РЕПОРТАЖ: Двигатели для межпланетных полетов и защита от метеоров: белорусские ученые реализуют космические проекты

Источник материала: БелТА

Белорусские специалисты активно участвуют в исследованиях по космической тематике, разрабатывают оборудование, материалы и технологии для космических аппаратов. В своей работе они активно сотрудничают с зарубежными коллегами, в первую очередь с российскими учеными. Пять союзных программ в области космоса уже завершены, в настоящее время реализуются две - "Мониторинг-СГ" и "Технология-СГ". В этих проектах участвует целый ряд белорусских организаций, каждая - по своему профилю. Институт тепло- и массообмена им. А.В Лыкова НАН Беларуси уже много лет занимается исследованиями космической направленности и сейчас является ответственным исполнителем союзной программы "Технология-СГ". Именно в этот институт и отправились журналисты БЕЛТА, чтобы познакомиться с перспективными космическими проектами белорусских разработчиков.

Программа "Технология-СГ" направлена на разработку новых материалов и технических решений для малых спутников дистанционного зондирования Земли. "Если удастся снизить габариты и массу космических аппаратов и при этом сохранить их функциональные возможности, это будет большим достижением. Во-первых, вывод на орбиту аппаратов с небольшой массой (от 10 до 200 кг) гораздо дешевле. Во-вторых, микро- и наноспутники имеют узкое целевое назначение, а значит, свою конкретную задачу могут решить лучше, чем универсальная система. Если уменьшить размеры космического аппарата и сохранить его возможности, тогда можно вывести на орбиту не один спутник, а целую серию малых, и каждый из них отлично выполнит свою функцию. Этой проблемой мы тоже занимаемся", - рассказал заместитель директора Института тепло- и массообмена им. А.В Лыкова НАН Валентин Асташинский.

Для союзной программы "Технология-СГ" белорусские специалисты разрабатывают микроплазменные двигатели с управляемым вектором тяги. Нам пояснили, что сейчас для управления положением космического аппарата на орбите нужно как минимум три двигателя. А если создать двигатель, в котором можно менять угол истечения плазменной струи, то и его одного будет достаточно - соответственно, масса космического аппарата значительно снизится.

Основа для разработки плазменных двигателей - многолетние исследования института по созданию квазистационарных сильноточных плазменных ускорителей нового поколения. В таких плазмодинамических системах плазма не только ускоряется, но и фокусируется на ось. В результате параметры плазмы в плазменном потоке увеличиваются в несколько сотен раз. В таких ускорителях уже получены рекордные параметры: скорость плазмы - до 200 км/с, температура заряженных частиц плазмы - больше 200 тыс. градусов, а концентрация заряженных частиц в 1 куб.см - 1018.

Скорость плазменного потока на малых ускорителях (прототипах плазменных двигателей) составляет от 20 до 50 км/с. На среднем ускорителе - 50-100 км/с, большом - до 200 км/с. Именно скорость истечения плазмы и определяет характеристики плазменных двигателей.

Белорусские ученые ставят перед собой и более амбициозные задачи. Например, создание маршевых плазменных двигателей для межпланетных перелетов. "Конечно, это задача не на ближайшую перспективу. Но у нас есть наработки и научный задел. Мы не можем создавать такие сложные экспериментальные установки за бюджетные средства, поэтому наш институт ищет и выполняет международные контракты, которые позволяют нам развивать свою научно-техническую базу, а затем разрабатывать новейшие технологии. С нами заключают контракты компании из разных стран Европы, Ближнего Востока, Китая", - пояснил Валентин Асташинский.

Проведение испытаний теплозащитных материалов для космических аппаратов - также одно из важнейших направлений исследований института. Космический корабль возвращается на Землю с огромной скоростью, и когда он входит в атмосферу, его обшивка нагревается до огромной температуры и может просто сгореть, если не принять специальные меры.

Белорусские ученые создали уникальные экспериментальные стенды, которые позволяют проводить испытания новых теплозащитных материалов. Эти установки моделируют процессы вхождения космических аппаратов в атмосферу Земли. Причем рассматриваются несколько стадий: в верхних слоях атмосферы, где относительно разреженный воздух, и ближе к Земле. Для этого созданы разные установки. Наиболее интересная из них, не имеющая аналогов в мире, - холловский плазменный ускоритель, который может работать в непрерывном режиме.

Нам продемонстрировали установку, на которой проводятся исследования по моделированию условий вхождения космических аппаратов в атмосферу Марса. "Для Красной планеты характерно большое количество пыли. При посадке космического корабля на поверхность Марса на аппарат будут воздействовать плазменные потоки, смешанные с частицами пыли. На данной установке как раз отрабатывается такое воздействие. Если мы всерьез говорим о полетах на Марс, нужно предусмотреть все", - рассказали в институте.

Теплозащитные материалы для новых российских космических аппаратов, в том числе для совместных проектов России и Европейского космического агентства, в последние годы проходили испытания именно в Институте тепло- и массообмена НАН.

Еще одна задача, которая стоит перед наукой, - создание экранной противометеорной защиты. Когда космический аппарат длительное время находится на орбите, очень важно, чтобы микрочастички, которые в большом количестве находятся в космосе, не повредили его обшивку. Для этого создается так называемая экранная защита, которая защищает особо важные и уязвимые элементы.

Нам продемонстрировали баллистическую установку, на которой моделируется процесс столкновения метеорита с обшивкой космического корабля. "Задача нашего материала для экранной противометеорной защиты не столько выдержать столкновение, сколько принять на себя удар и заставить метеорит рассыпаться на мелкие осколки, кинетическая энергия которых будет слишком мала и не пробьет обшивку корабля", - пояснил Валентин Асташинский.

Еще одно актуальное направление работы института - магнитореологическое полирование. Это принципиально новый подход к финишной обработке оптических изделий. Именно в Институте тепло- и массообмена НАН были разработаны научные основы этого метода, а затем и освоены технологические процессы.

Данная технология позволяет получать поверхность с шероховатостью в доли нанометра. Поверхности такого класса необходимы для создания уникальных и качественных приборов для использования в космосе - телескопов, камер, зеркал. Эти приборы требуют высокой точности для получения картинки очень высокого качества.

Создано оборудование, которое позволяет полировать оптические изделия самых разных размеров - от 5 мм до 2,5 м. Одни станки работают с маленькими деталями, другие - с крупными оптическими изделиями. Сейчас даже разрабатываются проекты специальных модулей, которые позволят обрабатывать зеркала диаметром до 6 м. Можно полировать не только оптические, но и полупроводниковые материалы и твердые немагнитные сплавы. А магнитная жидкость, с помощью которой происходит обработка деталей, готовится на специальном станке.

Оптические системы, обработанные особым образом, были необходимы и для реализации российского проекта по созданию установки для лазерного термоядерного синтеза. "Такие установки позволяют получать новое научное знание о природе, Вселенной, процессах, которые происходят в звездах и галактиках, а потому требуют уникального оборудования. Для этого проекта мы поставляли в Россию специальные установки для полирования оптических элементов большого размера", - рассказали специалисты.

Сейчас в институте создается участок для собственного оптического производства, который обеспечит выпуск конечной продукции - от изготовления заготовок до финального этапа особо точного магнитореологического полирования изделий. Этот мини-завод планируется запустить к концу 2018 года.

Ученые не планируют останавливаться на достигнутом. В глубинах космоса много неизведанного, и люди стремятся к новым открытиям, мечтают о пилотируемых полетах на Марс и другие планеты. Чтобы это стало возможным, нужны прорывные исследования и уникальные разработки.

Валерия ГАВРИЛОВА,

фото Андрея ПОКУМЕЙКО,

БЕЛТА.-0-