Ученые Южно-Уральского государственного университета в кооперации с ГРЦ им. В.П. Макеева (Миасс), АО «НИИМаш» (Нижняя Салда) занимаются разработкой уникального космического комплекса, аналогов которого в настоящее время не существует. Комплекс включает в себя одноступенчатую ракету-носитель, платформу и космический аппарат, который позволит обезопасить Землю от астероидов. Особенность проекта заключается в том, что ракета-носитель будет «многоразовой», то есть сможет осуществлять большое количество полетов и доставлять на околоземную орбиту до 7 тонн груза. Кроме того, она позволит человечеству не только в перспективе исследовать астероиды, угрожающие Земле, но и выполнять для возможных заказчиков другие космические услуги.
Проект относится к одному из направлений Уральского научно-образовательный центра мирового уровня, который образуется при сотрудничестве организаций Свердловской, Курганской и Челябинской областей. Об уникальном космическом комплексе рассказал директор Политехнического института ЮУрГУ, доктор технических наук, профессор Сергей Ваулин.
‒ Почему ЮУрГУ решил занять ведущую роль в решении вопросов по защите нашей планеты от астероидов? Повлияло ли падение челябинского метеорита на научную работу ученых университета, чтобы начать поиски решения проблемы защиты от космических объектов?
‒ Изначально нами планировалось стратегическое направление, связанное с созданием ракеты-носителя «Корона». Однако университет также интересовала такая тема, как астероидная безопасность, поскольку в 2013 году на Землю упал метеорит «Челябинск». По данным, например, Википедии, падение суперболида обошлось без жертв, но от осколков стекол пострадали более 1600 человек. Многочисленные осколки суперболида упали на большой территории, а ударной волной в Челябинске были выбиты окна и двери. Полоса воздействия ее воздействия составила около 130 километров в длину и 50 километров в ширину. Экономический ущерб от падения метеорита в Челябинской области превысил 1,2 миллиарда рублей. Это событие коснулось и нашего университета. Здания ЮУрГУ серьезно пострадали от взрывной волны после падения метеорита, а общий ущерб, нанесенный вузу, составил более 50 миллионов рублей.
В связи с этим было решено изменить название и объединить проект «Корона», связанный с созданием одноступенчатой возвращаемой ракеты, с проектом по астероидной безопасности. Международный научный совет университета положительно откликнулся на данное решение, поскольку данная проблема актуальна для всего мира.
.jpg)
‒ Понятно, что это проблема не только Челябинска и Уральского региона. Это мировая проблема: какие коллаборации необходимы для защиты Земли от метеоритов? Что еще может быть сделано? Как международное сотрудничество может помочь?
‒ Существуют комитеты по метеоритной опасности, советы международного уровня. Проблема астероидов многогранная и требует особых ресурсов. Например, должны быть сверхмощные телескопы с высоким разрешением. Их в мире всего несколько, а это значит, что для достижения цели мы могли бы объединиться, например, с Австралией и США.
Кроме того, должна быть создана ракета-носитель, готовая к старту в течение суток. На сегодня многоступенчатые ракеты могут осуществить только один полет, а их изготовление требует много времени. Такие ракеты производятся, как правило, для какой-то одной конкретной миссии. В случае обнаружения метеорита необходимы срочные меры, которые обеспечат безопасность Земли. Одноступенчатая ракета-носитель, над созданием которой мы работаем, будет подготовлена к миссии за 24 часа, и ее не нужно изготавливать, так как она является многоразовой. Но перед тем, как ракета отправится в космос, необходим четкий алгоритм действий, регламентирующий то, каким образом не допустить падения метеорита на Землю: будет ли метеорит сбит или доставлен с целью извлечения дорогостоящих материалов, в чем мы все заинтересованы. Для этого необходимы международные соглашения, сотрудничество в этом направлении важно и перспективно.
‒ Можете те ли Вы выделить проекты университета, направленные на защиту от астероидов?
‒ В настоящее время мы разрабатываем космический аппарат для доставки полезной нагрузки на астероид. Он сможет оставить груз на астероиде либо вернуться вместе с ним (это могут быть различные приборы и устройства). Этот проект реализуется в рамках проектного обучения, запущенного в Южно-Уральском государственном университете. Также над ним работает Молодежное конструкторское бюро ЮУрГУ «Астероид». Чтобы обезопасить Землю, необходимо разрушить астероид либо изменить траекторию его движения. Кроме того, может возникнуть задача посадки на него с целью добычи дорогостоящих веществ, входящих в состав астероида. Но для этого важно знать, какие металлы или вещества найдены, и по какой траектории движется астероид.
‒ Что представляют собой многоразовая ракета-носитель «Корона» и универсальная космическая платформа? В чем их главные задачи и конкурентные преимущества?
‒ Высота всей ракеты — 30,5 метров, она приблизительно равна высоте десятиэтажного дома. Мы решили развивать направление, объединяющее космический аппарат, космическую платформу и одноступенчатую ракету-носитель «Корона», стартующую на собственных двигателях и полностью возвращающуюся на этих же двигателях в место старта. Такого в мире еще нет. Сегодня возможно возвращение только одной ступени многоступенчатой ракеты, но вся ракета на собственных двигателях не возвращается, и она, в целом, может совершить только один полет. Принципиальное отличие будущей ракеты-носителя в том, что она полностью многоразовая и состоит всего из одной ступени. Эта инновационная технология позволит полностью отказаться, в том числе, и от парашютного спуска. Российский космический комплекс будет во многом превосходит американский аналог Илона Маска Falcon-9. В отличие от него, у российской многоразовой ракеты не будет отделяемых ступеней, по сути, это единый космический корабль взлета и мягкой посадки. Он будет доставлять на орбиту Земли космические аппараты, работая в автоматическом режиме. По нашим расчетам, ракета-носитель «Корона» будет стоить минимум в три раза дешевле зарубежного аналога.
В ракете есть отсек, в котором находится универсальная космическая платформа, которая может самостоятельно выполнять функцию доставки объектов на астероид, в дальний космос либо околоземное пространство.
‒ Как универсальная космическая платформа связана с ракетой-носителем? Каким образом она будет выполнять свои услуги и какие именно услуги?
‒ Ракета покидает Землю, достигает околоземной орбиты и выводит на нужную орбиту платформу. После этого она возвратится на Землю, чтобы позднее снова совершить полет и, если необходимо, забрать платформу, выполнившую свои задачи. Платформа может отправиться в дальний космос или на астероид и доставить на него космический аппарат. Предполагается, что она приближается на достаточно близкое расстояние к астероиду, примерно, на 100 километров. Далее с нее стартует космический аппарат, который садится на астероид. Выполнив свою работу, он покидает астероид и возвращается на платформу, которая доставит его на околоземную орбиту. Там ее будет ждать следующая ракет-носитель «Корона», она доставит платформу и космический аппарат на Землю.
‒ Как осуществляется возвращение ракеты «Корона» на Землю?
‒ Когда «Корона» выводит в космос платформу, ей необходимо вернуться на Землю. Она переворачивается для торможения, а затем «носком» должна войти в плотные слои атмосферы. Поверхность ракеты нагревается при движении на атмосферном участке, поэтому она поворачивается вокруг своей оси. Торможение выполняется за счет двигателей и аэродинамики воздействия встречного потока воздуха, корректировка траектории снижения осуществляется ракетными двигателями малой тяги. В конечном итоге она осуществляет посадку на то же место, откуда взлетела, используя те же двигатели, что и в своем старте. Для ежедневных стартов достаточно трех таких ракет. При этом еще две «Короны» могут быть запасными на случай, если появятся дополнительные задачи или возникнет необходимость защиты Земли от метеорита.
‒ Привлекаете ли мировых экспертов в вопросах космоса в Челябинск для помощи в решении этих вопросов?
‒ В настоящее время планируется такое сотрудничество в направлении композиционных материалов. Это легкие конструкционные материалы высокой прочности. Нашим главным партнером в этом направлении может быть ОАО «Композит» — ведущее материаловедческое предприятие Госкорпорации «Роскосмос». Обычный подход в ракетной технике — это одноразовость, поэтому для конструкций используются легкие, прочные материалы, а долговечность, в этом случае, не требуется. Для новой ракеты нам нужны прочные, легкие, а также долговечные материалы.
‒ На каком этапе сейчас находится разработка и когда будет представлен опытный образец ракеты-носителя и универсальной космической платформы? В каком году планируется запустить разработки в эксплуатацию и когда будет осуществлен первый пуск?
‒ Мы прошли этап технического предложения, и сейчас уже разработаны 3 варианта космических аппаратов. Если мы с 2020 года начинаем работу, то опытный образец ракеты-носителя должен быть готов в 2028 году. На разработку платформы планируется 5 лет, а на весь комплекс — 8 лет. Согласно плановому графику, летные испытания ракеты-носителя могут быть запланированы на 2026 год, однако первые полеты будут выполнены раньше, но с использованием демонстраторов, т.е. уменьшенных копий. Сначала создаются и испытываются демонстраторы, а потом – полноразмерные ракеты-носители.
‒ Начнет ли вуз дополнительно готовить специалистов для работы с «Короной» или для ее создания?
‒ Сейчас таких специалистов пока нет, поскольку есть определенная специфика, в будущем, если понадобится, мы будем готовить специалистов для работы с «Короной».
‒ Какое влияние реализация данного проекта окажет на развитие российской и мировой науки?
‒ Нужны новые двигатели, новые материалы, новые конструкции из них, системы управления. В связи с этим вовлекается большое количество специалистов разных областей: это математики, физики, технологи, инженеры, материаловеды, а также те, кто занимается измерениями и обработкой больших данных. Ракета-носитель «Корона» должна быть оснащена различными умными датчиками и сенсорами, которые сами себя диагностируют, а также диагностирую ракету. Они проверяют свою точность и характеризуют состояние ракеты, ее двигателей и всех элементов. Это большая задача измерения и обработки больших данных. В целом, это – новая парадигма развития непилотируемой космической отрасли, и данное направление затронет многие сферы научного знания.