На высокотехнологичных орбитах
Рынок космических систем сегодня находится в стадии активного роста, и один из самых перспективных его сегментов связан с предоставлением наземных услуг с помощью космических аппаратов.
МАИ является одним из драйверов развития этого направления технологий в нашей стране. В частности, университет реализует комплексное взаимодействие с лидером российского спутникостроения – компанией «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнева».
В 2022 году МАИ и АО «ИСС» сформировали программу сотрудничества, направленную на совместное проведение научных исследований и повышение качества подготовки и переподготовки специалистов для развития космической промышленности страны. В рамках программы запланированы работы по ряду направлений, связанных с проектированием космических аппаратов (КА). Среди совместных задач — обеспечение стойкости КА к воздействию техногенных и космических факторов, внедрение конструкций из композиционных материалов и технологий аддитивного производства в спутникостроение, проектирование электроракетных двигательных установок для КА и баллистическое обеспечение полетов.
Стойкость к космическому воздействию
Совместные работы МАИ и АО «ИСС» по исследованию влияния различных космических и техногенных факторов на бортовую аппаратуру и оборудование КА ведутся уже более тридцати лет. Данным направлением работ занимается коллектив кафедры 208 «Электроракетные двигатели, энергетические и энергофизические установки». Наработанный с 1990-х годов опыт в этой области позволил АО «ИСС» обеспечить надежную работу своих КА.
Коллективом кафедры 208 был проведен большой комплекс исследований по воздействию на материалы, оборудование и аппаратуру КА струй стационарных плазменных двигателей, факторов электризации, магнитосферной плазмы и метеороидных частиц. Также была показана принципиальная возможность создания современных КА, имеющих в своем составе крупногабаритные антенны и электроракетные двигатели.
— В 2021–2022 годах в МАИ проведены испытания высоковольтных солнечных батарей на воздействие факторов электризации и плазменных струй стационарных плазменных двигателей, — рассказывает профессор кафедры 208 МАИ Андрей Надирадзе. — Были выявлены механизмы возникновения вторичных дуговых разрядов, разработаны уникальные методики испытаний, не имеющие аналогов в России и за рубежом. Полученные результаты позволили принять меры по повышению стойкости бортовых систем к данному виду воздействия. Также были сформулированы проблемные вопросы создания бортовых систем, на основании которых подготовлена программа научно-исследовательских работ по данной тематике.
При поддержке АО «ИСС» в МАИ создана уникальная, не имеющая отечественных аналогов экспериментальная база для проведения исследований в данной области. В настоящее время в рамках программы «Приоритет‑2030» ведутся работы по ее модернизации с целью расширения спектра выполняемых работ.
Новые материалы и технологии
Аддитивные технологии — одно из перспективных направлений в производстве космической техники. Их применение позволяет добиться преимуществ в массе, технологичности конструкции и открыть новые функциональные возможности для перспективных изделий космического назначения.
В МАИ направление будет развиваться в рамках запущенного в 2022 году федерального проекта «Передовые инженерные школы», участником которого стал университет.
— Сотрудничество МАИ с АО «ИСС» в области аддитивных технологий включает в себя несколько задач. Во-первых, необходимо решить задачу по внедрению аддитивных технологий в производственные циклы АО «ИСС» с использованием полностью отечественных решений. Во-вторых, актуальной остается задача развития кадрового обеспечения, — говорит руководитель ПИШ МАИ Дмитрий Кайсин. — В этом взаимодействии МАИ выполняет роль научно-образовательного центра, в котором научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы выполняются с привлечением студентов. Этот процесс формирует компетенции, опыт и методики, позволяющие в будущем улучшать функциональные характеристики изделий и эффективность производственных участков за счет внедрения аддитивных технологий.
К 2025 году планируется выполнить работы по проектированию и изготовлению деталей (например, различных кронштейнов и узлов), получение которых с помощью аддитивных технологий станет более экономичным по времени и расходу материала. Также создаются методики проектирования и производства послойным синтезом элементов антенно-фидерных систем с минимальным количеством сборочных операций. Особенно актуально это для устройств сложной конфигурации, создаваемых для перспективных космических аппаратов АО «ИСС» в рамках проектов «Марафон IoT», «Скиф» и «Экспресс-РВ».
Помимо этого, ведется разработка методик проектирования силовых конструкций и крупногабаритных трансформируемых зонтичных антенн для спутников связи и специального назначения из композиционных материалов.
— Мы активно работаем с коллегами из АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнева» по проектам создания глобальных информационных спутниковых систем на базе группировок малых космических аппаратов. В этом направлении мы видим большой комплекс задач, которые стоят перед нами и перед коллегами из других вузов, в части как проектирования малых космических аппаратов, так и предоставления услуг с их помощью. Это новые возможности для потребителей информации, которая может предоставляться через глобальные информационные спутниковые системы. Еще одна важная задача связана с организацией серийного производства такого рода аппаратов. Все эти задачи — один из приоритетов, над которым работает Московский авиационный институт, — говорит ректор МАИ Михаил Погосян.
Электроракетные двигатели
В настоящее время большинство геостационарных КА разработки АО «ИСС» оснащаются корректирующими электроракетными двигательными установками с двигателями СПД‑100. Использование таких двигателей стало одной из ключевых технологий, позволивших увеличить срок службы аппаратов на орбите до 10–15 лет.
Начиная с 2010 года в МАИ выполнялись работы по использованию электроракетных двигателей для увеличения массы КА, доставляемых на геостационарную орбиту, и снижения стоимости их выведения. В Научно-исследовательском институте прикладной механики и электродинамики (НИИ ПМЭ) МАИ были разработаны методики, специализированное программно-математическое обеспечение и проведен проектно-баллистический анализ схем выведения КА на высокие целевые орбиты с использованием электроракетных двигателей. Была показана возможность увеличения массы доставляемых аппаратов в 1,5–2 раза при использовании ракет-носителей тяжелого класса («Протон-М», «Ангара-А5») и в 2–3 раза при использовании ракет-носителей среднего класса («Союз‑2.1б»).
— На основе полученных результатов в МАИ совместно с АО «ИСС» были разработаны новые эффективные схемы выведения геостационарных космических аппаратов. В 2013 году был запущен тяжелый геостационарный аппарат «Экспресс-АМ5», на котором впервые в отечественной практике была реализована схема довыведения с помощью электроракетных двигателей. К настоящему времени по аналогичным схемам совместной разработки МАИ и АО «ИСС» на геостационарную орбиту уже выведены шесть спутников, — говорит первый заместитель директора по науке НИИ ПМЭ МАИ Вячеслав Петухов.
В интересах АО «ИСС» в НИИ ПМЭ МАИ проводилась экспериментальная отработка электроракетных двигателей. Был создан электрический имитатор стационарного плазменного двигателя СПД‑140Д, который используется для наземной экспериментальной отработки КА.
В рамках программы «Приоритет‑2030» запланировано проведение работ по проектам комплексной программы «Сфера»: «Марафон IoT», «Скиф», «Экспресс-РВ». В 2022 году в НИИ ПМЭ МАИ были проведены работы по проектному анализу электроракетных двигательных установок перспективных малых КА разработки АО «ИСС», в том числе для проекта «Марафон IoT». В настоящее время проводятся разработка баллистических методик и проектно-баллистический анализ довыведения аппаратов «Скиф» и «Экспресс-РВ» на рабочие орбиты с помощью электроракетных двигателей. Планируются разработка и изготовление для АО «ИСС» электрических имитаторов новых типов электроракетных двигателей для их использования в наземной экспериментальной отработке перспективных КА.
Система спутниковой связи «Экспресс-РВ» предназначена для предоставления услуг по передаче больших массивов данных и широкополосного доступа в интернет. В группировке «Экспресс-РВ» будут работать четыре КА. Система поможет обеспечить связь и вещание в зонах Северного морского пути и арктических районах, недоступных для геостационарных спутников, а также в транспорте: поездах, самолетах и др.
«Скиф»: для всех уголков страны
Система связи на средних орбитах «Скиф» призвана обеспечить широкополосный доступ в сеть в труднодоступных и малонаселенных уголках России. Группировка «Скиф» будет состоять из 12 аппаратов. В октябре 2022 года был запущен первый спутник — демонстратор системы «Скиф-Д». Завершить запуск всех аппаратов группировки планируется в 2028 году.
«Марафон IoT»: глобальное покрытие
«Марафон IoT» — проект по формированию глобального информационного поля вокруг поверхности Земли. Предполагается размещение спутников в 12 орбитальных плоскостях для предоставления услуг интернета вещей. Общее количество аппаратов в них — 264. Система обеспечит покрытие территории и будет востребована не только в Российской Федерации, но и по всему миру.
Серийное производство
Среди ключевых направлений работы МАИ и АО «ИСС» — организация серийного производства КА. Для сотрудников компании на площадке Lean-школы МАИ организован цикл программ дополнительного профессионального образования, посвященных данной теме.
Разработкой программ занимается команда Дирекции перспективных производственных проектов МАИ во главе с ее директором Валентиной Сизиковой, имеющей более 20 лет практического опыта применения концепции Lean в различных отраслях и типах производства.
Первая программа по данной теме была запущена в январе 2021 года. В результате работы участниками были определены ключевые параметры бизнес-модели проекта «Марафон IoT», влияющие на организацию серийного производства.
— Lean-школа МАИ — это, с одной стороны, программа дополнительного профессионального образования, а с другой — площадка, где компании могут прокачать свой проект, идею или решить проблемный вопрос, увидеть варианты развития и эффективной организации производства, — рассказывает Валентина Сизикова. — Задачу, с которой пришли к нам представители АО «ИСС», российская космическая промышленность ранее не решала. Она состоит в том, чтобы за два с небольшим года выпустить 260 спутников, и для этого нужен совершенно новый принцип организации производства.
В ноябре 2022 года стартовала вторая программа, ставшая продолжением начатой работы. Теперь сотрудникам АО «ИСС» предстоит заниматься проектами по созданию серийного производства КА массой до 100 кг, а также разработкой концепции поточного производства КА массой до 1000 кг. Полный курс обучения рассчитан на пять месяцев и включит в себя как теоретические занятия в МАИ, так и выездные мероприятия, и практики на производственных площадках.
Как подчеркивает генеральный директор АО «ИСС» Евгений Нестеров, внедрение серийного производства спутников — критически важная задача для ракетно-космической индустрии России.
— Команды, решающие такую комплексную задачу в ходе обучения в МАИ, сформированы из представителей различных подразделений компании, — отмечает Евгений Нестеров. — Эта работа позволит заложить основы для трансформации всей отрасли, так как потребует обновления подходов не только к производству КА, но и к их проектированию, и к работе всей цепочки поставщиков, и к управлению качеством. Я думаю, что этот проект в дальнейшем получит продолжение в новых совместных работах Московского авиационного института и ИСС Решетнева.
Юлия Мартынова
