«Человеко-машинный гибрид»: генеральные конструкторы — о будущем РОС
Наклонение орбиты Российской орбитальной станции (РОС) составит около 97 градусов. Это решение воспринято неоднозначно в научно-техническом сообществе. Оппонентами, в частности, выдвигался аргумент, что на таких орбитах летает порядка 47% спутников. Не станут ли пилотируемая РОС и космические автоматы мешать друг другу? Напротив, считает Владимир Соловьев, генеральный конструктор пилотируемых космических систем и комплексов Роскосмоса. По его мнению, необходимо организовать тесное взаимодействие РОС с беспилотными аппаратами. Идею поддержал Виктор Хартов, генеральный конструктор автоматических космических систем и комплексов госкорпорации. На недавних «Королёвских научных чтениях» они выступили с общим докладом «Пилотируемый и автоматический космос: конкуренция или взаимодополняющее развитие».
"Грузить пилотируемую станцию рутинными операциями не совсем по-хозяйски"
Виктор Хартов в начале своего выступления отметил, что в последнее время заказчики предъявляют требование круглосуточного всепогодного контроля с орбиты практически всего на поверхности Земли, а также в ближнем космосе. Причем контроль нужен во всем диапазоне электромагнитного излучения.
Он подчеркнул, что перед автоматическими системами стоит задача в ближайшие годы обеспечить контроль любого района Земли каждые 15 минут. Каждые сутки необходимо обновлять цифровую картину всего мира. При этом возникает проблема, как из сотен терабайт данных, «сыплющихся с неба», быстро выделять именно то, что нужно потребителю.
По словам генерального конструктора, поставленные задачи могут быть решены созданием больших интеллектуальных систем и орбитальной группировкой из тысяч космических аппаратов, которые находятся в десятках разных плоскостей.
На вопрос, может ли пилотируемая станция внести заметный вклад в работу огромного флота спутников, Виктор Владимирович ответил: «Даже при комплектовании станции самыми мощными, полезными нагрузками, ее вклад в общий поток информации будет на уровне единиц процентов. Эти мои выкладки означают только то, что грузить пилотируемую станцию рутинными операциями не совсем по-хозяйски».
РОС - испытательный полигон для аппаратуры спутников
По мнению Виктора Хартова, станция должна стать лабораторией по отработке в космосе новых технологий и технических решений для автоматического космоса. Например, испытаний и отладки космических радиолокаторов, которые затем будут тиражироваться и устанавливаться на десятках, сотнях автоматических аппаратов. По словам генконструктора, это направление очень актуально, ведь в северных районах нашей страны до 85% времени поверхность недоступна для космической съемки оптикой из-за полярных ночей и плотной облачности. Нужны радиолокаторы.
«В радиолокационных изображениях кроется масса данных о поверхности, о ее электрофизических свойствах, - рассказал Виктор Хартов. - Разные полосы частот, разные поляризации, фазовые сдвиги, интерференция и прочее-прочее -- широчайшее поле для исследования методов и технических средств, которые оптимально проводить на пилотируемой станции».
Вывод генконструктора: РОС «даст дополнительные, совершенно уникальные возможности по исследованию методов и испытанию средств решения задач наблюдения Земли автоматическими космическими аппаратами. Но это возможно только при условии выделения достаточной электрической мощности на станции, достаточных ресурсов по доставке и возвращению испытываемой аппаратуры и, самое главное, при возможности работы непосредственно на борту станции специалистов по полезным нагрузкам, которые полжизни совершенствовались в своем мастерстве. Таких специалистов надо готовить 2-3 месяца и отправлять испытывать свои приборы на орбиту».
РОС - информационный хаб, скорость сброса данных - до 10 Гбит/с
Владимир Соловьев согласился, что непосредственно с РОС полярные районы наблюдать удастся не так часто, как с помощью автоматических аппаратов. Но при облачности и полярной ночью дорогая и высокоточная оптическая аппаратура, установленная на спутниках дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), тоже становится малоэффективной. Кроме того, на околополярных орбитах, где практически нет защиты от галактического и солнечного излучения, автоматические аппараты чаще отказывают.
Дважды летавший в космос генеральный конструктор по пилотируемым программам (он также является генконструктором РКК "Энергия") считает, что на РОС, которая будет обладать существенно большими энергетическими возможностями и наличием на борту целого комплекса различной аппаратуры, можно проводить очень серьезные фундаментальные и научно-прикладные исследования в интересах дистанционного зондирования Земли, решения задач в области физики Солнца, нейтрализации воздействия солнечного и галактического излучения и, конечно, прикладных задач, связанных с безопасностью нашей страны.
Владимир Соловьев отметил, что даже на первом Научно-энергетическом модуле станции можно будет разместить много серьезной аппаратуры, такой как инфракрасный радиометр высокого разрешения, малогабаритный радиолокатор с синтезированной апертурой, СВЧ-скаттерометр – прибор для измерения направления движения и высоты волн, а так же скорости приповерхностного ветра, Спектрометр высокого разрешения для выявления концентрации парниковых газов и прочее. После отработки на РОС эти приборы будут установлены на серийных спутниках, что существенно повысит их надежность и эффективность.
Владимир Соловьев отметил, что на РОС будет размещена мощнейшая аппаратура связи для передачи информации на Землю, обеспеченная большой энергетикой станции, что практически невозможно на автоматических аппаратах.
«Скорость передачи информации, которую мы уже сейчас планируем осуществлять с первого и последующих модулей станции - гигабиты в секунду… Сейчас, с МКС, мы имеем возможность передавать информация со скоростью до 100 Мбит/с, а с РОС на первом этапе сможем передавать до 1 Гбит/с, а на втором этапе до 10 Гбит/с, - уточнил Владимир Алексеевич, - Так что, пилотируемая космонавтика позволяет очень эффективно и комплексно решать вышеуказанные задачи».
Сокращение расходов на наземные испытания
Продолжая рассмотрение вопросов взаимодействия пилотируемого и автоматического космоса, Виктор Хартов обратил внимание, что создание больших космических систем из большого количества аппаратов возможны только при условии быстрого массового производства легких и дешевых спутников с постоянно улучшающимися характеристиками. При этом он напомнил, что автоматические космические аппараты должны годами летать в условиях вакуума, воздействия галактического и солнечного излучения, плазмы, радиации поясов Ван Аллена, микро метеорных потоков, резких перепадов температуры на солнце и в тени, атомарного кислорода Вплоть до высоты 700 км) и многого другого. Сейчас каждый космический аппарат, прежде чем попадет на орбиту проходит длительные наземные испытания на сложнейших стендах и устройствах. На это уходит огромное количество времени и средств. Но сымитировать все факторы космического полета в земных условиях все равно невозможно.
Виктор Хартов делает вывод: «… орбитальная станция дает замечательную возможность «облетать», испытать будущее бортовое оборудование спутников в реальных условиях. То есть, станцию можно использовать в качестве испытательного стенда с унифицированными посадочными узлами, интерфейсами, с мощной IT-поддержкой и с участием присутмтвующего на борту не только искусственного, но и естественного человеческого интеллекта».
Управление роем малых спутников
Виктор Владимирович отметил, что испытывать на МКС необходимо не только аппаратуру для космических аппарата, но и отрабатывать целые космические системы, или рои космических аппаратов. Рой принципиально отличается от обычной группировки аппаратов возможностью действовать синхронно и автономно в составе группы. В рое должны быть решены задачи кооперации, координации, распределения ролей, ресурсов, адаптации, обучения интеллектов космических аппаратов. С его точки зрения, именно РОС даст уникальную возможность постоянного контакта специалистов [космонавтов-исследователей] с роем летающих вблизи космических аппаратов. То есть, специалист на борту МКС станет частью информационного пространства роя, что может существенно упростить отработку всех задач, которые стоят перед роем спутников.
Виктор Хартов подытожил: «Орбитальная станция позволяет эффективно отрабатывать как бортовое оборудование автоматических космических аппаратов, так и работу различных спутниковых сетей».
По его мнению, это возможно только если отлажен механизм быстрой, не более года, подготовки эксперимента. Должно быть минимизировано количество специального вспомогательного оборудования, которое надо везти на РОС. Но самое главное, чтобы общая стоимость всего комплекса работ на РОС была значительно меньше стоимости запуска отдельных космических аппаратов для отработки внедряемой технологии взаимодействия аппаратов в облаке.
Специализированные автоматические платформы и внешние рабочие места
Владимир Соловьев выразил полное согласие с таким взаимодействием РОС и автоматических аппаратов, сообщил, что на РОС будет разработана некая внешняя платформа, оснащаемая при необходимости самыми разнообразными интерфейсами для обеспечения любой лётной экспериментальной отработки спутников или их аппаратуры любой продолжительности. Будет обеспечена возможность оперативного изменения программы испытаний и возможность возврата испытанной аппаратуры на землю. Вообще на внешней поверхности РОС будет 38 рабочих мест (в два раза больше, чем сейчас на МКС) обеспеченных электрической мощностью до 54 КВт. для размещения испытуемой и целевой аппаратуры. Для сравнения, на загородный жилой дом сейчас выделяют 15 КВт). Часть рабочих мест будет на поворотных платформах, которые позволят размещать и нацеливать с очень хорошей точностью полезную нагрузку любой массы.
По мнению Владимира Соловьева: «РОС будет хорошей платформой для целевой аппаратуры, которая позволит предварительно проверить в реальных условиях эту аппаратуру, отъюстировать ее определенным образом, ну и в дальнейшем тиражировать и устанавливать на автоматические космические аппараты. Такая аппаратура будет работать более надежно».
Человекомашинный орбитальный комплекс
Затем Виктор Хартов остановился на совместных работах пилотируемой и автоматической космонавтики по сборке и обслуживанию космических систем. Он отметил, что совокупность совместной работы пилотируемых и автоматических средств необходимо предусматривать еще на этапе проектирования, добиваясь взаимно дополняющих возможностей. В плоскости орбиты РОС автоматические платформы могут летать с различными полезными нагрузками. Они будут по необходимости стыковаться с РОС для замены, перезарядки или ремонта космонавтами полезной нагрузки, а, так же, заправки топливом. На платформах, после отстыковки от РОС, можно решать задачи, требующие отсутствия статического электричества и микроускорений… и прочее, и прочее. В плоскости РОС с помощью людей можно собирать конструкции громадных антенн и солнечных электростанций.
По мнению Виктора Хартова: «… появляется шанс в рамках плоскости РОС создать новую космическую сущность -- человекомашинный гибридный орбитальный комплекс с широчайшими новыми возможностями при условии, что он сразу будет проектироваться как единая система для достижения максимального эффекта за счет оптимального сочетания плюсов пилотируемого и автоматического космоса».
Кооперация человека и автоматов многократно эффективнее
Развивая тему взаимодействия пилотируемого и автоматического космоса Владимир Соловьев обратил внимание, что объединение возможностей РОС и автоматических спутниковых группировок даст очень много интересной информации. Он отметил, что станция, находясь в облаке автоматических космических аппаратов, при условии, что она работает с ними совместно, позволит делать многие вещи, не подвластные отдельным автоматическим аппаратом. «Например, можно определять толщину льда, что очень важно для Северно-морского пути. Можно заглядывать определенным образом под землю на недоступную автоматам глубину и оценивать работоспособность тех или иных газовых и нефтяных трубопроводов. Можно получать разного рода многоракурсную, стерео-информацию и геоинформационные продукты. Для синтеза сверхбольших апертур радиолокационных систем понадобятся хорошие мощности и РОС такую энергетику может дать. А для управления такой системой, обработки и передачи информации на землю будут использованы геостационарные спутники-ретрансляторы» - поведал В.Соловьев.
Автономные платформы, межорбитальные буксиры и спутники-инспекторы
Владимир Алексеевич рассказал, что в РКК «Энергия» сейчас рассматриваются различные перспективные технологии межспутникового взаимодействия, разрабатывается универсальная платформа, которую можно будет адаптировать под медицинские, биологические или астрономические эксперименты и наблюдения. Разрабатывается еще два вида спутников-инспекторов. Один для контроля за внешней поверхностью РОС на предмет повреждений метеороидами и второй для контроля за окружающим РОС пространством, с возможностями обнаружения и перехвата приближающихся опасных объектов. Он так же отметил, что очень важны буксиры, которые могли бы транспортировать космические аппараты к РОС для ремонта, юстировки, дозаправки, а потом возвращать их рабочую орбиту.
Кроме того, Владимир Соловьев обратил внимание, что остается очень актуальным взаимодействие РОС с малыми аппаратами дистанционного зондирование Земли с различной (оптической, инфракрасной, ультрафиолетовой и другой) аппаратурой. Предполагается, что информация с них будет хранится на Базовой станции в составе РОС и по необходимости отправляться на Землю. Разрабатываются и принципы взаимодействия РОС с перспективными спутниковыми группировками.
В заключение Владимир Алексеевич Соловьев подытожил: «На мой взгляд очень важно, когда пилотируемые станции привносит своё, автоматические аппараты своё… И такое объединение возможностей суммарно даёт существенно больше, нежели пилотируемый и автоматический космос в отдельности, и может принести много нового полезного для нашей страны. Вот это имеет, на мой взгляд, очень важное значение».
Таким образом, на основе РОС будет сформирована единая функциональная синергия пилотируемых и космических аппаратов, которая очень важна для дальнейшего успешного освоения космического пространства.
