15 ноября исполнилась очередная годовщина первого и единственного полета отечественного орбитального корабля (ОК) многоразовой транспортной космической системы (МТКС) «Буран». Работы над системой начались в 1974 г. в рамках подготовки Комплексной программы НПО «Энергия». Разработка орбитального корабля была поручена в 1976 г. вновь созданному НПО «Молния». Это предприятие возглавил выходец из микояновского ОКБ Глеб Евгеньевич Лозино-Лозинский, значительную часть свой творческой жизни посвятивший многоразовым ракетно-космическим системам.
Посмертная слава – забвение… Так было сказано еще в глубокой древности. Именно такой славы удостоился Г.Е. Лозино-Лозинский, разработавший ряд принципиально новых, уникальных конструкций, определивших этапы развития аэрокосмической техники. Главным делом жизни конструктора стали проекты авиационно-космической системы «Спираль», ОК «Буран» и Многоцелевой авиационно-космической системы МАКС. Их и сегодня принято называть легендарными: наверное, еще и потому, что после распада СССР они не смогли перебраться из легенды в реальность.
Полет «Бурана» стал сенсацией: впервые в мире крылатый воздушно-космический аппарат, вернувшийся с орбиты, совершил полностью автоматическую посадку на ВПП с высокой точностью! Тогда никому даже в страшном сне не могло привидеться, что эпоха «Бурана» на этом завершилась…
С тех пор прошло уже почти четверть века, однако человечество так и не вернулось на Луну и еще не слетало на Марс. «Дэлом надо заныматься, дэлом…» – так в одном старом анекдоте грузин-коммерсант, пересчитывавший деньги в толстенной пачке, ответил девушке, спросившей, как пройти в библиотеку. Этой бессмертной фразой можно, наверное, выразить суть отношения больших начальников к деятельности преемников Г.Е. Лозино-Лозинского, которые и сегодня работают в НПО «Молния».
Тем не менее, сподвижники великого конструктора не сомневаются: «крылышки» (так Глеб Евгеньевич называл крылатые авиакосмические системы) нам еще пригодятся. По их мнению, такие системы должны стать транспортным средством, с помощью которого люди будут осваивать ближний космос. С их помощью на орбите можно будет разворачивать все новые и новые информационные системы, строить многочисленные фабрики производства кристаллов для электроники, высококачественного оптического стекла, сложных белков и различных лекарственных препаратов. Крылатые корабли будут доставлять сырье для орбитальных заводов. Для реализации этих замыслов и был начат проект МАКС.
В МАКСе аккумулированы опередившие время идеи и технологии, проработанные в «Спирали» и реализованные в «Буране». Базовый вариант системы – двухместный, с отсеком полезного груза (ОПГ). Но есть и другая модификация – с дополнительным пассажирским отсеком, установленным в зоне ОПГ, где смогут разместиться еще четыре человека. В отличие от одноразовых ракет, МАКС способен не только вывести ПГ на орбиту, но и возвратить его на Землю, что является гораздо более сложным и дорогостоящим делом.
В базовом варианте МАКС сможет вывести 7,6 тонн на орбиту высотой 200 км и возвратить оттуда 4,6 тонн. Для запуска спутников на геостационарную орбиту предназначена грузовая модификация МАКС-Т, без орбитального самолета. С ее помощью при старте в районе экватора можно доставить на геостационар около 4,5 тонн.
Магия цифр здесь не срабатывает, и обращать внимание следует, прежде всего, на реальную возможность многократного использования всей системы.
«Речь в данном случае идет не об освоении Луны или Марса, а о работе на орбите, которая позволит нам преодолеть катастрофическое отставание в развитии радиоэлектроники, – говорит заместитель главного конструктора НПО «Молния» В.А.Скороделов. – В брежневские времена мы пережили застой в экономической и социальной сферах, вслед за которым последовал период технологического застоя. И если в ближайшие годы не сможем преодолеть его последствия, то сделанное нами будет утеряно, а следующим поколениям придется все начинать с нуля. В области радиоэлектроники наше отставание особенно заметно: ведь даже процессоры и микросхемы, необходимые для предприятий Роскосмоса, зачастую закупаются за рубежом. Пытаться преодолеть этот разрыв, стараясь с помощью традиционных методов воспроизвести то, что давно существует на Западе, – значит, воссоздавать вчерашний день. Но вырваться вперед можно осваивая новейшие технологии, такие как космическое производство полупроводниковых наногетероструктур с использованием технологии молекулярно-лучевой эпитаксии*. Они способны обеспечить нашу промышленность (в том числе оборонную и космическую) собственной элементной базой. И совершить этот рывок нашей радиоэлектронике могут помочь идеи Г.Е.Лозино-Лозинского, воплощенные в его последних проектах».
* Молекулярно-лучевая эпитаксия – технология осаждения испаряющегося в молекулярном источнике вещества на кристаллическую подложку. Несмотря на видимую простоту, реализация идеи чрезвычайно сложна. Достаточно сказать, что в рабочей камере установки эпитаксии необходимо поддерживать сверхвысокий вакуум (около 10-8 мм рт. ст.). Создать на Земле такое разрежение – уже проблема. Другое дело – космос…
|
Перенос процесса молекулярно-лучевой эпитаксии в космос теоретически обосновали наши специалисты из Зеленограда и Новосибирска и опробовали на практике американцы. Суть метода состоит в том, что в космосе можно получить глубокий динамический вакуум за счет движения дискообразного экрана диаметром 3,0–3,5 м с орбитальной скоростью. Если такой экран, ориентированный перпендикулярно вектору скорости, летит в разреженной среде с давлением 10-6 мм рт. ст., то в его донной части возникает зона дополнительного разрежения, достигающего величины 10-12, а то и 10-14 мм рт. ст., а это основная составляющая обеспечения качества продукции. Американцы провели эксперимент с помощью аппарата, основой которого был дискообразный экран; на нем монтировалось оборудование, обеспечивавшее энергопитание и ориентацию аппарата в полете. В тени, то есть на задней стороне экрана, находилась молекулярно-лучевая установка. Однако перейти к промышленному производству наногетероструктур в космосе не может пока никто, поскольку стоимость удельной транспортировки груза на существующих носителях слишком высока. |
Эти исследования пришлись на последние годы жизни Глеба Евгеньевича, но он энергично включился в работу, установил личные связи с генеральным директором НИИ «Научный центр» Ю.Н.Дьяковым и его ближайшими сотрудниками.
Технология молекулярно-лучевой эпитаксии привлекает тем, что не требует ни больших энергетических затрат, ни перемещения грузов большой массы. Потребность же в наногетероструктурах (применяются в изделиях микро- и наноэлектроники, телевидении, сотовой связи, радиолокации X-диапазона и сверхскоростных спецпроцессорах) сегодня крайне велика.
В процессе промышленного производства новых материалов в космосе проект МАКС должен выводить на орбиту полуфабрикаты, заготовленные на Земле на соответствующих производственных базах, и возвращать готовую продукцию. И такие циклы будут раз за разом повторяться.
Возникает вопрос: не придется ли после выполнения одного-двух таких циклов тратить колоссальные деньги на замену либо орбитального самолета, либо самолета-носителя? «Согласно нашим расчетам, кратность использования орбитального самолета – 100 циклов, а кратность применения самолета-носителя – 1000. Вообще-то ресурс Ан-225 – 7000 полетов. Однако исходя из несколько ужесточенных режимов полета при старте второй ступени мы уменьшили этот ресурс в семь раз. Но и тысяча полетов для сегодняшних средств выведения – фантастика», – отвечает на эти сомнения заместитель главного конструктора «Молнии».
Экономические расчеты специалистов «Молнии» и «Научного центра» показали, что при использовании МАКСа в качестве транспортной системы для такого производства будет получена прибыль.
– Но этого не может быть! – возразили эксперты. – Нельзя получить прибыль, применяя столь дорогостоящую космическую технику…
– Вы лучше посмотрите, каков будет экономический эффект, если вместо МАКСа использовать корабль «Союз», – посоветовал молниевцам заместитель директора ЦАГИ Л.М. Шкадов.
– Вместо прибыли получим колоссальный убыток, – ответили те.
– С чего вы это взяли?
– Проведя соответствующие расчеты, мы определили, что величина прибыли в данном случае во многом зависит от удельной стоимости транспортировки груза (то есть от стоимости транспортировки одного его килограмма) туда и обратно. Этот параметр и является критерием рентабельности производства, осуществляемого на орбите. При нулевой прибыли критерий рентабельности составит 6 тыс. $/кг транспортируемого груза. У «шаттла» удельная стоимость транспортировки – 25 тыс. $, у «Союза» – 100 тыс. $, а у системы МАКС – около 1000 $. Значит, ее использование принесет прибыль.
Проверив эти расчеты, Л.М. Шкадов со скрипом, но все же согласился с ними.
Еще одно преимущество проекта МАКС – грузоподъемность (7,6 т), которая значительно больше, чем у кораблей «Союз». Расчеты показывают: если МАКС заменит корабли «Союз» и «Прогресс», то при существующем сегодня грузопотоке между Землей и МКС можно будет в течение года сэкономить до 125 млн. $.
Самое «слабое звено» системы МАКС – это маршевые двигатели; их ресурс всего 15 полетов. Хотя в дальнейшем планируется увеличить и этот показатель. И только внешний топливный бак будет использоваться один-единственный раз.
«На этот компромисс мы вынуждены были пойти потому, что современный уровень технологий не позволяет нам построить полностью многоразовую систему. Но Г.Е. Лозино-Лозинский до последних дней своей жизни работал именно над этим. И в 2001 г., за несколько месяцев до своей кончины, он представил на слушании в Государственной Думе последний вариант полностью многоразовой системы – МАКС-ПМ. После этого заседания он почувствовал себя плохо, и водитель под руку вывел его к машине», – вспоминает Владимир Скороделов.
Когда-то, еще не родившись, проект МАКС произвел огромное впечатление на специалистов. На Всемирном салоне изобретений, научных исследований и промышленных инноваций «Брюссель-Эврика-94» программа МАКС получила золотую медаль и специальный приз премьер-министра Бельгии. Однако в реально существующую систему она так и не превратилась. Тем не менее, над этим проектом НПО «Молния» продолжает работать и сегодня, считая его наиболее перспективным.
«Молнию» сходу поддержал академик К.В. Фролов, возглавлявший Институт машиностроения РАН. Ознакомившись с выкладками, он тут же обсудил это с академиком Ж.И. Алфёровым, который, кстати сказать, получил Нобелевскую премию по физике 2000 г. как раз за разработку (с помощью установок молекулярно-лучевой эпитаксии) технологий получения полупроводниковых гетероструктур и создание быстрых опто- и микроэлектронных компонентов.
«С Алфёровым я встретился в 2002 г. в Государственной Думе, в его кабинете, – вспоминает В.А. Скороделов. – Времени у Жореса Ивановича было очень мало: он спешил на пленарное заседание, тем не менее мы с ним достаточно обстоятельно поговорили. Я рассказал ему о проекте МАКС: как с его помощью можно перенести в космическое пространство технологии, которые Алфёров и его сотрудники отрабатывали на Земле, и что мы совместно с НИИ «Научный центр» (Зеленоград) и Институтом физики полупроводников (Новосибирск) разработали облик орбитальной установки по производству наногетероструктур. Объяснил, какова в этом технологическом процессе роль МАКСа, а также ознакомил академика с нашими экономическими выкладками».
При цене, которая существовала в начале 2000-х на наногетероструктуры (12 тыс. $ за пластину диаметром 400 мм, обработанную методом молекулярно-лучевой эпитаксии), получалось, что прибыль составит 300%. Когда же мы, решив сделать в своих расчетах запас, снизили в них цену такой продукции в два раза, оказалось, что прибыль уменьшится до 100%. Но и это, по западным меркам, тоже огромная величина. «Не могу сразу оценить экономическую сторону вашего проекта, – ответил мне Алфёров, – но с точки зрения техники он мне очень нравится. Поезжайте к моим замам и переговорите с ними».
Командировка в Петербург, в Физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе РАН, показала полное взаимопонимание. Перенос производства в околоземный космос может дать экономический эффект и повысить качество продукции. Надо к тому же учесть, что в земных условиях такое производство (а в нем используются соединения мышьяка и ряд других ядовитых материалов) далеко не безупречно с точки зрения экологии. Если же перенести его в космос, где ничтожный процент вредных веществ распылится в бесконечном пространстве, то оно станет экологически безопасным.
Сейчас проект производства в космосе выглядит примерно так. К космическому заводу подлетает МАКС, выдвигает из ОПГ контейнеры с полуфабрикатами (кремниевыми пластинами), капсулы с полупроводниковым материалом, который нужно будет нанести на пластины, пристыковывает их к платформе, а затем забирает контейнеры с готовой продукцией и возвращается на Землю. Манипулятор платформы достает пластину из контейнера и переносит ее в технологическую зону. Тем временем полупроводниковый материал разогревается индуктором до тех пор, пока он не превратится в газ; теперь поток атомов и ионов устремляется к кремниевой пластине. Поскольку ее температура несколько ниже, чем температура полученного газа, пластину покрывает практически идеальный монокристаллический слой, а то ничтожное количество частиц испаренного вещества, которые пролетели мимо нее, уносится в космическое пространство.
Технологический процесс протекает около часа. Затем манипулятор забирает эту пластину и возвращает ее на прежнее место, после чего берет соседнюю – и операция повторяется. Таким образом, манипулятор перебирает всю колонку кремниевых пластин. Теперь к манипулятору придвигается следующая колонка (они выложены по периметру контейнера), и он снова приступает к работе. Когда все полуфабрикаты будут обработаны, к орбитальной платформе подлетит самолет с новыми контейнерами, снаряженными в заводских условиях на Земле. Рейсы МАКСа планируются так, чтобы он был загружен при полетах и вверх, и вниз.
По расчетам, космический завод можно будет использовать в течение 10 лет. Если же, скажем, из-за микрометеоритной эрозии эффективность солнечных батарей снизится, то их можно будет заменить новыми, которые доставит на эту платформу наш орбитальный самолет. Двигаясь по орбите, производственная платформа с течением времени будет тормозиться и постепенно опускаться. И в этом случае ей на помощь придет МАКС: пристыковавшись к стыковочному узлу, орбитальный самолет своими двигателями поднимает ее на нужную высоту.
Итак, главное достоинство проекта МАКС – низкая стоимость транспортировки грузов, выводимых на орбиту и возвращаемых потом на Землю. Этот вывод подтвердили экспертные оценки ведущих российских и зарубежных специалистов. Например, в решении, принятом в марте 2009 г. на совместном заседании Бюро Отделения энергетики и машиностроения, механики и процессов управления РАН и Координационного совета РАН по техническим наукам, отмечалось: МАКС позволяет существенно снизить стоимость выведения в космос и возвращения оттуда ПГ, а также решить проблему транспортного обеспечения промышленного производства в космосе.
А за 11 лет до этого на основании результатов, полученных в ходе научно-исследовательской работы «Орел», проведенной Российским космическим агентством, ЦАГИ и ЦНИИмаш, пришли к выводу о «технической реализуемости МАКСа». Столь же высоко оценивали систему и зарубежные специалисты.
«МАКС может быть первым большим шагом в создании более экономичной многоразовой горизонтально стартующей космической транспортной системы, и это позволит преодолеть застой, образовавшейся в этой важной области космической деятельности», – так отозвались о перспективах нашего проекта представители германской фирмы Deutsche Aerospace, разрабатывающей авиационную и космическую технику.
В унисон с ними высказались и англичане: «В ближайшем будущем система МАКС может быть принята в качестве европейской недорогой системы выведения… МАКС представляет собой очень разумный проект…» (профессор Р. Паркинсон, фирма British Aerospace). Свое заключение англичане представили в ЕКА. Британский национальный космический центр и в Европейский космический исследовательский центр. Но для нас это слабое утешение, поскольку МАКС пока существует только как проект.
Увы, сегодня МАКС столь же далек от реализации, как и десятилетие назад. Хотя исследовательские работы по данной теме и были в свое время включены в Федеральную космическую программу, однако их осуществление постоянно откладывается из-за отсутствия средств. Сегодня в «Молнии» почти не осталось людей, которые создавали проект МАКС, а молодежь в существующих условиях в НПО не идет. Но если все же будет проявлена политическая воля или найдется дальновидный инвестор, работы могут быть быстро развернуты на имеющемся большом научно-техническом заделе, который также обеспечит молодым специалистам быстрое освоение профессией.
Между тем в США тоже разрабатываются аналогичные проекты. В 2012-м там был презентован проект системы Stratolaunch, концептуально похожей на МАКС. Ее старт запланирован на 2016 г. В основе американской разработки лежит та же идея, что и у нас: в качестве первой ступени предполагается использовать тяжелый дозвуковой самолет-разгонщик, который будет построен на базе двух «Боингов-747». Один из инвесторов проекта – Пол Аллен, соучредитель фирмы Microsoft. Воплощать же идею будет Берт Рутан, знаменитый авиационный конструктор, который уже реализовал несколько концепций самолетов по весьма оригинальным схемам. У Рутана и Аллена очень серьезные намерения. И мы можем здорово проиграть им, если по-прежнему будем продвигаться вперед с черепашьей скоростью.
До своего последнего дня – Глеб Евгеньевич скоропостижно скончался 28 ноября 2001 г. на 92-м году жизни – великий конструктор продолжал генерировать идеи, устремленные в будущее. Я был у него в больнице, когда у него совсем плохо стало с глазами, и сразу заметил лежавший на столе раскрытый блокнот, в который он огромными буквами вносил свои записи.
«Мысли – это крылья души», – сказал кто-то из великих. «Спираль», «Буран» и МАКС – это крылья души великого конструктора. Но Г.Е. Лозино-Лозинский работал не только над различными вариантами авиакосмических систем. Еще одним направлением его деятельности были самолеты-трипланы, к которым многие современные конструкторы не проявляют особого интереса.
Почему в качестве первой ступени системы МАКС выбрана «Мрiя»? «Потому что это самый большой и грузоподъемный самолет в мире, – говорят соратники Глеба Евгеньевича. – Если же мы захотим увеличить ПГ, выводимый в космос, нужно будет создать самолет большей грузоподъемности, чем «Мрiя». Решить эту задачу в условиях ограничения габаритов носителя позволяет схема триплан».
Как много замыслов великого конструктора осталось на бумаге! В связи с этим вспоминается история, о которой однажды рассказал сам Глеб Евгеньевич: «Не помню точно, где я прочитал, как кто-то когда-то написал записку, что на такой-то широте и долготе терпит бедствие корабль. Положил это послание в бутылку, запечатал и бросил в море. Через 50 лет бутылку выловили. Прочли записку и поспешили в тот район, который был в ней указан. И оказалось, что там действительно находится корабль, терпящий бедствие…» Может быть, и его проекты – это послания человечеству, которые, дожидаясь своего часа, покачиваются на волнах времени. Но неужели они тоже будут востребованы лишь спустя полвека?
