Дорогу к далеким планетам торят и белорусские ученые
В октябре нынешнего года стартует российский космический аппарат к спутнику Марса Фобосу. В реализации этого проекта принимали участие и белорусские ученые – отдел плазменных аэрокосмических технологий Института тепло- и массообмена имени А.В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси.
Я помню, как два года назад сюда приехала группа специалистов из Центра аэродинамического и теплового проектирования космических аппаратов российского НПО имени Лавочкина вместе с его начальником Валерием Финченко. Я встречался и беседовал с Валерием Семеновичем, и он отметил следующее:
— Наш аппарат должен сесть на Фобос, сделать забор грунта, примерно сто граммов, и доставить его на Землю. Проблем здесь возникает множество. Посадка на Фобос осложнена тем, что у него слабая гравитация, там трудно, как мы говорим, «приякориться». Кроме того, мы хотим оставить модуль на поверхности спутника Марса, он будет там находиться в течение года. И нужно обеспечить его тепловую защиту. Ведь там, когда Фобос входит в тень Марса, температура падает с плюс 20 до минус 170.
— Валерий Семенович, а какая из проблем привела вас в Минск?
— Больше всего волнует возвращение нашего аппарата на Землю. И особенно вхождение его в плотные слои атмосферы. А он «вонзится» в них со скоростью 12 километров в секунду. Лобовая поверхность аппарата подвергнется тепловому удару в 11 тысяч градусов! Поэтому надо обеспечить надежную защиту. Этой проблемой мы и занимаемся с белорусскими специалистами. Коль температура достигает 11 тысяч градусов, то она должна пойти на испарение именно того материала, которым оснащена лобовая часть, и не повредить аппарата, не сжечь его. А чтобы беды такой не случилось, мы приезжаем в Минск и с руководителем отдела Владимиром Ермаченко «колдуем» у торцевого холловского ускорителя, который, кстати, создан им и его коллегами, ну и россияне внесли определенный вклад. Ускоритель способен создавать тепловые потоки плотностью до 40 мегаватт на метр квадратный. Это то, что надо. В общем, бывшие и будущие серьезные космические экспедиции начинались и начинаются отсюда.
И вот намеченная работа завершена, и завершена успешно. В документе, который прислали недавно из Москвы, дана высокая оценка тому, что сделали белорусы. В заключительной части его сказано: «Указанные испытания, моделирующие условия сверхорбитального входа КА в атмосферу Земли, впервые в мировой практике реализованы на установке ТХУ».
Почему «впервые в мировой практике»? Ведь летали уже космические корабли и на Луну, и на Марс, и на Венеру?
— При возвращении на Землю корабля с Луны скорость входа составляет 11,2 километра в секунду, а при возвращении аппарата с Марса она может достигнуть 12 и более километров в секунду, — поясняет Владимир Ермаченко. — Температура окутывающей плазмы достигает 13 тысяч градусов. Теплозащита аппарата подвергается сильнейшему воздействию. И очень важно, чтобы она была надежной. Но она должна быть и оптимальной, лишний вес в космических аппаратах не приветствуется. И мы обязаны на Земле все просчитать, все смоделировать, провести эксперименты в лабораторных условиях. Такую работу умеет выполнять наш ускоритель. И хоть создан он давно, но аналогов ему в мире пока нет. На нем, работая в рамках проекта «Фобос – Грунт», нашим коллективом впервые в мировой практике реализованы испытания тепловой защиты космического аппарата в условиях сверхорбитального входа в атмосферу Земли, когда скорость достигает 12,1 километра в секунду. Кстати, мы можем получать данные, даже если аппарат будет входить в атмосферу со скоростью до 80 километров в секунду. Это связано с тем, что на нашем ускорителе наряду с тепловым реализуются более совершенные механизмы ускорения плазмы в электромагнитном поле. Пока американцы и россияне использовали расчетные методы моделирования теплообмена. У них есть плазмотроны, но они не позволяют сделать то, что можем мы.
— Что представляет собой теплозащита аппарата для Фобоса?
— Она состоит из двух слоев. Наружный, разрушаемый слой выполнен из асботекстолита, который забирает на себя основную долю энергии. Второй слой теплоизолирующий – это стеклосоты. А дальше — корпус аппарата. На нем мы в итоге получаем не более 100 градусов.
— Каковы планы отдела на новый год?
— Исследования на ускорителе для НИИ космических систем будут продолжены. Кроме того, коллектив внес предложения в научно-техническую программу Союзного государства «Мониторинг – СГ». Первой строкой в них записано: «Выполнить экспериментально-теоретические исследования в обеспечение разработки теплозащиты спускаемых в атмосферу Венеры капсул с надувным тормозным устройством для космического аппарата «Венера – Д».
— Пару слов об этой российской межпланетной станции...
— Запуск намечен на декабрь 2016 года. В задачи станции входят исследования состава атмосферы и поверхности Утренней звезды и выяснение причин отсутствия воды на этой планете. А буква Д означает, что миссия будет длительной. В состав станции входит орбитальный блок, спускаемый аппарат и два баллона. Эти баллоны будут сброшены со спускаемого аппарата при его снижении и станут исследовать состав атмосферы. А спускаемый аппарат за короткое время работы на поверхности планеты должен успеть собрать и передать на Землю необходимую информацию. Аппарат будет изучать состав атмосферы и облака Венеры, а также исследовать грунт на поверхности. Так вот, в состав космического аппарата входят аппараты-капсулы, о которых говорится в наших предложениях. Они будут входить в атмосферу Венеры со скоростью 11 километров в секунду, и мы должны разработать и создать эффективную гибкую тепловую защиту для тормозного надувного устройства.
Кроме того, планируются экспедиции на Марс в 2014—2016 годах с марсоходом, который возьмет грунт и доставит его на Землю.
Думаю, если работы по межпланетной станции «Венера – Д» и космической экспедиции на Марс будут поручены нам, мы справимся. У нас есть богатый опыт, накопленный еще в советское время.
На снимке: коллектив отдела плазменных аэрокосмических технологий. Третий справа — руководитель Владимир ЕРМАЧЕНКО.
Фото: Евгений КАЗЮКИН
