К 50-летию Государственного ракетного центра «КБ им. академика В.П. Макеева»

И.И. Величко, В.А. Данилкин, А.Л. Зайцев, Ю.С. Муромский

ПРОРЫВ НА МЕЖДУНАРОДНЫЙ РЫНОК КОСМИЧЕСКИХ УСЛУГ

В период расцвета космонавтики широкое развитие в нашей стране и за рубежом получили научно-технологические эксперименты в невесомости на орбитальных космических станциях. Опыт их проведения показал, что они характеризуются рядом серьезных недостатков. Во-первых, на станции возникают возмущения, вызываемые передвижением космонавтов, работой бортового оборудования, коррекцией орбиты, что приводит к ограничению достижимого уровня невесомости 10^-3 — 10^-4 g, а следовательно, к исключению из номенклатуры проводимых экспериментов тех, для которых требуются более высокие параметры. Во-вторых, высокая стоимость: по представляемой зарубежными агентствами информации стоимость выведения одного килограмма полезной нагрузки достигает 20—60 тыс. дол. В то же время для многих экспериментов во время длительного, иногда многомесячного полета станции, достаточным является время невесомости в пределах нескольких десятков минут.

За рубежом эти проблемы решили быстро: для проведения экспериментов в условиях кратковременной невесомости были созданы и успешно эксплуатируются до настоящего времени высотные ракеты: в Европе — «Texus» и «Maxus» со временем невесомости 6 и 14 мин соответст-венно; в США — «Starfire» — 7 мин; в Японии — «TR-1А» — 6 мин.

В конце 80-х годов Государственный ракетный центр «КБ имени академика В.П. Макеева» предложил использовать для проведения экспериментов в невесомости морские баллистические ракеты, подлежащие утилизации по истечении срока службы или в соответствии с заключенными международными договорами. Эта идея в последующем была успешно реализована применительно к ракетам РСМ-25 и РСМ-50.

Для размещения научно-технологической аппаратуры и обеспечения условий ее функционирования проведена разработка на базе снимаемых с эксплуатации боеголовок нескольких спасаемых летательных аппаратов. Разработанные аппараты обеспечивали также защиту научной аппаратуры от тепломеханических воздействий, ее электропитание и управление по заданной циклограмме, сохранное приземление и оперативный поиск аппарата в заданном районе, контроль за функционированием всех систем в полете. Для уменьшения объема доработок носителя аппарат выполнен с автономной логикой работы, согласованной с системой управления носителя при минимальном количестве функциональных связей. С целью снижения затрат работы были ориентированы на максимальное использование узлов и систем снимаемых с вооружения ракет, в том числе аппаратуры телеметрических отсеков, платформ, узлов крепления и отделения полезных нагрузок и минимальное привлечение предприятий-смежников. Учитывая специфику проведения коммерческих пусков ракет с действующей подводной лодки, наряду с решением технических проблем, потребовалось дополнительно решать нетрадиционные организационные вопросы, в том числе, связанные с допуском иностранных специалистов в Миасс и Североморск, с разрешением на проведение такого пуска и с обеспечением его безопасности. Естественными при этом представлялись требования командования ВМФ о минимальных доработках на подводной лодке, которые должны были быть в последующем легко исключены и не ухудшали бы ее функциональную пригодность.

Первоначально были определены два направления экспериментов в условиях микрогравитации, проводимых на морских ракетах. Первое — по получению сверхчистых полупроводниковых материалов и сплавов (тема «Спринт»). Второе — по скоростной очистке в искусственно созданном электростатическом поле медицинских препаратов, способствующей существенному росту их биологической активности и эффективности в целом (тема «Медуза»).

Основными факторами, определяющими тип используемой для коммерческих целей ракеты, являются ее энергетические возможности, то есть способность обеспечить требуемое время невесомости для летательного аппарата заданной массы, параметры системы отделения отсека полезной нагрузки, в значительной степени определяющие уровень микрогравитации и, конечно же, наличие снимаемых с эксплуатации ракет в количестве, достаточном для выполнения намеченной программы пусков. При проведении работ по темам «Спринт» и «Медуза» указанным критериям (время невесомости 15-16 мин, уровень микрогравитации — 10^-3 g) довольно полно отвечала ракета РСМ-25 (после доработки ракета-носитель «Зыбь»). В период с 1991 по 1993 г. было осуществлено три пуска таких ракет. Финансирование работ обеспечено Госкомоборонпромом и Российским космическим агентством.

В рамках программы «Спринт» удалось получить уникальные образцы монокристаллов кремния и некоторых сплавов. В экспериментах «Медуза» по результатам исследований противовирусного и противоопухолевого интерферона «Альфа-2» подтверждена возможность космической очистки биологических препаратов в условиях кратковременной невесомости. К сожалению, программы «Спринт» и «Медуза» не получили должного развития, так как несмотря на заинтересованность ряда академических и отраслевых институтов, средства для этого не были найдены. Тем не менее, эти запуски оказались весьма успешными. На практике было доказано, что в России разработана эффективная технология проведения различных экспериментов в условиях кратковременной невесомости с использованием морских баллистических ракет, снимаемых с боевого дежурства. Достигнутые результаты и приобретенный опыт по программам «Спринт» и «Медуза» послужили основой для российско-германских переговоров по запуску немецкой научной аппаратуры, предназначенной для исследования термической конвекции в условиях микрогравитации.

Ученые всего мира давно пытаются моделировать глобальные геофизические процессы, являющиеся причиной таких природных катаклизмов, как ураганы, тайфуны, землетрясения, цунами. Но до сих пор во многом непонятным остается сам механизм их возникновения. Ясно только одно: решающую роль здесь играет крупномасштабная термическая конвекция в недрах планеты, другими словами, движение вещества «в щели» между горячим ядром Земли и внешней «холодной» мантией. В Германии, в Бремене, находится крупнейший в мире научный центр по исследованию явлений микрогравитации ZARM с гигантской вакуумированной 146-метровой башней, построенной для изучения процессов в условиях кратковременной микрогравитации и представляющей собой такую же достопримечательность древнего города, как Эйфелева башня в Париже. Внутри этой башни, с верхней ее точки, сбрасывается термоконвекционная модель (ТКМ) Земли, основой которой служат две сферы, вложенные одна в другую. Пространство между сферами заполняется в процессе эксперимента силиконовой жидкостью с равномерно распределенными металлическими частицами, имитирующей расплавленную магму Земли. Металлические частицы способствуют приданию контрастности изображения флуктуации жидкости. Все, что происходит в модели за время полета в невесомости, фиксируется точнейшей телеметрической аппаратурой и снимается телекамерой, включающейся автоматически. Однако время свободного падения в башне, т.е. невесомости, всего около 4 с. И, несмотря на интенсивность проводимых экспериментов (в год их бывает около 200), этих 4 с оказалось явно недостаточно, чтобы судить об адекватности физической модели реальным процессам в недрах планеты.

По предложению ZARM, Германским космическим агентством было решено провести эксперимент с термоконвекционной моделью в реальных космических условиях со временем невесомости до 15 мин, имея в виду использование в качестве ракеты-носителя одной из ракет Европейского космического агентства («Texus», «Maxus») или ракеты Российского космического агентства. Государственный ракетный центр совместно с фирмой «Космос» предложил провести такой эксперимент на ракете-носителе «Волна» (переоборудованная ракета РСМ-50)— отсюда и название эксперимента «ТКМ-Волна» — при времени невесомости не менее 20 мин с уровнем 10^-4 g. В результате, после тщательной экспертизы германской стороной этих предложений, 26 апреля 1994 г. был подписан первый в истории Государственного ракетного центра контракт № 50WM9437 на разработку спасаемого летательного аппарата с иностранной аппаратурой и его запуск доработанной морской баллистической ракетой. Большое значение этому прорыву на международный рынок космических услуг придавалось в Госкомоборонпроме и Российском космическом агентстве, которые оказали дополнительную финансовую поддержку этим работам.

В соответствии с контрактом, подготовка и проведение пуска должны были быть выполнены в исключительно сжатые сроки (на всю работу было отведено около 12 месяцев) . Сложность выполнения сроков определялась не столько техническими проблемами, так как имеющийся опыт работ по ракетной технике позволял решать их достаточно оперативно, сколько имеющимися различиями в методологии Российской и Германской сторон. Нужно было согласовать терминологию, состыковать стандарты на испытания, разъемы, провода — на все. При необходимости российские и германские специалисты работали над решением возникающих проблем буквально сутками, между ними было достигнуто полное взаимопонимание на всех этапах выполнения проекта, по всем техническим вопросам найдены компромиссные решения, сформировался единый рабочий коллектив с обоюдным стремлением к достижению поставленной цели, установились дружеские личные отношения. Следует отметить, что к моменту подписания контракта была определена только принципиальная концепция построения летного образца термоконвекционной модели, ее разработка проводилась параллельно с созданием спасаемого летательного аппарата. Учитывая взаимную заинтересованность в получении однозначно положительного результата эксперимента, ряд принимаемых по модели решений проходил техническую экспертизу специалистами Государственного ракетного центра, для чего представлялась вся необходимая документация. Германские ученые очень внимательно относились ко всем рекомендациям российских специалистов, и, несмотря на дополнительные финансовые затраты, ими был оперативно внесен в летный вариант модели ряд изменений, в том числе принципиально изменена конструктивно-силовая схема, улучшена схема регистрации, схема включения.

7 июня 1995 года в 2 часа ночи впервые в мировой практике с боевой российской атомной подводной лодки типа «Кальмар» из надводного положения был проведен пуск доработанной ракеты РСМ-50 (SS-N-18) с иностранной научной аппаратурой. Через 40 минут после старта, пролетев по баллистической траектории с апогеем 1300 км расстояние более 5 тыс. км, спускаемый аппарат совершил мягкую посадку на полигоне, расположенном на полу-острове Камчатка. Затем самолетом аппарат был доставлен в Миасс, где были проведены совместные проверки, которые подтвердили функционирование термоконвекционной модели и других систем аппарата. По заключению германских специалистов, научные результаты эксперимента подтверждены, спасенная модель может быть использована в последующих экспериментах. На презентации результатов эксперимента в Германии работа российских специалистов получила самую высокую оценку Генерального директора ДАРА господина Меникена, были отмечены кратчайший срок реализации и высочайший технический уровень проекта.

Работы по темам «Спринт», «Медуза» и«ТКМ-Волна» подтвердили, что эксперименты в условиях кратковременной невесомости являются дополнением, а в некоторых случаях и альтернативой проводимым экспериментам на орбитальных станциях. Их выполнение позволило в полной мере и «из первых рук» изучить рынок услуг, представляемых зарубежными разработчиками ракетной техники для экспериментов в невесомости, получить практический опыт организации коммерческих запусков доработанных морских баллистических ракет, сформулировать главные направления дальнейших исследований, реализация которых однозначно сделает ракету «Волна» лучшей в мире для проведения подобных экспериментов, а именно: увеличить время невесомости до 30 мин; улучшить параметры невесомости до 10^-5 — 10^-6 g; увеличить массу запускаемой научно-технической аппаратуры; расширить сервисные услуги, представляемые для научно-технологической аппаратуры при предстартовой подготовке и в полете.

Работая над техническим воплощением этих направлений, Государственный ракетный центр начал успешно взаимодействовать с космическим агентством Японии под эгидой Международного научно-технического центра.

Сравнительные характеристики зарубежных ракет и ракеты «Волна» с новым спасаемым аппаратом, используемые для проведения экспериментов в условиях кратко-временной невесомости, приведены в таблице.

Поступающая в последнее время информация свидетельствует, что и США в 1994 году также приступили к реализации планов использования снятых с вооружения МБР «Минитмен» в качестве ракет-носителей, в том числе и для суборбитальных пусков.

Динамично развивающийся рынок космических услуг поделен давно и предстоит еще много потрудиться, чтобы занять на нем достойное место. Характерным примером этого является то, что после успешно произведенного эксперимента «ТКМ-Волна» Швецией, с территории которой обеспечивается запуск ракет Европейского космического агентства «Texus» и «Maxus», был заявлен на правительственном уровне протест Германии.

Трудности первых шагов неизбежны, однако относительная дешевизна наших услуг, высокое качество и надежность ракет ВМФ, сохраняющийся за рубежом авторитет российских ракетчиков, надо надеяться, позволят добиться успеха.