[31.01.11] Полвека назад впервые космическое пространство Земли пронзил корабль с человеком на борту. Имя первого космонавта — Юрия Гагарина — знали на всех континентах нашей планеты. Советский Союз стал первой космической державой. По инициативе Правительства Российской Федерации 2011 год в России объявлен Годом российской космонавтики в связи с 50-летием полета в космос Ю.А. Гагарина
На космическую отрасль работала и работает целая плеяда талантливых ученых, конструкторов, инженеров. И если летчиков-космонавтов и ведущих конструкторов знает весь мир, то имена многих разработчиков, особенно из Сибири, остаются за кадром. А ведь благодаря их самоотверженному труду Россия может гордиться своими достижениями
Между прочим, создание новосибирского Академгородка многим обязано и развитию космической отрасли. Научные институты, прежде всего, были ориентированы на то, чтобы завоевать передовые рубежи в атомной технике и в освоении ближнего и дальнего космоса. Руководивший в те годы страной Никита Хрущев грозился показать главному конкуренту Советского Союза в освоении космоса — США — «кузькину мать».
Заводы будут дымить в космосе
Открытия ученых Института физики полупроводников СО РАН основываются на использовании глубокого и чистого вакуума. Настоящим прорывом и переходом к наноэлектронике стала молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ) — выращивание монокристаллических тонких пленок и многослойных структур, состоящих из разнообразных химических соединений и твердых растворов с полупроводниковыми, металлическими или изолирующими свойствами с помощью молекулярных и атомных пучков в сверхвысоком вакууме.
При реализации процесса МЛЭ в наземных вакуумных установках факторами, лимитирующими получение высококачественных структур, являются глубина и чистота вакуума, производительность откачной системы, а также наличие стенок вакуумной камеры, накапливающих и отдающих компоненты молекулярных пучков и атмосферы остаточных газов, загрязняющих подложку и пленку. Эти недостатки могут быть устранены при выносе технологической бескорпусной установки в открытый космос в «кильватерную» область молекулярного экрана.
Первая сверхвысоковакуумная установка МЛЭ в ИФПП СО РАН была запущена уже в 1979 году. В настоящее время работа ученых направлена на создание и испытание наземных прототипов всех технологических систем установки МЛЭ, предназначенных для размещения в космосе. В качестве стендов для наземных испытаний основных узлов технологической оснастки будут использоваться многокамерные автоматизированные комплексы, созданные и функционирующие в Институте физики полупроводников. Дальнейшая работа направлена на создание и испытание наземных прототипов и натурных образцов всех технологических систем установок МЛЭ, предназначенных для выноса в космос и размещения на орбитальном комплексе, а затем — на международной космической станции.
Работы с использованием космического вакуума проводятся в настоящее время только в двух странах: США и России. По мнению заместителя директора по науке Института физики полупроводников СО РАН д.ф.-м.н., профессора Олега Пчелякова, уже в ближайшем будущем возможен вынос промышленности на орбиту. Технологии будущего позволят с минимальными инвестициями перенести промышленные гиганты в космическое пространство, значительно улучшив экологическую обстановку на Земле.
Траектория для ракеты
Чтобы первая ракета смогла бороздить просторы космоса, сотни ученых трудились над сложнейшими техническими задачами, такими как аэродинамика больших скоростей, горение, кинетика и турбулентность, прочность материалов и конструкций. В Институте теоретической и прикладной механики (ИТПМ СО РАН) был создан единственный в Советском Союзе уникальный комплекс различных аэродинамических труб и газодинамических установок, уникальная гиперзвуковая аэродинамическая труба адиабатического сжатия с мультипликаторами давления.
Как рассказал заместитель председателя СО РАН академик Василий Фомин, с середины 60-х годов ХХ века в Институте теоретической и прикладной механики (ИТПМ СО РАН) широким фронтом велись научные исследования, непосредственно связанные с освоением космического пространства. В частности, в лабораториях института проводились расчеты по оптимизации траекторий полета ракет и космических аппаратов, их обтекания потоком воздуха в различных условиях. В аэродинамических трубах и на газодинамических установках проводились эксперименты по изучению струйных течений, моделирующих работу многосопловой двигательной установки лунной ракеты, аэродинамических характеристик тел баллистического спуска, разделения боковых блоков ракеты-носителя «Энергия» и их спуска на Землю с помощью парашютных систем для повторного использования, проблем создания гиперзвуковых летательных аппаратов и их воздухозаборников. Один из проектов, над которым в настоящее время ведутся работы в ИТПМ СО РАН — разработка воздушно-космического самолета (ВКС), который взлетает и садится как самолет, а при полете в верхних слоях атмосферы и в космическом пространстве перемещается как ракета.
Кроме того, в институте был выполнен ряд новых программных разработок (ANGARA, RAMSES, SMILE, RUSAT и др.), которые широко используются Российским и Европейским космическими агентствами. В частности, созданные пакеты программ применяются для вычислений аэродинамических характеристик проектируемых в России новых пилотируемых космических кораблей. В последние годы ИТПМ СО РАН занимается разработкой аэродинамической базы данных для Европейско-Российского проекта «Эксперт». Основная цель проекта — создание возвращаемой капсулы и ее оснащение измерительной аппаратурой для анализа критических аэротермодинамических явлений в гиперзвуковом полете. Эту капсулу, так называемый «летный демонстратор», разрабатывают совместно Франция, Германия, Италия и Нидерланды.
«Взрываем» космос лучше всех
А вот метод сварки взрывом, найденный учеными Института гидродинамики (ИГиЛ СО РАН), до сих пор остается лучшим среди аналогичных изобретений. Академик РАН, доктор физико-математических наук, профессор Владимир Титов признается, что открытые сибирскими учеными технологии и сегодня являются востребованными в космической отрасли.
Долгое время в Институте гидродинамики велись работы по созданию противометеоритного оснащения. Испытаниям сибирских ученых подверглись все элементы корабля, скафандры. Был создан уникальный прибор, позволявший воссоздать метеоритный дождь и проанализировать возможные его последствия попадания на оборудование. Результатом исследований стало специальное оснащение, которое защищало космическую аппаратуру.
Познать Вселенную
Институт ядерной физики СО РАН также не остался в стороне от космических исследований. С середины 1990-х гг. до 2009 года сотрудники Института ядерной физики принимали активное участие в создании Большого адронного коллайдера (Швейцария). Ими созданы две магнитовакуумные системы длиной около 5,5 км каждая, большое количество электромагнитов, каждый длиной 6 метров и весом несколько тонн, а также серия магнитных линз. Все это оборудование общим весом 4000 тонн было доставлено в Женеву, где сборку производили сотрудники института. После монтирования инжекционных систем в первом же импульсе инжекции пучок протонов был проведен сквозь всю длину системы без единой коррекции, что может считаться уникальным результатом для оборудования такого уровня сложности.
Исследования Института ядерной физики играют большую роль в развитии современной космологии, в том числе при изучении недавно открытой «темной энергии», ответственной за ускоренный разлет нашей Вселенной, скрытой массы, о которой астрофизики ранее не подозревали. По современным астрофизическим представлениям темная материя должна состоять из стабильных (не распадающихся в течение десятка миллиардов лет) нейтральных частиц, участвующих только в гравитационном и слабом электрическом взаимодействиях, притом медленных, имеющих небольшую кинетическую энергию. Если такие частицы будут обнаружены, человечество сильно продвинется в понимании устройства Вселенной и ее эволюции. Свой вклад в космическую отрасль внесли и ученые Института химической кинетики и горения СО РАН. С 1975 года в нем успешно ведутся научные исследования по проблеме повышения энергосодержания ракетного топлива. В лаборатории горения конденсированных систем проводятся эксперименты со специально приготовленными композициями, которые должны позволить существенно повысить эффективность ракетного топлива.
Заместитель директора по научной работе Института автоматики и электрометрии (ИАиЭ) д.т.н. Валерий Киричук признался, что одно из ведущих направлений института — создание бортовых комплексов по вычленению опасности для Земли. Кроме того, ученые этого института нашли способ противостоять таким стихиям, как тайфун и торнадо.
Солнечную энергию «приручили» сибиряки
А вот некоторые передовые технологии, открытые учеными института теплофизики СО РАН, уже поставлены на производственные рельсы. В их числе такие изобретения, как топливные источники питания и тонкопленочные солнечные элементы. Физикам из Новосибирска не только удалось «приручить» солнечную энергию, но и успешно применить в космической отрасли. Как рассказал директор Института теплофизики им. Кутателадзе СО РАН, член-корреспондент РАН Сергей Алексеенко, в послужном списке ученых такие серьезные открытия, как защитные экраны для космических кораблей от веществ, образуемых при сгорании газа, а также высокоэффективные (в условиях гравитации!) теплообменники.
Эти и многие другие изобретения уже долгие годы служат верой и правдой российской космонавтике.
