюзивного интервью для ФИАН-Информ.

Начало интервью см. здесь

А по топливу у Радиоастрона ресурс на сколько рассчитан?

    На пять лет. Но это - ресурс по топливу, который рассчитан не только на задачи коррекции. Вы с релейными системами управления  как-то знакомы?

Ну, примерно представляю.

    Ну, в двух словах. Вот ваше заданное положение в пространстве, а это ваша скорость. Ваше идеальное положение – стоять, как гвоздями к небу прибитым, вот в этой точке. Но ведь так не бывает. Тем более в линейной системе, может быть, вы в это состояние и загоните, но вы обязательно все время будете там как-то «дрожать». И это будет требовать больших энергетических затрат. Но есть простой выход. У вас по углу организуется некая зона нечувствительности, и вы разрешаете аппарату по этой оси немножко гулять. Вот если это – объект наблюдения, то я ему разрешу уходить, грубо говоря, на одну-на две угловых секунды сюда и на две угловых секунды в эту сторону. Таким образом, у меня здесь есть свобода движения, - я ему разрешаю. И задаю ему какую-то маленькую допустимую скорость. Таким образом, я могу сказать, что в этой зоне аппарат у меня не управляется. Он тут дрейфует, как хочет, как ему нравится.

    У вас всегда будет существовать некий возмущающий момент. В качестве примера - солнечное давление. Оно всегда будет утаскивать вас куда-то на край. В этот момент должно что-то сработать и толкнуть его в обратную сторону. Всё это в теории управления называется предельным циклом.

    В старые времена, это движение - толкнуть в обратную сторону - выполняли газовые активные «сопелочки». Они работали на азоте. То есть система дошла до края, чихнула, толкнулась в обратную сторону и поплыла. До другого края дошла, чихнула и пошла в обратную сторону. Это, так называемые, автоколебания, колебания в предельном цикле. И это - штука довольно расходная. Почему азот использовался? Он использовался только потому, что не люминесцирует под солнечными лучами. В противном случае оптические датчики могут за  облачко выброшенного газа как за собственным хвостом гоняться. Датчики спутают его со звездой, и вся система пойдёт гулять за облачком.

    Азот закачивают под очень высоким давлением, а там начинается: редуктор понижающий, трубки проводящие, клапан один, клапан другой…. Итого - на 7,5 кг азота набирается 12,5 кг металла. А на долгую жизнь станции этого азота надо много. Это какой же дополнительный вес получается! И при всём этом очень хочется иметь, как бы выразиться, - нежное управление. Потому что, при управлении газовыми органами, чихнул – и все начинает гулять, звенеть и колебаться. Пока эти колебания продолжаются, происходит переход энергии в  тепло, которое  рассеивается на упругих элементах конструкции.

    Поэтому сейчас используются электромаховичные исполнительные механизмы. Не следует путать с гироскопом. Это - просто хорошо раскрученная масса.

Ну, гироскопический эффект все равно там обязательно будет…

    Да, некоторый эффект там есть. Маховик может считаться аналогом гироскопа, потому что тоже стремится сохранить свое положение в пространстве. Но цель управления вот какова. Почему на велосипеде люди всегда боялись пользоваться передним тормозом? Потому что если на высокой скорости с его помощью затормозить, то, мало того, что существует инерция поступательного движения велосипеда, есть ещё и инерция относительно точки, вокруг которой он может кувыркнуться, и… раскрученная масса переднего колеса. Если её тормозом зажать, то её кинетический момент перейдёт на всю структуру велосипеда. Это даст дополнительный опрокидывающий момент велосипеду. Дальнейшая картина известна.

    Вот этот принцип и заложен в наши маховики. Именно - маховики. Можно вспомнить маховики, используемые на заводских электрокарах. Маховик раскрутили, потом начинают фрикционом притормаживать. Куда он отдаст свою энергию? В движение электрокара. Вот так и в нашем случае. Если маховик начать притормаживать, то доля его кинетического момента перейдет на аппарат. А поскольку возмущающий момент действует постоянно, то вы постоянно будете маховик притормаживать.

    Но вот, наконец, он потерял всю энергию и остановился. Тогда его непременно надо опять раскрутить. И для того, чтобы эту процедуру провести, надо опять включать эти газореактивные исполнительные органы. Они позволяют, хоть и с худшей точностью, но сохранить ориентацию аппарата в пространстве, не теряя звезды, не теряя Солнца.

И применение ваших маховиков можно квалифицировать как достижение?

    Это давно известный принцип управления, который массово применяется в системах управления, - достижение не нашего радиоастрономического прибора, а скорее атрибут системы управления космическими аппаратами.

Вы собирались ещё что-то рассказать о каркасе лепестков, формирующих рабочую поверхность рефлектора космического радиотелескопа…

    У нас были очень жесткие требования к кручению этого каркаса. Каркас состоит из трех углепластиковых труб, которые друг с другом соединены титановыми фитингами. Мы их подбирали так, чтобы, если одна труба при повышении температуры закручивается по часовой стрелке, то другая труба закручивалась бы против, компенсируя первую. Допустимые пределы кручения были очень жестко регламентированы. А поскольку это не серийное производство, то всё, естественно, идет на уровне ручной выкладки. Общеизвестно, что в подобных случаях на станке идеально этого добиться невозможно, а уж вручную…. После того, как нам эту трубу сделали, мы её испытывали то на нагрев, то в холодильной камере. И тогда выяснилось, что часто эта крутка превышает допуски. Но у нас работает В.Н.Пышнов -  талантливый специалист, кандидат наук, специалист как раз вот по таким углепластиковым вещам. Он рассчитал, что если на эту трубу с внешней стороны наложить под определённым углом углеродную ткань, то с помощью перетяжки этой ткани можно эту скрутку скомпенсировать. Трубу по этому расчёту проверили экспериментально и попали, практически, в ноль. Шесть труб, «вылеченных» таким способом, проверили и убедились в корректности расчетов.  После этого, остальные, подвергнутые «лечению», даже проверять не стали. В результате, сейчас в космосе, все углепласитковые элементы ведут себя  замечательно.

Получается, что вы нашли решение одной из ключевых проблем практически бесплатно? Уместно вспомнить известную притчу, когда американцы, кажется в НАСА, запросили много миллионов долларов на разработку пишущего узла для космонавтов, в то время как наши, не заморачиваясь, использовали …

     Карандаш. Конечно. Это известно. Но принятое решение по «лечению» углепластиковых элементов оказалось не простым и не бесплатным.

    Вот цветастенькие картинки – графические представления корреляционной обработки информации, полученной как от космического радиотелескопа, так и от наземных радиотелескопов. На этом изображении карта с размещенными на Земле  радиообсерваториями на разных континентах. Мы проектировали и строили нашу станцию очень-очень долго. Слишком долго. Международная кооперация, которая была создана под этот проект, постепенно развалилась. Однако, вопреки ожиданиям, за год – за два до запуска, у нас в проекте определилось штук пять или шесть крупных наземных обсерваторий, которые готовы были участвовать в наблюдениях. Они нам ничем не помогали – ни деньгами, ни аппаратурой. Они просто пошли вместе с нами, начали исследования, после чего свои записи передали нам, а наш корреляционный центр их обрабатывает. После чего и появляются картинки этих замечательных «эйфелевых башен», как я их называю,  - диаграмм корреляционных откликов. Кстати, если на момент запуска аппарата 5 или 6 наземных обсерваторий выразили готовность к участию в научных исследованиях, то сейчас более 20 радиотелескопов активно подключились к исследованиям. Дело дошло до того, что коррелятор…

Да, мы их давали в своих публикациях о проекте. Вот, кстати, у вас гиннесовский сертификат висит на стене, и его мы тоже недавно давали.

    Ну, это такой, я вам скажу, сертификат… Кто-то проглотил самую толстую сосиску не прямо, а поперёк, кто-то вырастил ногти длиной три метра…  В этом смысле к Гиннесу я отношусь с определённой долей юмора. Хотя речь, действительно, идёт о самом крупном внеатмосферном телескопе, не имеющем аналогов. Другое дело, - Гиннес все рекорды сваливает в одну кучу… возможно, в алфавитном порядке...

Хотелось бы спросить вас, что ещё можно раскрыть для широкой аудитории из ваших передовых разработок? Ну, которыми можно было бы блеснуть…

    Ну, блеснуть можно, пожалуй, вот чем. Мне это кажется существенным. Радиоастрон - это штука очень недешёвая. Её жизнь на орбите спутника Земли и обслуживание этой жизни - тоже недешёвое. Учитывая размер параболической антенны, через которую сбрасывается на Землю научная информация, высоту орбиты, на которой работает космический радиотелескоп, мощность и частоту бортового передатчика, нужно было создать систему, которая с гарантией  обеспечивает наведение этой параболической остронаправленной антенны на наземный пункт приема информации – на наземную станцию слежения. При этом должно учитываться постоянное изменение положения космического аппарата на орбите и угловое положение аппарата в пространстве, соответствующее наведение радиотелескопа на исследуемый в текущий момент источник. Такая система наведения параболической остронаправленной антенны на наземный пункт приема информации (а их два, - один в Пущино, недалеко от Москвы, второй - в США) создана и надежно функционирует.

    Когда были опубликовали параметры антенны космического  радиотелескопа, китайцы, решив, что это делали на одном из красноярских предприятий, занимающемся спутниками связи, захотели заказать у них такую же антенну. Те им ответили, что не имеют к этому никакого отношения и перекинули их к нам. Мы тоже сказали, что да, – это мы, но платило за эту разработку государство, и мы не можем вам ее продать просто так. Обращайтесь в Роскосмос, пускай они решат, так как это их собственность. И интеллектуальная, и материальная. Вот какой международный резонанс проявился. Оказывается, кому-то могут понадобиться такие антенны для связи, для ретрансляции или ещё для чего-то. Задачек можно придумать достаточно много. Но я хочу подчеркнуть вот что. Тот резонанс, который мы получили после публикации первых интерференционных откликов, привел к тому, что вместо пяти – шести крупных обсерваторий, на которые мы изначально рассчитывали, к нам пришли тридцать. В результате, нам сейчас приходится катастрофически расширять объем архива. Сеансы идут ежедневно. Точнее, - по нескольку сеансов в день. Согласно отчётности, за первую половину 2013-го года, средствами только одной станции слежения, в Пущино, в общей сложности, проведено 260 сеансов. А полгода – это, примерно, 175 дней. Кроме того, 210 сеансов провели американцы. Значит, всего - 470, вот вам и полтысячи сеансов за полгода. Понимаете, это же колоссальные объемы информации! Поэтому, не успевая всё обрабатывать, мы  вынуждены её накапливать для последующей обработки. К сожалению, подключение большого числа обсерваторий произошло уже на довольно солидном сроке жизни аппарата, а гарантийный ресурс для него  - три года.

Это вы заявляли три, а в реальности на сколько можно рассчитывать?

    С доведением до пяти лет. Но по паспорту у нас три. А, значит, согласно техзаданию, Радиоастрон, в августе этого года, грубо говоря, имеет право на отказ. Очень надеемся, что этого не будет, поскольку сегодня никаких тревожных событий на борту не происходит.

То есть, de facto, если он до августа дорабатывает, то вы можете ходить в лавровом венке, а всё остальное – уже довесок?

    Вряд ли я надену лавровый венок. Но, всё остальное - это плюс. Я могу сказать, что, например, первый Луноход был рассчитан, вообще на одну лунную ночь. А он превысил свой ресурс в разы. Правда, второй, более поздний аппарат, прожил меньше, но дело не в этом. Главное - это то, что стало участвовать много телескопов. Более того, как я уже говорил, у нас появилась вторая станция слежения. За счет этого мы увеличиваем продолжительность сеансов наблюдения. Потому что, когда наша подмосковная станция слежения, в Пущино, не видит аппарат, то ее видят американцы. Нам бы еще третью станцию где-нибудь в Австралии, в южном полушарии, привлечь. Ну, да ладно, в конце-концов американцы предоставили нам свои антенные средства.

Крым участвует?

    Крым активно участвует, в Евпатории - большая антенна под названием П2500. Это параболическая чашка 70 метров диаметром - целый стадион. Но она у нас не работает как станция слежения. Она ведь изначально была построена как центр дальней космической связи. Она работала всегда с аппаратами классов «Марс», «Венера». Она туда дает команды, оттуда приходит телеметрия. Но это просто потому, что дальность сумасшедшая. Кстати говоря, из-за дальности, и скорость передачи информации, и потенциал у нее очень слабый. Когда у нас в Советском Союзе всё рухнуло, ее, по каким-то там соглашениям, стали использовать только «на подгляд». То есть она могла только принимать. Сейчас эта антенна используется как наземный телескоп с хорошим качеством.

    У нас, неподалеку от Москвы, в Калязине, работает наземный телескоп, он несколько меньше крымского. Это П1500, у него диаметр 64 метра. Система пассивная, никаких команд не выдает, работает только на прием, смотрит на один и тот же объект совместно с космическим телескопом.

Что характерно, ваш аппарат на всех снимках, всегда смотрелся очень эффектно…

    Наверное, да. Вы знаете, когда инженеры смотрят на что-то, то иногда говорят: слушай, а красивая штука получилась…

    Так вот, я считаю, что когда штука красивая, то, скорее всего, она правильная.

Кстати, и Туполев так говорил. Сразу предсказывал: полетит – не полетит.

    Да, он тоже так говорил. Потому что, если штука выглядит коряво, – ей не летать.

Очевидно, есть какие-то законы гармонии, которые должны учитываться и в инженерных решениях.

    Наверняка есть. Я в этом даже не сомневаюсь. Это просматривается даже в математических формулах. Иногда смотришь, как формула выглядит с позиции красоты. Бином Ньютона, например. Он - очарователен, он простой, он прекрасно воспринимается в любом виде – в квадратном, в кубическом. И он понятный. Формула вся симметрична, даже когда вы его в пятую степень возводите. Это и есть – гармония!

Продолжение следует...

В. Жебит, АНИ «ФИАН-информ»