В 2020 году Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики (ЦНИИ РТК) поставит опытные образцы фотонной измерительной системы для возвращаемого аппарата корабля "Федерация". Аппаратура позволит рассчитать расстояние до Земли и передать бортовому компьютеру информацию, необходимую для обеспечения посадки спускаемого аппарата космического корабля. Об этой и других разработках института, нужных для освоения космоса, в интервью ТАСС рассказал директор — главный конструктор ЦНИИ РТК Александр Лопота.
— Ваш институт создает измерительную систему малых высот для корабля "Федерация", в чем ее особенности по сравнению с существующей системой "Кактус-2В"?
— Разработчикам нашего института поручено создать для нового космического корабля "Федерация" систему фотонную измерительную (СФИ) для обеспечения посадки спускаемого аппарата. Основное отличие СФИ от "Кактуса-2В" заключается в том, что она является именно измерительным прибором и передает информацию о текущей высоте (диапазон измерения — от 10 до 0,5 м) в бортовой компьютер, принимающий решение о включении двигателей мягкой посадки. Комплекс "Кактус-2В" является командным прибором и непосредственно выдает команду на запуск двигателей мягкой посадки при достижении заданной высоты.
Существенно изменилось и конструктивное исполнение составных блоков системы. Особенности конструкции возвращаемого аппарата "Федерации" и требования к надежности его составных частей значительно осложнили решение задачи по измерению высоты. Передатчик и приемники СФИ располагаются снаружи возвращаемого аппарата, поэтому ужесточились требования к нижней границе рабочих температур и защите от механических воздействий. Теперь передатчик и приемник СФИ имеют герметичное конструктивное исполнение.
Также при разработке системы учитывалось увеличение общей массы спускаемого аппарата по сравнению с "Союзом" в два раза при запуске на орбиту и в 2,8 раз — при полете к Луне.
— Как работают подобные системы?
— Основу системы "Кактус-2В" составляет гамма-лучевой высотомер, который оснащен источником ионизирующего излучения. Это излучение достигает Земли, и по скорости нарастания интенсивности отраженного сигнала определяется момент включения двигателей мягкой посадки. Поскольку это происходит на высоте от 0,5 до 1 м и скорости до 14 м/с, расчет идет на доли секунды. Эта система применяется более 50 лет. Кроме спускаемых аппаратов космических кораблей система "Кактус" была использована на автоматических космических станциях "Луна-16" и "Луна-20", доставивших образцы лунного грунта на Землю в 1970 и 1972 годах соответственно.
— На какой стадии разработки находится СФИ для корабля "Федерация"?
— В 2018 году нами созданы и согласованы с заказчиком алгоритмы измерения высоты и изготовлены массогабаритные макеты изделия. На 2019–2020 годы запланировано изготовление, проведение испытаний опытных образцов и присвоение конструкторской документации литеры "О" (присваивается на этапе корректировки конструкторской документации по итогам изготовления и предварительных испытаний опытного образца или партии — прим. ТАСС).
На 2020 год запланирована поставка опытных образцов для комплектования возвращаемого аппарата корабля "Федерация" и проведение межведомственных испытаний.
— ЦНИИ РТК создавал телевизионную систему автоматической парковки и стыковки. Планируете создание подобной системы для окололунной станции?
— Уже более десяти лет назад ЦНИИ РТК по заказу ракетно-космической корпорации "Энергия" в партнерстве с НИИ телевидения разработал систему технического зрения для автоматической стыковки космических аппаратов. Она позволяет проводить операции сближения и стыковки без использования специальных маркеров. Экспериментальные исследования прототипа соответствующего программного обеспечения в реальном масштабе времени были успешно проведены в 2015 году в Центре управления полетами при выполнении стыковок космических аппаратов "Прогресс М-26М", "Прогресс М-28М", кораблей "Союз ТМА-16М" и "Союз ТМА-17М" к различным модулям Международной космической станции. Созданный в институте задел может быть в дальнейшем использован в рамках реализации лунной программы.
— Ведет ли центр в инициативном порядке разработку робототехнических комплексов для лунной программы РФ?
— Совместно с Институтом геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН (ГЕОХИ РАН) под их задачи геологических исследований Луны в ЦНИИ РТК разработан проект мобильного робота-геолога, оснащенного большим количеством научного оборудования для проведения исследований на Луне, в том числе и каротажно-буровой установкой. Шасси, которое предлагается поставить в основе робота-геолога, также подходит и для мобильных роботов-помощников на стадии построения лунной базы.
— А другие роботы для лунной программы создаются?
— При финансовой поддержке Минобрнауки РФ в течение 2015–2017 годов был выполнен проект по созданию унифицированных автономных мультиагентных робототехнических систем наземного и космического базирования. Для связи и ориентации их в окружающей обстановке предлагалось использовать фотонные технологии. Эти робототехнические системы необходимы для поддержки напланетной деятельности, в первую очередь лунной базы. Среди ключевых проблем роботизации лунной базы следует отметить задержку почти на 3 с сигналов управления при распространении с Луны на Землю и обратно. Это требовало существенного повышения автономности функционирования роботов и разработку специальных алгоритмов супервизорного управления с прогнозированием развития ситуации на ближнюю перспективу (технологии дополненной или виртуальной реальности).
— Какие работы сейчас ведутся по созданию косморобота?
— В 2018 году завершен этап разработки рабочей конструкторской документации на изделие "Косморобот", в настоящее время идет изготовление опытных образцов. После их тестирования и доработок должен появиться первый летный образец робота, который будет испытан на борту научно-энергетического модуля (НЭМ) в составе российского сегмента МКС (РС МКС) до 2024 года.
Однако пересмотр Федеральной космической программы на 2016–2025 годы и существенное сокращение бюджетных ассигнований на эти цели может негативно сказаться на завершении работ по проекту "Косморобот". Совместно с РКК "Энергия" (головной исполнитель) ЦНИИ РТК планирует обсудить вопрос необходимости продолжения работ по проекту "Косморобот" в госкорпорации "Роскосмос".
— Какие задачи он будет выполнять на орбите?
— Косморобот предназначен для поддержки внекорабельной деятельности космонавтов и выполнения технологических операций на внешней поверхности космических аппаратов. В частности, он сможет перемещаться по такелажным элементам, базовым точкам и поручням, переносить груз массой до 200 кг. Также в задачи робота войдет закручивание и откручивание резьбовых соединений, разрезание экранно-вакуумной теплоизоляции модулей станции, отбор проб-мазков, стыковка и расстыковка электросоединителей.
— Ранее вы сообщали, что до конца года в Институт медико-биологических проблем РАН (ИМБП) будет передан спортивный тренажер для космонавтов, имитирующий греблю и поднятие штанги. Какие работы ведутся по этому проекту на данный момент?
— В ЦНИИ РТК со стороны ИМБП РАН заказаны два образца тренажера: один образец целиком предназначается для ресурсных испытаний, на втором образце будут проводиться все остальные испытания, предписанные для космического изделия, включая испытания на электромагнитную совместимость с системами МКС. На данный момент два образца тренажера проходят этап сборки, монтажа и отладки программного обеспечения на территории ЦНИИ РТК. По завершению наземной отработки будут изготовлен летный образец и его наземный "дублер".
— Какие еще упражнения он позволит выполнять?
— Тренажер оснащен сиденьем для космонавта и перемещающейся штангой для хвата руками, которую можно трансформировать в упор для жима ногами. Положение штанги или упора для ног может настраиваться индивидуально. Тренажер позволяет космонавтам в условиях невесомости и ограниченного пространства выполнить целый комплекс упражнений, включая приседания со штангой, жим ногами, имитацию гребли, сгибание и разгибание предплечий и туловища, жим штанги лежа, подъем на носки, тяга сверху и становая тяга. Он позволит уменьшить явления детренированности различных систем организма у космонавтов.
— Какие еще космические проекты разрабатываются в ЦНИИ РТК?
— ЦНИИ РТК проводит работы по созданию так называемого робототехнического обеспечения перспективных космических аппаратов. По сути, это полезная нагрузка на базовую платформу космического аппарата, которая превращает его в сервисный, способный выполнять операции по орбитальному обслуживанию. Средства робототехнического обеспечения сервисных космических аппаратов представляют собой блок, к которому крепятся манипуляторы и магазин сменного инструмента. Отдельно фиксируется блок со сменными элементами и топливо для дозаправки космических аппаратов.
Особую сложность для сервисных аппаратов представляют задачи по осуществлению захвата и стыковки с обслуживаемым объектом. В рамках данного направления в институте создан прототип манипулятора с силомоментной обратной связью в контуре управления. Этот манипулятор снабжен разработанными в институте датчиками, позволяющими реализовывать различные алгоритмы силомоментного управления.
— В каком направлении, по вашей оценке, будет развиваться космическая робототехника?
— Мы исходим из того, что дальнейшее развитие космической робототехники пойдет по пути создания орбитальных и напланетных робототехнических баз, предназначенных для осуществления монтажных работ при развертывании различных систем космического назначения, отработки вновь созданного оборудования, проведения научно-технических экспериментов в автоматическом или супервизорном режиме. Также они могут послужить плацдармом для сборки, монтажа и запуска крупногабаритных космических аппаратов различного назначения. Эффективность применения средств робототехнического обеспечения в условиях большой разбросанности космических аппаратов по орбитам будет в значительной степени зависеть от решения задачи стандартизации средств кооперации аппаратов, а также от формирования кластеров космических аппаратов, отличающихся функционально, но схожих в требованиях с параметрами орбиты.
— Как роботы помогут в освоении Луны и Марса?
— Программы исследования и освоения объектов Солнечной системы предполагают создание напланетных баз, в первую очередь на поверхности Луны и Марса. Экономические соображения подсказывают, что подобные базы целесообразно создавать и обслуживать при помощи робототехнических средств. Они будут являться опорными точками при полномасштабном исследовании поверхности планет, проведении геологоразведки и картирования, организации добычи и переработки полезных ископаемых, возможного складирования и организации доставки материалов на Землю.
Беседовала Екатерина Москвич