Вклад НПО им. С.А. Лавочкина в развитии непилотируемой космической техники

Власенков Е.В., Новалов А.А.

Филиал НПО им. С.А.Лавочкина. г. Калуга

Аннотация:

 В настоящей работе представлен обзор развития  космонавтики, в частности приводятся данные о Китайских, Японских и Индийских достижениях и разработках в космической сфере. Рассмотрен вклад НПО им. С.А. Лавочкина в развитие мировой беспилотной космонавтики, изложены текущие и перспективные проекты освоения космоса, разрабатываемые на предприятии. Особое внимание уделяется миссии Фобос-Грунт   

Содержание                                                  

1. Введение. Возникновение космонавтики как науки.  ….……………………….. .     2

2. Краткий анализ состояния космонавтики Китая, Японии, Индии……………..……..   3

2.1 Космонавтика Китая……………………………………………….………..     3

2.2 Космонавтика Японии………………………………………………………     4

2.3 Космонавтика Индии………………………………………………………..     5

 3. Вклад НПО им С.А.Лавочкина в космонавтику…………..……………………..     6

   3.1   Текущие проекты НПО им. С.А.Лавочкина …………………………….     6

·  "Радиоастрон"…………………………………………………………..     6

·   "Фобос-Грунт"……………………………………………………..……    7       

·   Разгонный блок “Фрегат”…………………………………………..…..     9

·   “Электо-Л” …………………………………………………………..….     9

·   “Аркон-2”………………………………………………………...…..….   10

·    Космический аппарат с солнечным парусом…………………. ..…..…   10

·   Пневматическое тормозное устройство………………………….....….    11

·    “MetNet”…………………………………………………………..….. ..   12

·    Беспилотные летательные аппараты…………………………..……….    13

·  "Миллиметрон”……………………………………………………..……    13

         ·   “Не космические” разработки ……………………………………..…. .    13

         3.2   Перспективные направления работы НПО им.      С.А.Лавочкина……...     14

    4. Заключение…………………………………………………………………..…….    15

   Литература……………………………………………………………………… . .…    15

1. Введение. Возникновение космонавтики как науки .             

На протяжении всей истории своего развития, человечество стремилось освободится от сил земного притяжения с тем чтобы покорить небо, космос, Вселенную. Эта идея владела умами многих поколений учёных и конструкторов. Они развивали теории полетов, строили летательные аппараты, ставили опыты  с тем, чтобы быстрее осуществить мечту человека – выйти в  космос. Своими делами они доказывали, что это не только мечта, а  вполне реальная действительность.      

                  Важнейший вклад в этом направлении был сделан нашим соотечественником изобретателем и ученым, основоположником космонавтики Константином Эдуардовичем Циолковским. Им в 1880—1881 была написана работа «Теория газов», в которой изложены основы кинетической теории газов. А в 1896 г он начал заниматься теорией движения реактивных аппаратов,  которая впоследствие стала основополагающей теорией при проектировании ракетной техники. Им также был предложен ряд схем ракет дальнего действия и ракет для межпланетных путешествий по которым в настоящее время строятся современные космические корабли. 

К.Э.Циолковским также впервые была решена задача посадки космического аппарата (КА) на поверхность планет, лишённых атмосферы. В 1926—1929 гг. Циолковский разработал теорию многоступенчатых ракет, которая  учитывала влияние атмосферы на полёт ракеты; на основе этой теории им были проведены оценки необходимого запаса топлива для преодоления сил сопротивления воздушной оболочки Земли.  Его исследования впервые показали возможность достижения космических скоростей, тем самым доказав реальную осуществимость межпланетных полётов.

               На основе высказанных им, и многими другими  учёными, идей начала развиваться новая отрасль человеческого знания - космонавтика. Одновременно с этим  быстрыми темпами  стала развиваться и промышленность, связанная с космонавтикой . В таких условиях в очень короткие сроки (менее чем за 50 лет) в Советском Союзе был выведен на орбиту первый искусственный  спутник Земли. И с этого момента (4 октября 1957г.) начался отсчет новой эры - космической эры в истории человечества. А 12 апреля 1961 года, в СССР состоялся и первый полёт человека в космос.  Это событие ещё больше ускорило темпы развития космонавтики. Ведущее положение в этой области занимали две страны СССР(Россия) и Соединенные Штаты Америки (США). В настоящее время делаются серьезные попытки  занять лидирующее положение в космонавтике и другими странами , такими как Япония, Китай, Индия. 

 

2. Краткий анализ состояния космонавтики Китая, Японии, Индии .

      2.1  Космонавтика Китая  

В списке ведущих стран мира, Китай стал третьей страной, вступившей в мир пилотируемой космонавтики. Космический корабль  «Шэнь Чжоу» "Волшебная лодка"  (Shenzhou V),  был запущен 15 октября 2003 года с космодрома в пустыне Гоби.

                 В Китайской Народной Республике планомерно осуществляется программа запуска автоматических космических аппаратов. В ближайшие пять лет КНР планирует вывести в космос более 35 КА, которые будут использоваться в метеорологии, телевизионном вещании, связи и навигации. Китайскими учеными разрабатывается новое поколение метеорологических спутников. Наряду с этими программами, в планах КНР на ближайшее десятилетие, заложены пилотируемые полёты к Луне и постройка Лунной станции. 

 

Рис 1. Китайский КА Шеньчжоу по конструкции и внешнему виду напоминает “Союз”.  Был разработан с  помощью России.

 

 

 

 

 

 

 

Космические планы КНР, выглядят следующим образом:

Год	Этап
2004	Отработка на кораблях "Шэньчжоу" стыковки, маневрирования и выхода в открытый космос.
2005	Пилотируемая орбитальная станция (аналог летающей сейчас Международной космической станции), полет к Луне автоматической станции.
2011	Луноход
2012	Доставка лунного грунта на Землю
2016	Пилотируемый облет Луны
2020	Двухместный аэрокосмический самолет, высадка космонавтов на Луну
2030	Обитаемая лунная база.

В целом можно сказать, что национальная космическая программа КНР в настоящее время  переживает период роста. Китай стремится к достижению уровня мировой космической технологии, имея «полный набор» и ракет-носителей, и космических аппаратов, и соответствующие промышленную базу и научно-технические центры.

     2.2    Космонавтика Японии         

 

Японская же космонавтика , хотя и имеет определенные достижения в космосе, такие как запуск ракетоносителей и успех межпланетного зонда "Хаябуса". Япония впервые в истории  освоения Вселенной осуществила  посадку КА на астероид Итокава, однако в последнее время меняет масштабы своей космической деятельности, сосредотачиваясь на запуске небольших спутников.

 

Рис.2 Японские носители  Нынешняя (слева) и вновь предлагаемая концепции тяжелого варианта Н-2А:

1 – головной обтекатель с ПГ; 

2 – вторая ступень; 3 – жидкостный ускоритель LRB; 
4 – стандартная первая ступень;

5 – увеличенная первая ступень;

6 – навесные стартовые ускорители SRB-A.

 

 

При этом в части запусков космических аппаратов она намерена больше полагаться на ресурсы других стран. Это связано с тем, что крупные спутниковые программы требуют, как минимум, трех лет планирования и еще пяти лет, необходимых для детальной разработки аппарата. В результате такой политики Япония планирует отказаться от слишком напряженного графика освоения космоса и сконцентрировать свое внимание на запусках КА меньшего масштаба, для подготовки которых требуется меньше времени.

Впечатляющим успехом японцев можно считать эксперименты с солнечным парусом, основная цель которых выполнить управляемый полёт, используя для этого энергию элементарных частиц Солнца. Японскими инженерами было осуществлено развёртывание солнечного паруса типа “клевер”  и “вентилятор” на высоте 169 км.

Что касается пилотируемых полётов, то  в планы  освоения  космоса  Японией они пока не входят.

 

           

Рис 3. Астероид  Itokawa. В верхней части видна тень КА Hayabusa

перед приземлением на астероид  Itokawa .

    

 

 

 

 2.3 Космонавтика Индии               

Тенденции развития индийской космонавтики также вызывает удивление специалистов в области космонавтики. Несмотря на то, что  в планы индийской организации по исследованию космоса (Indian Space Research Organisation — ISRO),  на данном этапе, не входят пилотируемые полёты, но тем не менее эта страна  за последние 12 лет  осуществила 12 успешных запусков и первая  в мире вывела на орбиту спутник,

Рис 4. Индийские спутники выводились на орбиту с помощью   4-ступенчатой ракеты- носителя PSLV-C6

 

предназначенный  для стереосъёмки поверхности Земли с высоты     618 километров. С помощью  снимков, сделанных этим аппаратом,             можно также создавать                  трёхмерные карты и            цифровые картографические модели Земли. В последнее время  Индия стала одним из ведущих поставщиков данных дистанционного зондирования Земли на мировой рынок – в том числе в Россию, у которая  таких спутников не имеет.

                  Значительных успехов индийские разработчики достигли и в двигателестроении. До сих пор на индийские ракеты GSLV, предназначенные для вывода спутников на геостационарные орбиты высотой 36 тыс. км, устанавливали разгонные блоки с криогенными двигателями российского производства. Однако скоро Индия введет в эксплуатацию свой собственный криогенный двигатель. Он уже успешно прошел квалификационные испытания, скоро должны состояться огневые испытания, а к концу 2006 года планируется его реальный запуск в составе ракеты GSLV.

                  Позиции новых космических держав, еще недавно относившихся к разряду стран «третьего мира», в области космических технологий и продуктов – в частности, космических снимков – становятся все крепче. Российские специалисты могут по-доброму позавидовать своим восточным коллегам, поскольку у них самих подобные достижения остались в далеком прошлом.

 3.Вклад  НПО им С.А.Лавочкина в космонавтику.

    3.1  Текущие проекты

Одно из ведущих мест в  российской космонавтике по разработке и практическому использованию непилотируемых средств для исследования космического пространства занимает НПО им. С.А.Лавочкина. Трудно переоценить вклад предприятия в становление космической промышленности России. За всю историю фирме удалось создать  ряд аппаратов, принимавших участие в исследовании нашей планеты и космического пространства. В настоящее время, если не считать военной сферы, НПО продолжает работать над созданием аппаратов для изучения Луны, Марса, Венеры, Солнца, Также имеются перспективные разработки в области народнохозяйственных спутников.

 

·  "Радиоастрон"

       Продолжается работа над проектом  "Радиоастрон", результатом которого должна стать  

 

международная орбитальная астрофизическая обсерватория  “Спектр-Р” по изучению Вселенной  в радиодиапазоне.

 

 

              Рис 5.   “Спектр-Р”

 

 

 

 “Спектр-УФ”  - орбитальная обсерватория, в задачи которой  входит изучение Вселенной в ультрафиолетовом диапазоне.

                            

                                                                    

                                                                         

        Рис. 6  Вид аппарата “Спектр-УФ” 

 

· "Фобос-Грунт".        

             Однако самым впечатляющим проектом России является программа "Фобос-Грунт". Это  единственный национальный проект по исследованию тел Солнечной системы, включенный в Федеральную космическую программу (ФКП) с датой запуска в 2009 г.

Особенностью планируемой миссии к Фобосу являются два обстоятельства – (1) доставка на Землю образцов вещества Фобоса и (2) исследование системы Марса, включающей саму планету, его спутники и околомарсианское пространство.

 

         

 Выбор Фобоса в качестве объекта исследований для предполагаемой межпланетной миссии связан с возможностью решения широкого спектра научных задач  физики Солнечной системы

   

Рис.7  Изображение Фобоса на фоне Марса

 

Рис 8. Вид перелетного модуля  “Фобос-Грунт”

 

Задачи миссии:

–         исследования физико-химических характеристик грунта Фобоса, что даст информацию о свойствах и эволюции реликтового вещества Солнечной системы.

–         выяснить роль столкновений космических тел в образовании планет земной группы, в эволюции их атмосфер, поверхности.

–       дать ответ на вопрос о происхождения марсианских спутников, их отношения к Марсу.

–         определение детальных параметров орбитального и собственного вращения Фобоса.

–         исследования физических условий среды вблизи Марса – пылевой составляющей, электрических и магнитных полей, характеристик взаимодействия солнечного ветра с плазменным окружением Марса.

–         мониторинг сезонных и климатических вариаций атмосферы и на поверхности Марса.

Сценарий миссии Фобос-Грунт

Выполнение экспедиции можно разбить на несколько этапов.

Первый этап – запуск космического аппарата (КА), вывод его на околоземную орбиту и модификация этой орбиты для оптимизации работы бортовых систем и условий выведения КА на отлетную траекторию к Марсу. Запуск производится с космодрома Байконур ракетой-носителем «Союз-2» в октябре 2009 года. Перелет Земля-Марс начинается после вывода КА на отлетную траекторию и завершается подлетом к Марсу на минимальное расстояние. Длительность этого этапа – 10,0-11,5 месяцев.

Следующий этап экспедиции – формирование орбиты космического аппарата для сближения с Фобосом. Этот этап с помощью трех импульсной схемы  был уже отработан в предыдущей экспедиции к Фобосу. В соответствии с этой схемой 1-й импульс торможения при подлете по пролетной параболической траектории КА к Марсу выводит КА на первую орбиту. Второй импульс, который также выполняется в перицентре, увеличивает перицентр КА до высоты орбиты Фобоса. Третий импульс в перицентре формирует круговую орбиту с радиусом приблизительно 9900 км (на ~500 км выше орбиты Фобоса) в плоскости орбиты Фобоса.

 

· Разгонный блок “Фрегат”

     Изготавливаются и эксплуатируются в составе ракет-носителей среднего и тяжелого класса,  разгонные блоки “Фрегат”, вобравшие в себя всё то лучшее, что было накоплено за многие годы работы НПО. Они способны выводить на различные орбиты сразу несколько КА, поскольку имеется возможность его многократного включения.            

 

 

 

 

Рис.9  Разгонный блок Фрегат с увеличенными топливными баками. (Фрегат-СБ)

 

 

 

 

 

 

 

· “Электо-Л”

              В настоящее время в НПО  готовится к испытаниям экспериментальный образец спутника “Электо-Л” – геостационарного гидрометеорологического аппарата второго поколения, обеспечивающего многоспектральную съёмку диска Земли в видимом и инфракрасном диапазонах.

Рис 10. “Электро-Л” 

 

    ·  “Аркон-2”

               В НПО им. С.А. Лавочкина начаты работы по созданию космического комплекса радиолокационного наблюдения “Аркон-2”, позволяющего оперативно получать данные об объектах, необнаруживаемых визуально (скрытых снегом, замаскированных и заглублённых), применять интерферометрические технологии для получения данных о рельефе местности , состоянии земных покровов и поверхности Мирового океана.

        

        

            Рис 11. Вид спутника  “Аркон-2”

 

 

·  Космический аппарат с солнечным парусом

        

 

   В России готовится к старту первый в мире космический аппарат (КА), который будет приводиться в движение давлением частиц истекающих из Солнца.

 

 

 

Рис. 12   Развёрнутый Солнечный парус СП 

 Оказавшись на орбите, спутник весом 100 кг развернет солнечный парус , состоящий из восьми лепестков, после чего начнутсят эксперименты по    маневрированию СП в космическом пространстве

 

    

 

 

 

 

 

 

        Рис 13.  КАСП на стенде

 

· Пневматическое тормозное устройство

 

                  Уже изготовлено и проходит серию испытаний пневматическое тормозное устройство (ПТУ), использование которого позволит в несколько раз увеличить удельную массу  возвращаемой на Землю полезной нагрузки. Если массовая доля полезной нагрузки в традиционных средствах составляет 20% , то при использовании ПТУ она составит до 80%.

 

                

          Рис.14 Пневматическое тормозное устройство в развёрнутом состоянии

 

 

  ·   MetNet

 

                 Стоит отметить ещё один российско-финляндский проект, получивший название MetNet, и  включающий в себя доставку на поверхность Марса нескольких малых научных станций для исследования её финскими приборами. В настоящее время идёт работа над экспериментальным образцом.

 

                          

Рис.15 Малая метеорологическая станция MetNet с наполненным основным надувным устройством перед входом в атмосферу

 

                               

Рис.16 Станция с раскрытым дополнительным надувным

 устройством перед посадкой на поверхность

 

· Беспилотные летательные аппараты

                В области беспилотной авиационной технике НПО им. Лавочкина создаёт  небольшие беспилотные автоматические    летательные аппараты (ЛА), предназначенные для решения многих хозяйственных задач и

Рис.17 Беспилотный ЛА

 

 задач в области национальной безопасности. Старт аппарата происходит в автоматическом режиме  с катапультных устройств, а посадка  осуществляется  на специальные амортизирующие устройства.       

 

· "Миллиметрон

Проект  создается для проведения фундаментальных космических исследований в миллиметровом, субмиллиметровом и инфракрасном диапазоне длин волн со сверхвысокой чувствительностью и сверхвысоким угловым разрешением.      

 

          Рис.18 "Миллиметрон"

 

 ·  “Не космические” разработки   

                                                  

               В НПО не обходит вниманием и “не космическую ” тематику, важным направлением которой является создание средств спасения. Результатом этой работы является  устройство  "Спасатель", разработанное по надувной космической технологии и предназначенное для индивидуального спасения людей и ценных грузов, находящихся на любом этаже высотного здания, например, во время пожара или при   других чрезвычайных ситуациях, требующих срочной эвакуации людей.

 

 

 

 

 

 

Также, по “не космической”

тематике разработаны технологии для дезинфекции воздуха, с помощью озона, в помещениях медицинского и производственного назначения. На основе этих технологий изготовлены озонаторы “Деконт-2” и ”ФУМ”.

 

 

             Рис.19 Макет ”Спасателя”

 

 

3.2 Перспективные направления работы НПО им.С.А.Лавочкина  

  

                Освоение космического пространства уже становится не только научной целью, но и весьма выгодным бизнесом. На сегодняшнем этапе положено начало “космическому туризму”, многие компании предоставляют коммерческие услуги на основе данных, полученных со своих спутников.

                    К перспективам можно отнести участие НПО им.С.А.Лавочкина  , совместно с американцами, в лунной программе; «Мы должны поддерживать и активно участвовать в программах развития Луны и построения лунных станций.», — заявил глава Федерального космического агенства (ФКА) Анатолий  Перминов. По плану данной программы  к 2015 году будет создана лунная станция, а уже с 2020 года начнётся промышленная добыча изотопа гелия-3 для термоядерной энергетики. Если данная программа будет осуществлена, то человечество не только приобретёт практически экологически чистый источник энергии, но и решит на много лет проблему ограниченности земных энергоресурсов.

 

 

 

 

4. Заключение

                 Правильный выбор задач и налаживание верных партнёрских отношений с большим числом разнопрофильных смежных организаций, объединяемых при разработке и реализации очередного космического проекта, позволяет НПО им. С.А. Лавочкина вносить весомый вклад в развитие космонавтики России.

                 Выбранный подход к реализации намеченных задач привёл к несомненному успеху, получившего международное признание, как например в исследованиях “утренней звезды” –Венеры.

                 Приведём  лишь наиболее впечатляющие из них:

- передача с поверхности Венеры цветных панорамных изображений с места посадки,      физико-химический анализ поверхностных и подповерхностных слоёв грунта. (КА Венера 13, Венера 14 1981г.)

-радиолокационное картографирование Северного полушария планеты, от полюса до 30˚ с.ш. (КА Венера 15, Венера 16 1983г.)

- проект “Венера-камета Галлея” (Вега), в соответствии с которым каждый из запущенных космических аппаратов “Вега-1” и “Вега-2” обеспечил возможность детального изучения двух небесных объектов-планеты и малого тела (каметы, периодически появляющейся в пределах солнечной системы).

- совокупность новых технических решений использованных в проекте Фобос (Фобос-1, старт 7 июля 1988г.  и Фобос-2, 12 июля 1988г.) привело к появлению автоматического КА с уникальными маневренными возможностями. Блестяще была завершена фаза эксперимента получившая название “небесная механика”, способствовавшая построению высокоточной теории движения Фобоса и уточнению его гравитационной постоянной.

            Полученные данные о Фобосе легли в основу нового уникального проекта Фобос-Грунт, реализация которого в НПО им. С.А. Лавочкина проводится высокими темпами.         

Литература    

1. НПО им. С.А. Лавочкина  “Сборник научных трудов” Москва 2001 г.

2.   “Новости космонавтики” Октябрь 2004 №10 стр. 28, 52-54.  

3.   “Новости космонавтики” Февраль 2004 №2 стр. 46, 56-57        

4.    “Новости космонавтики” Май 2003 №5 стр. 24-25, 37         

5. Официальный  сайт НПО им. С.А. Лавочкина http:// www. laspase.ru/. 
6. Интернет-сайт Института космических исследований http:// www. iki.rssi.ru/.