«Юбилейный космический апрель» и «Звездная Гагаринская Ассамблея»: об инновационных проектах и долгосрочных научных программах исследования и освоения других планет, Национальных астронавтических приоритетах и международной квантономической кооперации в сфере квантовых коммуникаций и квантовых технологий, квантовых компьютеров и квантовых вычислений

21.04.2021

Источник: Инвестиции в России, 21.04.2021, Леонид РАТКИН



Весь апрель 2021 года – «юбилейный космический»: Академические Королевские чтения по космонавтике, Международная конференция «Human In Space», Научные чтения памяти Т.Р.Рыскулова и Общее собрание членов Российской академии наук… В России и за рубежом были организованы не десятки, а сотни масштабных научных форумов и симпозиумов, на которых обсуждались перспективы освоения космического пространства и инвестиции в астронавтические проекты и программы. О наиболее интересных из них повествуется в публикации.

С 30 марта по начало апреля 2021 года Российская академия наук (РАН), Государственная корпорация по космической деятельности «РОСКОСМОС», Комиссия РАН по разработке научного наследия пионеров освоения космического пространства и Московский государственный технический университет (МГТУ) имени Н.Э.Баумана (Национальный технический университет) при участии Отделения энергетики, машиностроения, механики и процессов правления (ОЭММПУ) РАН, ряда академических институтов, ведущих российских вузов и промышленных предприятий организовали и провели XLV академические чтения по космонавтике, посвященные памяти академика С.П.Королева и других выдающихся отечественных ученых – пионеров освоения космического пространства.

Чтения открылись приветственным словом ректора МГТУ имени Н.Э.Баумана, д.т.н. А.А.Александрова. Анатолий Александрович напомнил о том, что 12 апреля отмечается 60-летие со дня первого полета Человека в космос – советского космонавта Ю.А.Гагарина (12.04.1961). «Легендарная Бауманка» является одним из ведущих отечественных вузов и «кузницей высококвалифицированных кадров» для космической промышленности.

Генеральный конструктор по летной эксплуатации, испытаниям ракетно-космических комплексов и систем ПАО «РКК «Энергия»», член корреспондент РАН В.А.Соловьев представил доклад, посвященный памяти выпускника МВТУ имени Н.Э.Баумана (1978), академика РАН (2011), члена Президиума РАН (2017) Евгения Анатольевича Микрина (15.10.1955-05.05.2020). Владимир Алексеевич напомнил участникам и гостям Королевских академических чтений о том, что Евгений Анатольевич Микрин был генеральным конструктором по пилотируемым космическим системам и комплексам РФ, генеральным конструктором ПАО «РКК «Энергия»», всемирно-известным ученым в сфере механики и процессов управления, академиком РАН, доктором технических наук, профессором, Заслеженным деятелем науки РФ, Лауреатом премий Правительства РФ, премий имени Б.Н.Петрова, имени К.Э.Циолковского и имени Ф.А.Цандера РАН. С 1983 по 1988 годы под руководством и при непосредственном участии Е.А.Микрина было разработано и создано программное обеспечение (ПО) для управления объединенной двигательной установкой многоразового орбитального корабля «Буран» универсальной ракетно-космической системы «Энергия-Буран». Также под руководством Е.А.Микрина была разработана Система управления функционального грузового блока «Заря» (1998), спроектирован уникальный бортовой комплекс управления основных модулей Российского сегмента (РС) Международной космической станции (МКС), создано ПО базового блока «Звезда» (2000). В 2001 году и Институте проблем управления имени В.А.Трапезникова РАН Евгений Анатольевич защитил диссертацию на соискание ученой степени доктора технических наук на тему «Модели и методы проектирования информационно-управляющих систем реального времени долговременных орбитальных станций (на примере МКС)». С 2000 по 2010 годы Е.А.Микрин руководил работами по созданию систем управления малых исследовательских модулей «Поиск» и «Рассвет». Евгений Анатольевич организовал эффективную работу партнеров по созданию систем управления и приборов для Европейского автоматического транспортного корабля (ATV) в составе РС МКС (с 2008 по 2014 годы), информационно-управляющих систем для тренажеров Центров подготовки космонавтов и астронавтов в Звездном городке (Россия), Хьюстоне (США), Кельне (ФРГ) и Тулузе (Франция). Под руководством Е.А.Микрина была проведена поэтапная модернизация ТПК «Союз» и ТГК «Прогресс». Ключевыми компонентами транспортно-пассажирских и транспортно-грузовых космических кораблей является бортовой комплекс управления и его ПО. Например, разработка и применение на борту ТПК и ТГК специальной аппаратуры позволила существенно сократить время выполнения сближения кораблей с МКС. Евгений Анатольевич участвовал в формировании концепции создания базовых универсальных многофункциональных космических аппаратов и внедрения в производство передовых технологий при разработке приборов и систем управления, реализованных на автоматических космических аппаратах (КА) нового поколения на базе негерметичной универсальной платформы.

Рассматривая проблематику создания пилотируемого транспортного корабля нового поколения, следует отметить, что к числу основных задач, в частности, относятся НИР и ОКР по созданию высоконадежных транспортных систем и комплексов не только для оперативной доставки и возвращения экипажей и грузов на орбиту Луны с обеспечением возвращения экипажей с объектов окололунной орбитальной инфраструктуры, но также и для доставки и возвращения экипажей и грузов на орбитальные пилотируемые станции и комплексы с обеспечением аварийного спасения экипажей. Например, для околоземного полета при стартовой массе до 14,4 тонн с экипажем до 4 человек масса полезного груза (МПГ) составит полтонны, т.е. 500 кг, а продолжительность автономного полета – до 30 суток, а в составе станции – до 365 суток. Для сравнения: полет к Луне при стартовой массе до 20 тонн с экипажем до 4 человек предполагает МПГ всего 100 кг (т.е., в 5 раз меньше!!!), а продолжительность полета в автономном полете – до 10 суток (в 3 раза меньше!!), а в составе станции – до 180 суток (в 2 раза меньше!). В любом из перечисленных вариантов перегрузка при выведении составит 4 единицы, при штатном спуске – 3 единицы, а точность посадки – 7 км. Вспоминая о научных заслугах академика Е.А.Микрина, нельзя не упомянуть о его образовательной деятельности, он заведовал двумя кафедрами: «Системы автоматического управления» МГТУ имени Н.Э.Баумана (президент МГТУ имени Н.Э.Баумана – член Бюро Отделения нанотехнологий и информационных технологий РАН, академик РАН И.Б.Федоров) и «Аэрофизическая механика и управление движением» Московского физико-технического института (ректор – член-корреспондент РАН Н.Н.Кудрявцев). Евгений Анатольевич был заместителем академика-секретаря ОЭММПУ и руководителем секции «Проблемы машиностроения и процессы управления». В течение ряда лет академик РАН Е.А.Микрин являлся Председателем комиссии по разработке научного наследия пионеров освоения космического пространства, организатором и руководителем научной конференции «Академические чтения по Космонавтике, посвященные памяти академика С.П.Королева и других выдающихся отечественных ученых – пионеров освоения космического пространства («Королевские чтения»), неоднократно открывая пленарные заседания Королевских Академических чтений.

С приветственным словом к участникам и гостям XLV Академических чтений по космонавтике обратился Генеральный директор Государственной корпорации по космической деятельности «РОСКОСМОС» д.т.н., д.филос.н. Д.О.Рогозин. Дмитрий Олегович, в частности, напомнил о ряде юбилейных «космических» дат в 2021 году: например, о 110-летии со дня рождения крупного организатора советской науки, одного из идеологов советской космической программы, Президента Академии наук (АН) СССР (19.05.1961-19.05.1975) академика М.В.Келдыша (10.02.1911-24.06.1978), 100-летии советского и российского математика и механика, основателя научной школы по проблематике динамики космического полета академика РАН Д.Е.Охоцимского (26.02.1921-18.12.2005).

Доклад Генерального конструктора по автоматическим и системам и комплексам – заместителя генерального директора АО «ЦНИИмаш» В.В.Хартова был посвящен инновационным тенденциям и новым технологиям в сфере автоматических космических систем и комплексов (АКСК). Виктор Владимирович напомнил о ключевых направлениях АКСК, среди которых следует особо отметить дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ), навигацию, метеорологию, оборону и безопасность, фундаментальные и прикладные научные исследования и разработки, и телекоммуникационные приложения. В ряду крупнейших космических обсерваторий России и других стран наиболее заметны такие, как Гамма-Астрономическая Многофункциональная Модульная Аппаратура («ГАММА-400»), орбитальная астрофизическая обсерватория «Спектр-РГ», космический телескоп «Спектр-УФ», космическая обсерватория миллиметрового и инфракрасного диапазонов длин волн «Спектр-М», космический радиотелескоп «Спектр-Р». Перспективен для проведения широкого спектра научных исследований КА «Луна-Глоб» («Луна-25») для отработки мягкой посадки на Луну и проведения цикла фундаментальных и прикладных исследований лунных южных приполярных районов.

Если КА «Луна-Глоб» («Луна-25») предназначен для комплексных исследований на поверхности Луны, а также отработки технологии мягкой посадки с баллистико-навигационным обеспечением (БНО) и оценкой надежности элементов радиационно-стойкой электронной компонентной базы (ЭКБ), то КА «Луна – Ресурс ОА» («Луна-26») ориентирован на проведение дистанционных исследований поверхности Луны с выбором места посадки для пилотируемых КА, картированием лунных летучих веществ и полезных ископаемых, настройкой комплексов ретрансляции и связи с БНО и системами коррекции и поддержания орбиты. Соответственно, миссия КА «Луна – Ресурс ПА» («Луна-27») сложнее и состоит в проведении контактных исследований Луны в околополярной области с отработкой безопасной посадки в сложных геологических условиях, тестированием элементов радиационно-стойкой ЭКБ с изучением проб реголита и льда, а также с экзосферными исследованиями. Наконец, КА «Луна – Грунт» (Луна-28») предназначен для проведения криогенного бурения и доставки образцов грунта Луны на Землю, что, в частности, предполагает тестирование комплексов безопасной мягкой посадки в сложных геологических условиях и систем взлета с поверхности Луны.

На этапах освоения Луны с 2016 по 2025 годы инвестиционно-привлекательными являются проекты по формированию высоконадежных систем связи, ретрансляции и дистанционного зондирования лунной поверхности. Запланирован большой объем работ по тестированию широкого спектра технологий в сфере телекоммуникации, картографирования, навигации (в т.ч., с выбором места посадки), для поиска ресурсов и полезных ископаемых и моделированием лунной поверхности. На автоматические научные станции возложена миссия по тестированию систем мягкой посадки, ЭКБ, взлета, криогенного бурения, контактных исследований и забора лунного грунта с доставкой его на Землю.

С 2026 по 2030-2035 годы (на 5-10 лет) объем задач удваивается: помимо отработки систем связи и ретрансляции сигналов для дистанционного зондирования Луны (что предполагает разработку высокоскоростных телекоммуникационных систем с применением квантовых технологий и квантовых коммуникаций, оперативный мониторинг с элементами квантовых вычислений, применение суперкомпьютеров и квантовых компьютеров для построения модели лунной поверхности с высокой степенью разрешения, в т.ч., для поиска полезных ископаемых и возобновляемых ресурсов), для создания компонентов многоразовой лунной транспортной инфраструктуры необходимо проектирование систем дозаправки на Луне, автономной стыковки, многоразовых систем посадки с доступом практический к любой точке поверхности Луны. Не менее актуально создание роботизированных комплексов и систем с элементами искусственного интеллекта (ИИ) для автономной установки научных приборов, контактных исследований и длительного обслуживания всех компонентов лунной инфраструктуры.

С точки зрения инвестиционного проектирования и реализации долгосрочных научно-исследовательских программ по изучению Луны и других планет, принципиально по-разному смотрятся миссии 2016 и 2022 годов совместного проекта Государственной корпорации «РОСКОСМОС» Европейского космического агентства «Экзомарс». В 2016 году использовался орбитальный модуль и демонстрационный блок для входа в атмосферу Марса, спуска и посадки. В 2022 году цель принципиально иная: необходимо доставить на марсианскую поверхность российскую посадочную платформу и европейский марсоход для выполнения совместной долгосрочной программы научных исследований. В середине марта 2021 года после завершения успешных натурных испытаний КА «ЭкзоМарс-2022» благополучно вернулся в отделение компании «Thales Alenia Space» (г. Турин, Италия) для проведения дальнейших функциональных испытаний. В перспективе суперкомпьютерные системы наряду с квантовыми компьютерами и квантовыми вычислениями, квантовыми технологиями и квантовыми коммуникациями могут использоваться для подготовки комплексных решений для организации сверхдальних миссий за пределы Солнечной системы. Например, для полета со скоростью менее 20 км/с (10 лет ~ 50 а.е.) достаточно использование жидкостного ракетного двигателя, но для полета со скоростями от 20 до 100 км/с (20 лет ~ 200 а.е.) потребуется разгонная ядерная энергодвигательная установка (ЯЭУ) мощностью порядка 1 МВт, а на скоростях до 1000 км/с (100 лет ~ 50-100 а.е.) – ЯЭУ даже не 10МВт, а минимум 100 МВт! При изучении межзвездного пространства, исследовании Солнечной системы вне плоскости эклиптики, «серфинге» по границе гелиопаузы нужны высокомощные ЯЭУ, и работы по их созданию необходимо проводить уже сейчас, поэтому совершенно очевидно решение России о создании космического транспортно-энергетического комплекса (КТЭК) с ЯЭУ! Поскольку КТЭК с ЯЭУ и МКС – два независимых проекта, предпочтительней инвестирование создания Российской орбитальной станции и КТЭК с ЯЭУ. После 2024 года решение об эксплуатации МКС будет принято на основании анализа состояния блоков и модулей МКС, в большинстве совсем уже выработавших свой ресурс.

В настоящее время на орбите Земли функционирует множество автоматических космических систем и комплексов, из них 38 предназначены для телекоммуникации, вещания и ретрансляции сигналов, 27 – для навигации, 14 – для ДЗЗ, 13 – экспериментальных и малых КА, и только 1 – для фундаментальных космических исследований!! Современные тенденции развития космических систем таковы, что в создании многоспутниковых (гиперспутниковых) орбитальных группировок на базе малых КА прочное лидерство – за производителем космической техники «Space Exploration Technologies Corporation» (США). Есть и другие компании в США, Великобритании, Канаде и других странах, но уровень капитализации и степень привлечения государственных и частных инвестиций под научные разработки и практические пуски в компании «SpaceX» достаточно высок, что делает на ближайшую перспективу их труднодосягаемыми даже для телекоммуникационных компаний-конкурентов внутри США.

Среди российских разработок для проектирования многоспутниковых космических систем следует, прежде всего, отметить программно-моделирующий комплекс с шифром «Интеграл-Д». Российские системы ДЗЗ позволяют проводить высокодетальную съемку Земли в видимом и ближнем ИК-диапазонах частот с разрешением 0.4-1.2м/пиксель с периодичностью наблюдения любой точки на территории России в светлое время суток 1-1.5 часа (без учета метеорологических условий) и оперативностью доставки целевой информации высшего приоритета в 15 минут! Также доступна всепогодная радиолокационная съемка Земли с наилучшим пространственным разрешением от 0.5 до 40 м в различных режимах и диапазонах с периодичностью наблюдения данных ДЗЗ по районам РФ и прилегающим территориям в 15 минут. Возможна обзорная мониторинговая съемка Земли в видимом и ближнем ИК-диапазонах частот с разрешением 2-5 м/пиксель и периодичностью обновления изображений по всех территории России не более 1 суток (без учета метеорологических условий).

Общими принципами создания унифицированных малых платформ являются не только предоставление необходимых ресурсов с унификацией тепловых, информационных и электрических интерфейсов для размещения различной целевой аппаратуры, но и миниатюризация и повышение характеристики служебных систем на базе гибкого применения современной доступной ЭКБ, а также максимальная серийность платформ, единых для КА разного назначения. Для перспективной космической информационной инфраструктуры «Сфера» целесообразно использованием типовой платформы МКА с массой КА порядка 200 кг: масса составляет не более 150 кг, максимальная скорость разворотов – не более 3 градусов в секунду, масса полезной нагрузки не превышает 60 кг, электрическая мощность средневитковая – не менее 200 Вт (пиковая – 1 КВт), высока орбиты – от 400 до 700 км, погрешность ориентации – от 3 до 5 угловых минут, диапазон углов разворотов по крену – от -40 до +40 градусов, по тангажу – от -30 до +30 градусов, при этом погрешность определения координат – в диапазоне от 10 до 15 м.

Среди основных сфер использования технологий ИИ в космической технике на ближайшую перспективу можно отметить проектирование, испытание и управление в целом жизненным циклом (ЖЦ) космических систем и комплексов с составляющими их компонентами, управление многоспутниковыми группировками, создание бортовых систем обработки спутниковых данных, конструирование робототехнических систем космического назначения, инжиниринг бортовых систем управления КА и формирование наземных систем обработки спутниковых данных, включая большие пассивы разнородных неструктурированных данных Big Data.

Актуальность использования технологий ИИ в космической отрасли обусловлена рядом факторов, среди которых следует отметить создание перспективных спутниковых систем с переходом к качественно новым технологиям управления (от управления отдельными КА – к согласованному управлению орбитальной группировкой в целом), расширение спектра и повышение уровня сложности целевых задач (решаемых с применением космических средств с ужесточением требований к оперативности их решения), повышение требований к составу и качеству предоставляемых космических услуг и сервисов, накопление массивов разнородных неструктурированных данных (требующих создания качественно новых систем их обработки), повышение требований к уровню автономности и живучести КА и орбитальной группировки в целом, а также высокая конкуренция на рынке космических услуг.

Основными принципами построения и организации многоспутниковой системы, в частности, являются самоорганизация целевого применения с децентрализованным управлением маршрутизацией, многоцелевое применение с оптимальной степенью однородности орбитальной спутниковой группировки, автономная поддержка баллистической конфигурации, быстрое наращивание орбитальной группировки в необходимые периоды времени, применение унифицированных целевых комплексов, отработка технологий группового запуска КА и массового производства КА, совершенствование технологий на экспериментальных КА, предельно допустимое снижение массы и цены КА, а также интеллектуальная бортовая обработка целевой информации. Т.о., перспективой является освоение широкого спектра технологий, в т.ч., по дозаправке на орбите, беспроводным технологиям, программному определению полезных нагрузок, орбитальной сборке, конструированию ЯЭУ и созданию «орбитальных фабрик».

Шестидесятилетие первого полета Человека в космос – советского космонавта Юрия Алексеевича Гагарина (12.04.1961) было темой выступления директора Института медико-биологических проблем (ИМБП) РАН академика РАН О.И.Орлова. Доклад Олега Игоревича предварили цитаты конструктора ракетно-космических систем и председателя Совета главных конструкторов СССР, академика АН СССР С.П.Королева (12.01.1907-14.01.1966) и Президента АН СССР (19.05.1961-19.05.1975) академика АН СССР М.В.Келдыша (10.02.1911-24.06.1978). Если известная фраза Сергея Павловича «Мы верим, что прогресс науки и техники приведет к осуществлению пилотируемых полетов…» звучит оптимистично и жизнеутверждающе, то математически точно и скрупулезно воспринимаются слова Мстислава Всеволодовича: «…то, что предстоит сделать, требует наряду с другими научными исследованиями больших усилий биологов и ученых-медиков по изучению поведения человеческого организма в новой обстановке и обеспечению условий нормального его существования». Действительно, космическая физиология тесно взаимосвязана с другими направлениями физиологических наук: общей физиологией, эволюционной физиологией, экологической физиологией, физиологией экстремальных состояний, физиологией спорта, подводной физиологией, авиационной физиологией и гравитационной физиологией! Например, еще при полете космического корабля «Союз-9» с 1 по 19 июня 1970 года летчиками-космонавтами А.Г.Николаевым и В.И.Севастьяновым был установлен абсолютный рекорд продолжительности автономного полета в космосе – 17 суток 16 часов 58 минут 55 секунд. Уже тогда длительное пребывание в условиях космического полета привело к развитию у космонавтов выраженных явлений детренированности организма.

Следует отметить, что влияние невесомости на гравитационно-зависимые системы различно: например, оно приводит к снижению объема циркулирующей крови и дегидратации, к атаксии и атрофии с атонией мышц с нарушением регуляции произвольных движений, к сенсорным нарушениям, функциональной гиподинамии миокарда, отрицательному электролитному балансу с деминерализацией костной ткани и другим нарушениям. Перечисленные факторы способствуют снижению резервных возможностей функциональных систем, сокращению устойчивости организма к действию неблагоприятных факторов, возрастанию риска заболеваний и изменению реакции организма на применение средств профилактики и терапии. Космическая физиология и медицина позволяет определить основные факторы риска в космическом полете и минимизировать их влияние, разработать требования к условиям обитания и деятельности летчиков-космонавтов, осуществить медико-санитарное сопровождение разработки и испытаний КА нескольких поколений, выявить основные физиологические системы – мишени (наиболее подверженные неблагоприятному влиянию невесомости и других факторов полета), изучить основные механизмы регуляции функций и закономерности адаптации к условиям невесомости, а также создать Систему управления состояния человека в космическом полете.

Современная Система медицинского обеспечения космических экипажей включает в себя, как правило, три этапа. На начальном, предполетном периоде проводится медицинский отбор и подготовка космонавтов с периодическим клинико-физиологическим обследованием и сертификацией здоровья. Медицинское обеспечение в полете включает контроль и прогнозирование состояния здоровья, профилактические мероприятия, медицинскую помощь, планирование и контроль режимов деятельности, психологическую поддержку, мониторинг среды обитания и обеспечение радиационной безопасности. На завершающем этапе проводится послеполетное медицинское обеспечение, включающее комплекс реабилитационных мероприятий и разработку методов поддержания работоспособного состояния с восстановлением всех основных функций и систем организма. В ИМБП РАН накоплен уникальный опыт работы с космонавтами после длительных космических полетов по программам «Салют», «Мир» и МКС: например, космонавты А.Н.Березовой и В.В.Лебедев провели на космической станции (КС) «Салют-7» 211 дней (полет с 14 мая 1981 года по 12 февраля 1982 года), Л.Д.Кизим, В.А.Соловьев, О.Ю.Атьков на КС «Салют-7» - 237 дней (полет с 7 февраля по 2 октября 1984 года), Ю.В.Романенко на КС «Мир» - 326 дней (полет с 5 февраля по 29 октября 1987 года), В.Г.Титов и М.Х.Манаров на КС «Мир» - 365 дней (с 21 декабря 1987 года по 21 декабря 1988 года), С.К.Крикалев на КС «Мир» - 311 дней (с 11 мая 1991 года по 25 марта 1992 года), В.В.Поляков на КС «Мир» - 437 дней (с 8 января 1994 года по 22 марта 1995 года)…

Влияние магнитного поля Земли на биологические системы разнообразно: от прямой магниторецепции с наличием естественных магнититов в цитоскелете (магнитосомы) до ферромагнитных наночастиц в цитоскелете с обеспечением биохимических реакций с участием радикалов, от ионных интерференций в комплексах «ион-белок» с ориентационными и концентрационными изменениями биологически активных молекул в растворе до изменения структурных особенностей жидкой воды с вибрацией волокон при прохождении импульсов, а также взаимодействие с магнитным полем человека и информационное взаимодействие…

В рамках изучения поведения человека в гипомагнитной среде в ИМБП РАН был проведен эксперимент «Арфа-19», в ходе которого проводилось исследование влияния моделируемого фактора гипомагнитной среды (снижение магнитного поля ориентировочно в 800 раз!) на когнитивные, операторские функции, слуховой анализатор, показатели болевой чувствительности, кардио-респираторную систему организма человека в условиях 8-часовой экспозиции в гипомагнитной среде. В итоге был выявлен сдвиг церебральной активности в сторону торможения, что, возможно, обусловлено развитием утомления в условиях монотонии. Статистически значимое различие по сравнению с плацебо составляет 82,5%. Также выявлены несущественные изменения, подтверждающие гипотезу о снижении уровня тканевого дыхания и основных метаболических процессов на уровне митохондрий. Наконец, получены достоверные подтверждения изменения частоты сердечных сокращении и артериального давления, что обусловлено модулирующим влиянием парасимпатической нервной системы.

В ИМБП РАН проведены расчеты ожидаемых доз космической радиации (КР) для миссии с кратковременным пребыванием на лунной поверхности. Учитывая, что китайской автоматической станцией «Чанъэ-4» впервые проведены замеры дозы КР на Луне (она составила 1.3 мЗв/сутки с погрешностью измерения 0.2 мЗв/сутки), можно оценить суммарную дозу. По данным ИМБП РАН, за 1 сутки пребывания на околоземной орбите космонавт получит 0.6 мЗв, за односуточный полет от Земли до Луны – 1.8 мЗв, и за пребывание на окололунной орбите – 1.2 мЗв (итого – 3.6 мЗв). За период трехсуточного пребывания на поверхности Луны из расчета 1.2 мЗв/сутки космонавт получит дополнительно дозу КР в 3.6 мЗв (промежуточный итог – 7.2 мЗв). Наконец, за односуточное возвращение на околоземную орбиту – еще 1.8 мЗв, и за пребывание на околоземной орбите до посадки на Землю – еще 0.6 (итого – дополнительно 2.4 мЗв). Суммарная доза КР составит 9.6 мЗв!

Не менее важный вопрос – обеспечение безопасности космонавта при работе на Луне, поскольку Человек будет подвержен влиянию совокупности факторов, среди которых следует особо отметить лунную пыль, частичную гравитацию, специализированные системы жизнеобеспечения, микробиологическую безопасность и планетарный карантин. Дополнительно к проведенным исследованиям, в ИМБП РАН были проведены измерения радиационной обстановки на орбите вокруг Марса на межпланетном зонде «ЭкзоМарс» (2016-2021). В частности, было установлено, что мощность поглощенной дозы составляет от 0.37 до 0.43 мГр в сутки, а мощность эквивалентной дозы – от 1.6 до 2.8 мЗв/сутки, что от 2-х до 4-х раз превышает дозы на МКС!

Последствиями биологического действия тяжелых ионов можно считать образование генных и структурных мутаций, возникновение опухолей, нарушение функций центральной нервной системы (ЦНС) и зрительных функций, а также повреждение сетчатки и образование катаракты.

В ИМБП РАН проводились исследования когнитивных функций приматов при облучении протонами высоких энергий и ионами. Было установлено, что облучение головного мозга обезьян протонами не приводит к существенным нарушением когнитивных функций, но облучение ионами углерода приводит к снижению когнитивных функций со слабо выраженной пластичностью нервных процессов. Были изучены различные антагонистические эффекты при воздействии на функции ЦНС: например, выявлено более выраженное угнетение двигательной и ориентировочно-исследовательской активности. В обмене моноаминов зафиксировано более выраженное снижение концентрации адреналина в прилежащем ядре при облучении, более резкое снижение содержания метаболитов дофамина диоксифенилуксусной кислоты и триметокситиронина при облучении, чем при комбинированном воздействии в префронтальной коре.

Другой научно-инвестиционный проект «БИОН-М» № 2 направлен на изучение ЦНС, соединительно-тканных скелетных структур, регуляции водно-солевого обмена, сердечнососудистой системы и системы внешнего дыхания, иммунной системы, клеточной биологии и регенераторных систем, а также поведенческих функций животных и клеточных и молекулярных эффектов влияния комбинированного действия невесомости и радиации. В ходе ряда экспериментов были изучены основные радиационные факторы, влияющие на биологические организмы: например, на высокоэллиптических орбитах с параметрами «500 км на 200 тысяч км» порядка 80% времени КА проводят вне магнитосферы Земли. В ИМБП РАН проводят поэтапные исследования с применением модельных биологических объектов медико-биологических рисков при полетах за пределами низких околоземных орбит и на Луну. Для моделирования поведения в условиях искусственной гравитации (ИГ) в ИМБП РАН разработана центрифуга короткого радиуса (1973-1979 годы), программа полета «БИОН-4» (1977 год) и «Медленно вращающаяся комната» (1989-1992 годы). В результате были получены оценки функциональных влияний ИГ на различные органы и системы с определением оптимальных уровней и режимов ИГ. Полученные оценки применения ИГ в сочетании с другими средствами профилактики позволили не только исследовать неблагоприятные эффекты, возникающие при вращении, но и изучить эффекты ИГ при невесомости, 0.16 g и 0.38 g.

Важный аспект космических исследований – телемедицинское обеспечение межпланетных полетов. Телемедицинская система космического корабля взаимодействует с Центром управления полетами (ЦУП) и системами экипажа, принимая решения на основе банка знаний в медицинской сфере, условий полета и индивидуальных данных экипажа. Базовая информация корректируется и непрерывно обновляется во время полета. Помимо актуализации банка знаний, выполняется мониторинг условий полета и пополнение баз данных о медицинском контроле членов экипажа. Обновляются (с резервированием данных) различные компоненты ПО и базы телемедицинской системы космического корабля, проводятся консультации и другие функции в отсроченном режиме, на основании баз данных и баз знаний проводится перспективный анализ с выявлением возможных неблагоприятных и препятствующих факторов с возможной минимизацией рисков от негативных последствий. Экипаж в интерактивном режиме получает рекомендации (в т.ч., текущие, плановые, отсроченные), перспективный ситуационный анализ и рекомендации по выполнению во время полета медицинских манипуляций.

Основными компонентами телемедицинской системы (КТС) медико-биологического обеспечения (МБО) межпланетной экспедиции (МЭ) являются, прежде всего, средств съема медико-биологической информации (например, в составе комплексов медико-биологического обеспечения, средства съема собственно телемедицинской информации) и среда передачи цифрового сигнала (в частности, внутриобъектовая и межвидовая). Кроме того, КТС МБО МЭ являются компоненты активного воздействия системы на организм (системы дистанционного управления средствами профилактики и коррекции, робототехника и т.д.) и Интеллектуальные телемедицинские комплексы, включающие Системы обработки и представления информации, Системы анализа и прогнозирования ситуаций, Банки знаний, Системы обеспечения учебно-тренировочных процессов и ряд других. Есть и иные компоненты – например, для взаимодействия «человек-машина», для внешней информационной поддержки и т.д.

Не менее интересны научные исследования, проводимые ИМБП РАН совместно с Институтом мозга человека РАН и Институтом науки Индии в Бангалоре (Indian Institute of Science). В частности, изучаются труды буддийских монахов и практики высокого уровня для раскрытия влияния медитативных техник, влияющих на базовые механизмы работы мозга и метаболизм. Запланированы работы по исследованию механизма возникновения ранее неизученных феноменов анабиоза в практиках «тукдам», «делок» и форсированного метаболизма в практике «тумо».

Доклад академика О.И.Орлова завершился замечательной цитатой из научных трудов академика АН СССР С.П.Королева: «То, что казалось несбыточным на протяжении веков, что еще вчера было лишь дерзновенной мечтой, сегодня становится реальностью, а завтра – свершением»… О том, как «реальность становится свершением», рассказал в выступлении, посвященном международной кооперации в космической сфере, директор Института космических исследований РАН, член-корреспондент РАН А.А.Петрукович. Анатолий Алексеевич напомнил о НИОКР, проводимых в рамках фундаментальных космических исследований, при активном участии Совета РАН по космосу: «Спектр-РГ» (2019), «Луна-25» (2021), «Ионосфера» и «Экзомарс» (2022). В докладе, в частности, были представлены данные о научно-инвестиционном проекте «Венера-2030», совместном проекте European Space Agency (ESA) и Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) «Bepi-Colombo», проекте Китайского космического агентства по исследованию астероида Камоалева и Кометы 133/P (запуск намечен на 2024-2025 годы). Инновационным научно-инвестиционным проектом является Российской комплекс приема научной информации, полностью совместимый с системой дальней космической связи ESA. Инвестиционно-привлекательной выглядит научная задача по изучению и мониторингом гелиосферы, предполагающая наблюдения за Солнцем, магнитосферой и ионосферой Земли. Серия проектов «Луна» предполагает поэтапное изучение лунной поверхности: «Луна-25» (2021) ориентирована на первые исследования полярной Луны, «Луна-26» (2024) – на получение глобального обзора поверхности Луны, «Луна-27» (2025) – на создание российского «Лунного полярного полигона» с изучением полярного реголита.

Перспективны планы КНР по наращиванию объемов исследований и освоения Луны в окрестностях Южного полюса. В 2020 году успешно завершилась миссия КА «Chang’e 5» с возвратом лунного грунта (2 кг), но на 2024 год намечен полет «Chang’e 6» с возвратом лунного полярного(!) грунта. После 2024 года с помощью КА «Chang’e 7» намечено изучение лунных полярных ресурсов, а после 2027 года – создание лунной полярной инфраструктуры с КА «Chang’e 8».

В завершении пленарного заседания Королевских чтений был представлен доклад академика РАН М.Я.Марова, посвященный 110-летию со дня рождения Президента АН СССР (19.05.1961-19.05.1975) академика М.В.Келдыша. В рамках Академических чтений в первой декаде апреля 2021 года состоялись заседания порядка 20 научных секций, на которых были представлены результаты фундаментальных и прикладных разработок нескольких сотен коллективов ученых.

В первой декаде 2021 года в Москве был проведен XXIII Международный симпозиум «Human In Space», приуроченный к 60-летию первого полета Человека в космос – советского космонавта Ю.А.Гагарина (12.04.1961). На пленарном заседании был представлен великолепный доклад академиков РАН О.И.Орлова и А.И.Григорьева (ИМБП РАН) о космической медицине – ретроспективный обзор от первого полета Ю.А.Гагарина до наших дней. В частности, рассматривалось международное научное сотрудничество по программе «Интеркосмос», кооперация с ESA и JAXA, космические проекты, реализуемые российскими учеными совместно с коллегами из Франции, КНР и ряда других стран. Были представлены результаты научных экспериментов, в т.ч., SFINCSS-99, MARS-500, SIRIUS.

Выступление генерального конструктора РКК «Энергия» имени С.П.Королева, члена-корреспондента РАН В.А.Соловьева было посвящено орбитальным пилотируемым полетам в России. Рассматривалась работа на орбитальных пилотируемых станциях «Салют»: «Салют-1» (1971), «Салют-4» (1974-1977), «Салют-6» (1977-1981) и «Салют-7» (1982-1986). Были упомянуты разработчики и создатели транспортных кораблей «Союз-МС» и «Прогресс-МС». Владимир Алексеевич рассказал об истории эксплуатации орбитальной космической станции «Мир» (1986-2001), за пятнадцатилетнюю историю существования совершившей 86 331(!) оборот вокруг Земли и налетавшей в общей сложности 3 миллиарда 638 миллионов километров!

Особо была упомянута МКС, развертывавшаяся на орбите с 1998 по 2011 годы. Американский сегмент МКС массой 347 тонн и объемом 774 куб.м в 4 раза тяжелее (всего 87 тонн) и в 2,5 раза больше (только 299 куб.м) российского! Общий вес доставленного на МКС оборудования составляет 54 тонны, при этом количество проведенных экспериментов уже превысило 2100! Поскольку планируемое время окончания эксплуатации МКС (по разным оценкам) – от 2024 до 2028 года, время эксплуатации первых модулей МКС на 2024 год составит 26 лет!

Интересна эволюция процессов управления полетом пилотируемых КА. Например, на КА «Восток» (1961) операций было всего 5, а управляющих воздействий (УВ) – 40: управление КА было сеансное. Спустя всего 5 лет на КА «Союз» (1966) было уже 30 операций и 256 УВ: управление сочетало разовые и числовые команды, с 1979 года были введены цифровой и аналоговый контуры управления. Спустя два десятилетия, на КА «Мир» (1986) было 500 операций и 4096 УВ: управление различными объектами было программным. На МКС (1998) – уже 5000 операций и более 8 тысяч УВ, что предполагает многоуровневые программы управления и распределенное управление из разных ЦУП. Модернизация МКС в 2010 году позволила выполнять уже 94 тысячи операций и более 12 УВ: управляющие программы стали не только многоуровневыми, но и инвариантными, что позволило увеличить количество ЦУП для распределенного управления. МКС образца 2016 года обладает функционалом в 120 тысяч операций, а ее Upgrade в 2021 году – 130 тысяч, поэтому помимо централизованного управления научной аппаратурой посредством терминального компьютера «ТВМ-Наука» (2016), вычислительные ресурсы интегрируются с российским сегментом МКС и расширением состава компьютеров «ТВМ-Наука». Т.о. достигается поэтапное многоуровневое решение масштабной задачи по освоению Человеком околосолнечного космического пространства, начиная с расширения возможностей околоземной пилотируемой космической инфраструктуры, через реализацию длительных полетов за пределами низких околоземных орбит, к высадке на поверхности Луны с созданием планетной транспортной инфраструктуры и формированием межпланетного экспедиционного комплекса с полетами к Марсу, другим планетам и астероидам.

Одной из важнейших проблем, решаемых российскими учеными в сфере космических исследований, является завершение строительства РС МКС, который позволит обеспечить расширенное целевое использование РС МКС и получить новые значимые научные результаты. Другая проблема связана с созданием перспективного пилотируемого транспортного корабля нового поколения: РКК «Энергия» уже проводит работы по созданию пилотируемого транспортного корабля «Федерация», предназначенного для полетов за пределы низких околоземных орбит и к МКС. Местом старта выбран космодром «Восточный», беспилотный пуск запланирован на 2023 год, пилотируемый – на 2025 год!

Российская орбитальная станция является примером открытого к сотрудничеству международного инвестиционного проекта. В его рамках запланировано создание многоцелевого лабораторного модуля «Наука» с улучшенными характеристиками, узлового модуля «Причал», стыковочного модуля, научно-энергетического модуля и трансформируемого модуля. Россия, создавая Национальную космическую станцию нового поколения, открыта к долгосрочной международной космической кооперации, предполагающей реализацию множества инвестпроектов.

Масштабные государственные капиталовложения необходимы для реализации проекта по созданию ракет-носителей (РН) сверхтяжелого класса (СТК) на космодроме «Восточный». Например, РН СТК порядка 100 тонн предназначена для организации пилотируемых полетов к Луне (до 2030 года), а РН СТК 200 тонн – для перспективных программ освоения Луны и полетов к Марсу.

При анализе основных преимуществ пилотируемых полетов в сравнении с эксплуатацией автоматических КА важно отметить ключевую роль экипажа в реализации космических инвестиционных проектов и программ, поскольку прошедший обучение космонавт действует эффективнее автоматики в трудно предсказуемых условиях и нештатных (сложных) ситуациях. Работа экипажа при полете обеспечивает монтаж, ремонт и восстановление работоспособности уникального служебного и научного оборудования. Космонавт совмещает функции испытателя и исследователя, совмещая различные методы исследований и проводя их в интерактивном режиме, уточняя методики проведения экспериментов с привлечением дополнительных средств непосредственно в период космического полета.

Участникам пленарного заседания международного симпозиума «Human In Space» запомнилось яркое выступление академика РАН Л.М.Зеленого. Лев Матвеевич обратил внимание участников и гостей форума на ряд ключевых задач, решение которых будет способствовать повышению уровня безопасности космических полетов. Также в рамках пленарных и секционных заседаний и круглых столов были представлены доклады российских и зарубежных ученых по актуальным проблемам организации и проведения пилотируемых космических полетов.

Во вторую декаду апреля 2021 года казахстанские и российские ученые провели совместный научный форум, посвященный памяти известного государственного деятеля Средней Азии и России, Заместителя Председателя СНК РСФСР (1926-1937) Т.Р.Рыскулова (26.12.1894-10.02.1938). Турар Рыскулович принимал активнейшее участие в экономическом развитии Российской Федерации, республик Центральной Азии и Монголии. По его инициативе была построена Туркестано-Сибирская железная дорога, была организована нефтегазовая промышленность Западного Казахстана, а также были сформированы крупные индустриальные центры по цветной металлургии (Восточный и Южный Казахстан) и металлургии и угледобыче (Караганда). На Рыскуловских чтениях неоднократно упоминались факты, связанные с формированием благоприятного инвестиционного климата в регионе и реализацией масштабных инновационных проектов с участием государственных капиталовложений и частных инвестиций на космодроме Байконур (в переводе с казахского – «богатая долина»). Байконур богат не только научными идеями и высокотехнологичными разработками: он является старейшим и самым крупным в мире действующим космодромом! На Рыскуловских чтениях обсуждались различные варианты международной научно-образовательной, промышленно-технологической, финансово-экономической и эколого-энергетической кооперации в регионе, и были предложены разные проекты и программы по повышению уровня его инвестиционной привлекательности.

В Москве 20-21 апреля 2021 года было проведено Общее собрание членов РАН, посвященное 60-летию первого полета Человека в космос – советского космонавта Ю.А.Гагарина (12.04.1961) и вкладу академической Науки в развитие космической отрасли. Были представлены интересные доклады о фундаментальных и прикладных научных исследованиях ученых и глубинной взаимосвязи земных и астронавтических дисциплин… Завершились заседания, но не закончилась кропотливая и многотрудная Работа: перевернута еще одна славная страница отечественной Науки, и многоуважаемым Читателям открылись новые, ослепительной белизны чистые Листы… Что на них начертает новое поколение отечественных Ученых? Запомнятся ли Их имена потомкам так же, как памятны предкам имена академиков М.В.Келдыша, С.П.Королева, И.В.Курчатова и многих других Великих Ученых? Ответы на эти и многие другие волнующие вопросы кроются не только в недрах современных образовательных методик, но и в механизмах формирования стабильно растущего спроса на высококвалифицированных специалистов, в высоком уровне оплаты труда Ученых и их оснащенностью новейшим оборудованием! Востребованность профессий, восстановление преемственности поколений и традиций научных школ, заинтересованность промышленности в инвестициях в фундаментальную и прикладную академическую Науку – вот неполный перечень Задач «космического масштаба», который предыдущими поколениями Великих Ученых был успешно решен! Очередь – за нами…

Выводы и рекомендации:

Международные выставки и конференции, форумы и симпозиумы, проведенные в мире в рамках «Юбилейного космического апреля», подтвердили актуальность проблематики для различных слоев населения и социальных групп не только России, но и других стран. Инновационные проекты и долгосрочные научные программы изучения и освоения других планет коррелируют с Национальными астронавтическими приоритетами, в частности, в сфере гражданских исследований. Между тем, российская законодательная база до сих пор содержит ряд правовых пробелов и внутренних и внешних противоречий в текстах документов, которые сдерживают привлечение частных инвестиций в фундаментальную и прикладную науку, в частности, в космической сфере. Устранение многих недоработок в нормативно-правовых документах положительно отразится на формировании благоприятного инвестиционного климата, в т.ч., в космической и смежных с ней отраслях.

На «Звездной Гагаринской ассамблее» в Москве российские ученые и промышленники, преподаватели ведущих вузов и организаторы курсов повышения квалификации обсудили с зарубежными коллегами проблематику не только инновационных методов организации производства, но и модернизации технологической базы и технического перевооружения предприятий. Герои Советского Союза и Герои России совместно с иностранными астронавтами дискутировали, в частности, по вопросам применения квантовых компьютеров и квантовых вычислений, квантовых технологий и квантовых коммуникаций наряду с суперкомпьютерными системами для управления мобильными высокоскоростными луноходами и марсоходами, что позволит создать новые мобильные планетные транспортные системы, например, «меркуриеходы», «венероходы», «юпитероходы», «сатурноходы», «ураноходы», «нептуноходы», «плутоноходы»…

Для пилотируемых КА будущих поколений необходимы суперкомпьютерные мощности, что предполагает решение вопросов не только выделения государственных капиталовложений, но и частных инвестиций на разработку и создание вычислительных систем. Многие зарубежные космические агентства рассматривают (как перспективу!) установку на КА будущих поколений не только суперкомпьютеров, но и квантовых компьютеров и квантовых вычислительных систем. Поскольку в настоящее время скорость выхода на рынок квантовых компьютеров напрямую зависит от уровня инвестирования фундаментальных и прикладных разработок квантовых технологий и квантовых коммуникаций, возникает необходимость в формировании долгосрочных научно-промышленных и финансово-технологических консорциумов для реализации масштабных инновационных проектов в рамках международной квантономической кооперации, в т.ч., в космосе.

 



Подразделы

Объявления

©РАН 2021