Русский космос Взгляд в глубины вселенной

LT: Расскажите об основных направлениях научной деятельности вашего Института.

ПЁТР ЗАВЬЯЛОВ: В отличие от большинства институтов Академгородка, сосредоточенных прежде всего на фундаментальных исследованиях, КТИ НП СО РАН в основном занимается прикладными исследованиями. Все наши работы связаны с конкретными заказами из разных сфер: от атомной промышленности до космического производства. Мы работаем над лазерными технологиями и прецизионными системами высокого разрешения, интеллектуальными проблемно-ориентированными системами неразрушающего контроля, системами технического зрения, оптикой трёхмерных объектов, измерительными технологиями и внедрением различных автоматизированных систем управления. В институте трудятся примерно 150 человек: научные сотрудники, конструкторы, инженеры, программисты. У нас есть не только лаборатории, в которых рождаются идеи, но и опытное производство — целая структура, позволяющая воплотить все замыслы на практике. За всё время существования института его сотрудниками реализовано более 40 уникальных проектов, а бо́льшая часть разработок находится в промышленной эксплуатации. Наш Институт активно сотрудничает с Институтом автоматики и электрометрии СО РАН — многие их научные разработки мы претворяем в жизнь.

Например, какие?

Талантливейший инженер Аристарх Ковалёв ещё в 80‑х годах прошлого века разрабатывал в Институте автоматики проект визуализации для тренажёров корабельного базирования «Аскай». По сути, он положил начало развитию 3D-графики, создал первую систему виртуальной реальности. В нашем Институте мы реализовали непосредственно железную часть, то есть собрали сам тренажёр «Аскай», который был установлен в Центре подготовки космонавтов имени Ю. Гагарина и на котором впоследствии обучались пилоты космических кораблей. Позже Аристарх Ковалёв перешёл работать в наш институт. Мы продолжали делать системы дополненной реальности, имитирующие визуальную обстановку. Изображение на наших тренажёрах настолько реально и настолько адекватно естественному зрительному восприятию человека, что у некоторых людей во время их использования даже возникает боязнь высоты.

Много ли ещё проектов вы реализовали для космической отрасли?

С начала 2000‑х годов мы успешно сотрудничаем с АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва» в Железногорске. Эта компания производит большинство российских спутников. Для них мы разработали множество проектов, в частности сделали автоматизированную систему управления тепловакуумными испытаниями космических аппаратов ГВУ‑600 в специальной камере. В неё помещаются испытуемые объекты, в том числе спутники, и внутри имитируется условия космического пространства. Система позволяет проводить термобалансные или термостатические испытания спутников, анализировать нештатные ситуации, контролировать изделия более чем в 750 различных точках в диапазоне от –150℃ до +150. Только после прохождения всех тестов в этой камере космические аппараты запускаются в космос.
Кроме того, для испытания космических конструкций в земных условиях помимо вакуума и температурного диапазона необходимо имитировать невесомость, чтобы удостовериться в адекватной работе оборудования без влияния силы тяжести. Для этого мы создали автоматизированные системы обезвешивания крупногабаритных элементов космических аппаратов «Кемчуг» и АСО МИ. Известно, что у каждой детали есть центр массы и, чтобы конструкция не чувствовала силу тяжести, её нужно подпереть или подвесить за центры тяжести. Наша система обезвешивания АСО МИ имеет набор из 24 стоек, которые не только подпирают, но и отслеживают все движения аппарата, перестраиваясь, если изделие смещается. Обе системы находятся в промышленной эксплуатации в «ИСС» имени академика М. Ф. Решетнёва.
Также для космической отрасли наш Институт разработал многофункциональный лазерный комплекс для обработки крупногабаритных изделий с произвольной формой LSP‑2000 В частности, с его помощью можно производить антенные чаши для космических спутников, которые должны иметь уникальные характеристики поверхности. Всего было создано две такие установки, одна из которых была отправлена в Китай, а другая осталась в России.

Расскажите о глобальном проекте «Миллиметрон», в котором участвует КТИ НП СО РАН.

Это смелый проект Роскосмоса по созданию научного спутника «Спектр-М», который будет изучать Вселенную в субмиллиметровом диапазоне длин волн. 18 июля 2011 года уже был запущен «Спектр-Р», который изучал космос в радиодиапазоне, его деятельность принесла много значимых научных результатов. Но в мае прошлого года он прекратил выходить на связь. В 2019 году был запущен следующий спутник — «Спектр-РГ». Это совместный проект России и Германии. Этот аппарат имеет два телескопа, работающих в рентгеновском диапазоне. Сейчас он активно сканирует Вселенную, обнаруживает новые квазары. Надо отметить, что всего за неделю работы «Спектр-РГ» открыл больше, чем любые подобные спутники. «Спектр-М» планируют запустить примерно к 2030 году. На «Миллиметрон» возлагают большие надежды, ведь субмиллиметровый диапазон волн пока ещё плохо изучен, так как атмосфера Земли его пропускает плохо. Предполагается, что «Миллиметрон» («Спектр-М») будет представлять собой гигантскую обсерваторию, которая в режиме связи с Землёй начнёт исследовать структуру ядер галактик, чёрных дыр, пульсаров, изучать реликтовое излучение, тёмную материю, искать самые ранние следы формирования Вселенной, белые дыры и кротовые норы, вести поиск внеземной жизни и экзопланет. Аналогов миссии «Спектр-М»» не планируется ни в одной стране мира в ближайшие пятнадцать лет. Научную часть проекта «Миллиметрон» делает Астрокосмический центр ФИАН, сам спутник производит «ИСС» имени академика М. Ф. Решетнёва, а наш Институт активно помогает. Сложность спутника «Спектр-М» — его огромный телескоп, оборудованный главным десятиметровым зеркалом. Чтобы такая конструкция поместилась в ракету, её необходимо сложить, но при выходе в космос она должна раскрыться с высочайшей точностью. Ведь любые нарушения скажутся на качестве передаваемого изображения. Конструкция будет состоять из лепестков, эффектно разворачивающихся в космосе подобно зонтику. Нашему Институту заказали создание системы, которая будет отвечать за контроль формы телескопа — её измерение после раскрытия, настройку и корректировку. Можно сказать, что мы занимаемся настройкой сердца «Миллиметрона». Переговоры о ведении этого проекта мы начали ещё в 2012 году, а к работе приступили только в 2019-м.

Субмиллиметровая астрономия — передовая область космических наук. В субмиллиметровом диапазоне электромагнитного спектра человеку открываются невиданные прежде звёздные глубины

Сейчас мы собрали первый опытный образец. Он будет испытываться только в земных условиях, где мы будем доказывать, что получаем необходимую точность измерения и требуемое качество изображения. Этот прибор имеет лазерный 3D-сканер, который определяет параметры телескопа с высокой точностью и производит первоначальную настройку. После этого телескоп начинает передавать информацию на спутник. Система анализирует сформированное изображение и проводит дальнейшую корректировку, чтобы достичь идеального качества. К первому опытному образцу мы создаём необходимые стенды, имитирующие телескопическую систему «Миллиметрона» и эталонные световые поля, по которым будет настраиваться зеркальная система и отрабатываться программное обеспечение. Опытный образец номер два уже будет изготавливаться по всем требованиями космической техники и проходить испытания на радиационную, температурную устойчивость, вакуум. После чего будет сделан третий образец. В космос не запускается ничего сырого, всё должно быть испытано и обкатано много раз. Для этого нами уже создано множество испытательных систем, и я уверен, что благодаря нашей совместной работе в проекте «Миллиметрон» многие тайны космоса будут раскрыты уже в следующем десятилетии.

КТИ НП СО РАН успешно работает как на российском, так и на международном рынке. В настоящий момент у насесть несколько действующих контрактов с аэрокосмической корпорацией Китая. Так, по её заказу, мы сделали телескопический МАНИПУЛЯТОР — систему, не имеющую мировых аналогов. Она нужна для раскрытия элементов крупногабаритного трансформируемого рефлектора для работы на космических аппаратах в условиях геостационарной орбиты. Проще говоря, в космос все аппараты необходимо отправлять в сложенном, компактном виде, иначе они не войдут в ракету. Это тонкая, но прочная ажурная конструкция со скрытым механизмом телескопического выдвижения, который позволяет космическим аппаратам правильно раскрываться на орбите Земли.
Наш механизм телескопического выдвижения позволяет раскрывать двух-, трёх- и четырёхзвенные спицы без ограничения длины звеньев, да ещё и с возможностью их реверсивного движения, — это красивое и величественное зрелище, позволяющее в деталях оценить мастерство производственной команды института. В 2016 году КТИ НП СО РАН совместно с АО «ИСС» имени академика М. Ф. Решетнёва изготовлено восемь СПИЦ в составе крупногабаритного трансформируемого рефлектора диаметром 48 метров, в котором использовался механизм, частично аналогичный тому, что был разработан для Китайского космического агентства.
Конечно, хотелось бы выполнять, как можно больше таких проектов для нужд отечественной космической промышленности, но что делать: по своей экономической мощи Китай и Америка нас пока обходят. Тем не менее в данных условиях мы делаем для нашей страны всё, что можем, и зарубежные контракты только пополняют багаж наших компетенций и технических решений. Всё это, безусловно, будет в дальнейшем применено в реализации российских проектов.
Пожалуй, наши главные конкурентные преимущества — это люди, молодые ученые, конструкторы, инженеры, с живым, пытливым умом и азартным блеском в глазах.