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 окончание его большого эксклюзивного интервью для ФИАН-Информ.
Начало интервью см. здесь и здесь
Мы знаем, что Астрокосмический центр ФИАНа ведёт большие работы по проекту орбитального радиотелескопа миллиметрового диапазона, известного как «Проект Миллиметрон» или «Спектр-М». Каково состояние дел в этом проекте?
Проект идет, и мы над ним активно работаем. Проект «Миллиметрон» у нас уже на стадии ОКР, он оговорен в Федеральной космической программе (в этой программе он называется «Спектр-М»), деньги на него выделяются, хотя часто с заметными задержками.
Когда мы делали «РадиоАстрон», у нас был прямой контракт с Роскосмосом на создание бортового комплекса научной аппаратуры. А ныне у Роскосмоса прямой контракт с НПО им. С.А. Лавочкина (как с головной организацией по всему комплексу), у которого кроме научного комплекса (полезной нагрузки) и модуль, и носитель, и обтекатель, и наземные стартовые средства, и средства радиоконтроля орбиты… То есть, они – головники по всему комплексу, и теперь деньги из бюджета наш АКЦ получает через НПО им. С.А. Лавочкина. Таким образом, получается довольно длинная цепочка прохождения финансовых средств и дополнительная задержка работ.
Проект космического радиотелескопа «Миллиметрон». Источник: technosci.net
Часто именно финансирование является самым проблемным фактором. Учитывая масштаб участия НПО им. С.А. Лавочкина в проекте «Миллиметрон», можно ли говорить, что АКЦ ФИАН финансируется по справедливости?
Ну, иначе нельзя, потому что всё распределение финансов (кому, где и сколько) регламентировано договорными документами. Хотя и бывают накладки организационного свойства. Что касается нас, то мы всегда со своими смежниками расплачиваемся мгновенно. В этом плане к нам никаких нареканий не бывает.
Насколько можно догадываться, «Миллиметрон» по сложности решаемых задач существенно превосходит «РадиоАстрон». Есть ли уже сегодня что-то, чем могут похвастать разработчики «Миллиметрона»?
Проект «Миллиметрон» сегодня, как бы вам сказать… Чем-то хвастать, – я бы не стал. Есть, конечно, множество интереснейших вариантов технических решений, требующих тщательнейшего анализа и подробной проработки.
Основные проблемы проекта – точность поверхности и охлаждение высокочувствительных спектрометров и поверхности антенны до температур уровня 4-5 градусов по шкале Кельвина.
Точность поверхности – это краеугольный камень проекта. Цена вопроса – конечный результат проекта. И если у РадиоАстрона речь шла о точности в 300 мкм, то для «Миллиметрона», при том же калибре антенны (а это параболоид диаметром 10 м), нужна точность не хуже 10 мкм. Как говорится, почувствуйте разницу.
С нами сейчас активно работает специалист из Голландии доктор Тайс де Грау. В прошлом он астроном, потом был одним из ведущих менеджеров Европейского космического агентства, затем был директором международной обсерватории ALMA, в Чили. Я его называю «голландский чилиец» или «чилийский голландец» – в зависимости от контекста. Умнейший, кстати, и опытнейший! Пользуется огромным авторитетом в астрономическом мире. По возрасту, правда, – не мальчик (у них так: 65 стукнуло, и будь здоров, на пенсию, отдыхай). Сегодня он является сотрудником ФИАН и очень активно помогает нам привлечь в проект зарубежных партнеров.
Тут уж он над нами поизмывался! Он ведь очень опытный спец, – проходил через спутники «Планк», «Гершель», поэтому все моменты чувствует не только как астроном, но и как инженер. Он говорит нам: ребята, у вас проблемы. Вот вы заказали себе точность 10 мкм, а это по среднеквадратичному отклонению – плоховато. Современных ученых интересует, чтобы у вас поверхность была не хуже, допустим, 3 - 5 мкм…
И это – на десяти метрах диаметра раскладного радиотелескопа! Это как сделать!? Короче, тут нам всем вместе со смежниками придется изрядно попотеть.
Кроме того, мы живем в условиях земной гравитации. Есть тяготение, есть вес. Из-за веса любой элемент конструкции хоть как-то, но деформируется. А дальше - вопрос его жесткости. А как поймать эти микроны?! Их же надо измерить, и не просто измерить. Ведь при задаваемой точности изделия на уровне нескольких микрон его надо измерять с точностью не хуже долей микрона. Известно же, что измерительный инструмент должен обладать точностью как минимум на порядок большей, чем точность измеряемого объекта. Нельзя же микроны измерять метровой линейкой! Это – то, что касается измерений в наземных условиях.
Получается, что из-за этих пяти микрон под угрозой вся затея?
Нет, конечно. Это, разумеется, весьма серьезная проблема, но ее следует корректно исследовать и понять, действительно ли существует реальная и настоятельная необходимость в точностях такого уровня. На то, чтобы доводить поверхности элементов антенны (а их, в общей сложности, 96 штук разных размеров) до таких точностей, потребуется очень много времени. Например, на сверхточную шлифовку оптических зеркал для телескопов зачастую требуются годы. (!) Сейчас мы работаем над этой проблемой, и я уверен, что тем или иным путем она будет разрешена.
Далее, эти точности должны сохраняться в условиях полета, характерных крайне низкими температурами, и подтверждаться расчётами, ориентированными на эти низкие температуры. Сегодня в научно-технической литературе опубликованы данные о свойствах некоторых материалов при различных температурах. Однако, как правило, эти данные приведены для температур диапазона 80–100 К. Поэтому приходится различными способами проводить исследования свойств материалов, применяемых в конструкции телескопа на эксплуатационном уровне температур.
Конструкцию в чертежах, в металле, в углепластике, в чем угодно, мы заказываем в Красноярске. И это – по целому ряду соображений.
«Миллиметрон» – машина очень большая и сложная, еще больше и сложнее, чем РадиоАстрон. Если у РадиоАстрона имеется «чашка» антенны, и этим дело заканчивается, то у «Миллиметрона», помимо «чашки», есть еще и экраны, чтобы защитить её от тепла, идущего от Земли и Солнца. При окончательном раскрытии «Миллиметрона» диаметр самого большого его экрана 20 метров! (Следует учесть, что, несмотря на то, что с «Миллиметроном» мы уходим от Земли дальше, чем на полтора миллиона километров, Земля все равно добавляет тепловой фон).
Разумеется, чтобы собирать машину таких размеров как «Миллиметрон», необходимо иметь соответствующие помещения, в которых производят отработку крупноразмерных элементов конструкции и сборку всей системы в целом, и в которых, помимо собственно машины, должно размещаться различное технологическое оборудование.
Важно также учитывать, что в сложенном состоянии высота всей машины достигает 20 метров, плюс под ней еще располагается целый ряд структурных элементов.
У красноярцев и здание, и мостовые краны позволяют производить монтажные работы при таких габаритах. Кроме того, красноярцы уже много лет работают с раскладными антенными системами. Правда, системы эти не такие, как у нас. Они не твердотельные, а с использованием сетчатых конструкций. И чтобы эти конструкции раскрыть, нужны специальные так называемые системы обезвешивания. Причём, твердотельные конструкции нельзя раскрывать и закрывать просто так. Это должен обеспечивать соответствующий привод, который в наземных условиях, без весовой разгрузки, должен обладать колоссальной мощностью.
После нашей поездки в Красноярск стало ясно, что эта организация не только имеет огромные помещения с оборудованием, обеспечивающим довольно высокий класс их чистоты, но и обладает высококвалифицированными специалистами как в части создания космических аппаратов, так и в части создания различного технологического оборудования.
Красноярцы показали нам свои системы обезвешивания. На потолке у них установлена специальная структура, которая обеспечивает движение и разгрузку подвижного элемента. Система не только сопровождает раскрываемый элемент по высоте и обезвешивает, она еще и компенсирует погрешности при его движении.
Я думаю, что в части создания таких систем (компенсации весового воздействия) красноярцы на очень высоком уровне. Именно это обстоятельство и заставило нас двигаться к ним, хотя, если посмотреть с позиции оборудования для миллиметрового диапазона радиоволн, у них таких задач ранее не было. Важно, что по конструктиву они очень опытные, и, что немаловажно, у них имеются технические возможности. А это – высокогабаритные здания и сооружения, где можно даже на потолке монтировать что угодно.
Есть еще одно обстоятельство, которое нас также в значительной степени обнадёживает – один из корпусов стоит прямо на скале. А это крайне важно. Ведь, представьте, мы пытаемся проконтролировать поверхность с точностью до микрона, а рядом автомобиль проехал и всё, никакого микрона нам не видать. А если здание стоит на скальной породе, то ему подобные возмутители спокойствия не страшны, разве что по соседству кто-нибудь начнёт забивать сваи…
Такое здание, пожалуй, можно сравнить с огромным прецизионным станком на гранитном постаменте…
Да, только это не прецизионный станок, а сборочный цех для проведения прецизионных работ. Вы не представляете, какие факторы могут неожиданно проявляться. К примеру, мы когда-то замеряли поверхности у «РадиоАстрона» и оказалось, что учли не всё. Как выяснилось, для подобных измерений, изделие надо устанавливать обязательно в помещении без окон, т.к. при попадании солнечного света от пола начинают идти… Вы наверняка видели, как от горячего асфальта поднимается марево? Да, так вот, в нашем случае, от пола пошло такое же марево. А бестолковый робот – лазерный дальномер – тут же зажмурился и сказал: у меня все дрожит в глазах, и работать я больше не буду. И отказал…
Я в свое время здорово намучился с этой сейсмикой. Когда Николай Семенович Кардашёв хотел создать в Троицке, на ФИАНовской территории, цех, где можно было бы проводить наши измерения, я тамошних сотрудников спросил: как здесь с сейсмообстановкой? Выяснилось, что жизнь их к подобного рода проблемам не подготовила, поскольку просто раньше таких задач не возникало.
Но там же лазерщики, они эти задачи решают с лёгкостью. У них там установлены такие массивные оптические столы…
Лазерщик - он хитрый. Он ставит оптический стол, и все элементы выстраивает на одном столе. И если они и будут гулять, то все вместе. А если я поставлю свою систему на обычный фундамент, и у меня опора задрожит, то отклик пойдет по всем элементам, дрожать будет всё! И что я там намеряю?! Кстати, есть под Питером такое место – Сосновый Бор. Там идут отработки оптических систем. Возможно, они работают даже не с микронными точностями, а с долями микрон… Так они все сидят на скалах и, если не ошибаюсь, ближайшая железная дорога у них – в 35 километрах. Они специально ушли от цивилизации, потому что сейсмика в их условиях слишком критична.
Вы в самом начале упоминали, в качестве наиболее важной, проблему глубокого охлаждения приемных устройств и самой антенны телескопа. Как эта проблема выглядит на сегодняшний день?
Нужны криомашины, чтобы захолаживать значительную часть бортового оборудования. Нужно охладить, прямо скажем, немаленькую поверхность. И, хотя остывать она будет и сама, но сама она не остынет до того уровня, который нужен. Она остынет, примерно, до температур 30-400 К. Это плохо, так как будет работать фактор теплового фона самого телескопа. А, значит, мы уже не увидим фон реликтовых излучений, - в шумах всё потонет. Поэтому охлаждать надо до температуры 4 - 50 К. А попробуйте-ка такую антенну захолодить до 40 К! Тут уже пассивными экранами не обойдёшься. Нужны активные устройства рефрижераторного типа. А кто их умеет хорошо делать? Конечно корпорация «Сумитомо», которая в Японии и живет и работает….
Что-нибудь уже определилось в этом направлении? Ведь это – одна из наиболее больших статей расходов, если не ошибаюсь.
Специалисты нашего Астрокосмического центра уже ездили в Японию и вели переговоры с руководством корпорации, в ходе которых обсуждались технические характеристики криомашин, которые производит «Сумитомо». В результате, руководство корпорации проявило большую заинтересованность в участии в проекте «Миллиметрон». Следующий шаг - организация переговоров на уровне космических агентств России и Японии.
Кто готовит основную техдокументацию, АКЦ ФИАН, «Лавочкин» или Красноярск?
Как я уже сказал, основную конструкцию «Миллиметрона» мы будем делать в Красноярске. Мы поручаем красноярцам разработку документации, изготовление всех элементов конструкции и сборку всего комплекса бортовой научной аппаратуры, а готовое изделие и ответственность – за нами и, как говорится, - по всей строгости закона. При этом, все основные предварительные расчеты и анализ вариантов конструкций элементов телескопа уже выполнены сотрудниками АКЦ.
Вот, собственно, в таких условиях приходится существовать и работать, чтобы летать выше и дальше всех и обеспечивать мировую науку достойными инструментами для изучения Вселенной.
В. Жебит, АНИ «ФИАН-информ»
