Вячеслав Темкин, победитель форума «Сильные идеи для нового времени», предлагает освоить так называемый «низкий космос». В рамках проекта АСИ «Страну меняют люди» он рассказал про значение низкого космоса для России, возможные области применения маленьких спутников и разработку двигателя на основе электромагнитных ловушек.
Космос разный. Низким космосом принято считать высоты над поверхностью Земли от 160 км до 2000 км. Однако для нашего проекта низкий космос — это высоты от 160 до 200 километров.
Сейчас низкоорбитальные спутники работают на высотах выше 500 км. Ниже, на высотах примерно 350 — 500 км, место работы Международной космической станции, которая в принципе может опускаться на высоты до 270 км. Поэтому занимать эти высоты по международным соглашениям нельзя. Еще ниже, особенно на интересующих нас высотах 160 — 200 км, присутствует остаточная атмосфера. Она оказывает торможение на летящие «тела», в том числе спутники. Торможение усиливается по мере снижения высоты. По этой причине свободно летящее тело сойдёт с орбиты за несколько дней. На спутниках устанавливают специальные двигатели, которые поддерживают заданную орбиту.
Но спутник же запускается не просто так. На нём установлена полезная нагрузка, например, оборудование для дистанционного зондирования Земли, связи… Такое оборудование очень дорогое. В итоге просто экономически нецелесообразно — запускать спутник на нижние высоты на несколько недель. Попытки освоить низкий космос делались неоднократно, но препятствовало отсутствие двигателя, который мог бы работать экономно и эффективно, в идеале — без топлива, взятого с Земли. Как раз такую разработку с моими коллегами, в первую очередь отмечу Вячеслава Геннадьевича Певгова, мы и реализуем. В данном направлении мы постарались реализовать несколько технических решений. Во-первых, были разработаны и изготовлены образцы ионных двигателей с корпусом из сублимированного пластика. Пластик служит рабочим телом: в вакууме он начинает испаряться в зону зажигания плазмы и позволяет ей загореться и устойчиво поддерживать горение. Нами были решены конструктивные и технологические проблемы, связанные с равномерным испарением пластика. Это важный момент, потому что, по сути, испаряется корпус, на который намотана катушка (тонкая проволока). При неравномерном испарении возникнет перекос этой катушки, и двигатель откажет. Хотя решение интересное под определенные задачи: плотность пластика намного выше плотности сжиженного «топлива», а значит его хватит на более длительное время. Кроме этого, у нас есть техническое решение создания двигателя на спирте. Такое решение имеет ряд преимуществ перед решением на сублимированном пластике, так как спирт проще заставить равномерно испаряться. Вероятно, оно тоже будет востребовано для некоторых задач. Но основным направлением нашей разработки стало создание двигателя, который будет использовать газы остаточной атмосферы в качестве «топлива». В настоящее время по данному направлению в мире работают специалисты в разных странах, но пока никто не продемонстрировал существенные результаты. Есть разные изобретения, патенты, которые на сегодняшний день не реализованы. Вероятно, многие из них так и не удастся никогда реализовать «в лоб» без принципиальной доработки. Заложенные в них технические решения не позволяют получить достаточную ионизацию остаточных газов, чтобы плазма зажигалась и стабильно горела.
К сожалению, пока мы не можем измерить тягу таких двигателей из-за отсутствия необходимого измерительного оборудования. Но, по крайней мере в лабораторных условиях, мы смогли получить достаточную ионизацию, зажечь плазму и поддерживать горение длительное время. При этом ионный поток визуально сформирован, следовательно, тяга должна быть. Для небольших спутников потребуется небольшая тяга, менее 1 мН. При этом для зажигания плазмы и ее поддержания мы должны обеспечить электропитание двигателя. Но это небольшие электрические мощности до 25 Вт. Сразу отмечу, что в процессе разработки и экспериментов нам удавалось достигать результата даже при 10 Вт. Небольшие солнечные батареи вполне обеспечат такое электропотребление.
— Фактически только отсутствие необходимого стендового оборудования (которое есть на предприятиях Роскосмоса) и отсутствие небольшого, но достаточного бюджета. Мы проводим исследования и разработку за собственные средства, мы не получали гранты и иное финансирование. Всё за свой счет. И зачастую в условиях отсутствия финансов приходится использовать некачественные детали и низкосортные материалы. А это приводит к отказам и не позволяет добиться чистоты экспериментов. Теряем самое дорогое — время.
— Пока не было. Только планомерная работа. К байкам можно отнести упреки скептиков. Например, зачем нужен такой бесполезный спутник, на него нет маленьких полезных нагрузок, а если есть, то нет возможности обеспечить их питание. Вот это действительно байки. Мы с коллегами уже создали работающий прототип радара для дистанционного зондирования Земли. Он менее 5 кг, а необходимая мощность всего до 30 Вт. Еще скептические претензии из разряда баек: на высотах 160—200 км атомарный кислород быстро «съест» и двигатель, и полезную нагрузку, и спутник. Что я хочу на данные претензии ответить? Во-первых, это задача второго рода. Первично — сам «атмосферный» двигатель. Во-вторых, защитить конструкцию от воздействия атомарного кислорода — это рабочая проблема, которая решается. Здесь уместно выражение: кто хочет сделать — делает, кто не хочет — ищет причину.
— Во-первых, он имеет оборонное значение. Наш проект прежде всего направлен на повышение обороноспособности России. Наша технология при реализации мероприятий, направленных на защиту государственной тайны, могла бы помочь стране монопольно закрепиться на орбитах нижнего космоса на долгие годы и решать прикладные задачи. Например, использование потенциала низкого космоса поможет значительно повысить эффективность связи между военнослужащими. Во-вторых, маленькие и дешёвые спутники на низких орбитах — как пальцы у руки — могут выполнять различные задачи. Например, большие спутники на более высоких орбитах, имея лучшую энергетику, могут стать «головой» и управлять такими пальцами. Они могут ретранслировать сигналы, а маленькие спутники, находясь ближе к Земле, будут более эффективно решать конкретные задачи — дистанционное зондирование, оптическое наблюдение. А наблюдать с высоты 150—200 километров — гораздо эффективнее, чем с 500 километров… Еще раз отмечу. Мы не говорим о том, что большие спутники с более высоких орбит будут не нужны. Мы говорим о том, что маленькие спутники на низких орбитах — в помощь большим. Они должны работать в системе, дополняя их функционал и повышая эффективность.
— Мы рассматриваем эту разработку, в первую очередь, как важный вклад в национальные интересы и безопасность России. Даже интеллектуальную собственность мы готовы передать Российской Федерации при успешном завершении разработки. За себя скажу, что я родился в Советском Союзе и по факту познал счастливое советское детство. Именно тогда во мне были заложены определенные качества, в том числе патриотизм. Да, Советского Союза нет, но родная земля есть и будет. Земля, на которой мои предки жили и работали больше тысячи лет, которую защищали и любили. И чтобы не потерять эту землю и право на свой уклад жизни, свою культуру, традиции, историю, вековые ценности, важно просто хорошо делать своё дело. Сейчас мое дело — это разработки. И «низкий космос» — одна из них. Внедрение этих разработок даются с большим трудом. Но ни я, ни мои коллеги не опускаем руки. И что-то получается внедрить, к сожалению, часто «вопреки». Много достойных инициатив не реализуется, хотя их эффект был бы значимым. Причины понятны, но устранить их действительно непросто. Поэтому моя внутренняя мотивация с проектом превосходства в низком космосе —пробить все барьеры и внедрить его. Как говорят «гонят в дверь, лезет в окно». По-другому не получится, нужно начинать с себя, а не искать виноватых. Россия всегда была лидером в освоении космоса. Сегодня у нас в стране достаточно умных людей, специалистов, и довольствоваться статусом «космического такси» совершенно безответственно. Мы просто обязаны семимильными шагами идти вперед и покорять не только низкий космос. В отношении низкого космоса отмечу, что, объединив полученный нами задел с компетенциями Роскосмоса,
Россия может стать «первопроходцем» в освоении низкого космоса, а низкий космос на годы — российским. Помочь этому — моя обязанность как гражданина, как патриота, как русского человека.