Рокот космодрома
В Челябинске начались стендовые испытания демонстратора жидкостного ракетного двигателя малой мощности. Директор центра "Аэрокосмические технологии" Южно-Уральского госуниверситета (ЮУрГУ) Алексей Шульц показывает промежуточный продукт технического поиска ученых, который пока мало кто видел. Предупреждает: когда заработает камера сгорания, будет шумно - сильный хлопок, как хлыстом, бьет по ушам. А ведь установка совсем невелика. Что же будет, когда появится в натуральную величину?
Это оборудование ученые называют демонстратором, но отработка технологии самая настоящая. На ее основе будут производить ревущих монстров с тягой в тысячи раз больше нынешней. Правда, о том, когда это произойдет, экспериментаторы говорят с осторожностью: возможно, опытный образец двигателя появится к 2028 году, ведь сейчас они прокладывают дорогу в неизвестное. Идти по ней - то же самое, что перескочить несколько ступеней в технологиях.
Во-первых, изделие будет работать на экологичном топливе, отмечает проректор по научно-образовательным центрам и комплексным научно-техническим программам ЮУрГУ Сергей Ваулин, - смеси кислорода и водорода. Пока энергетическими компонентами являются этиловый спирт и газообразный кислород, но для сохранения сути эксперимента и экологии такая подмена не важна. Более того, острословы даже шутят по этому поводу, видимо, имея в виду ракеты Вернера фон Брауна: мол, немцы в свое время начинали со шнапса, но у них ничего не получилось.
А самое главное, что сделает новый двигатель по-настоящему футуристическим, - это прорывная идея, позволяющая построить полностью возвращаемую одноступенчатую ракету. Она превзойдет Falcon-9 американского миллиардера-изобретателя Илона Маска, ведь у той приземляется только одна уцелевшая ступень. Поэтому возить грузы на отечественном челноке (а это 7-8 тонн полезной нагрузки) будет куда экономичнее - хоть в дальний космос, хоть на околоземную орбиту.
Или, к примеру, на астероиды, от столкновения с которыми ученые собираются уберечь Землю. Это направление "подсказал" челябинский метеорит: в 2013 году суперболид взорвался высоко в небе, но шуму наделал много. От осколков стекол пострадали более 1600 человек, ударной волной во многих зданиях Челябинска выбило окна и двери. К слову, ЮУрГУ "визит" космического гостя обошелся в 50 миллионов рублей.
Сегодняшние аппараты, говорят изобретатели, не очень-то приспособлены для борьбы с атакой космических скитальцев: один традиционный разгонный блок не в состоянии обеспечить кораблю путь в космос. Существует такая зависимость, поясняет декан аэрокосмического факультета Виктор Федоров: чем выше поднимаются нынешние ракеты, тем больший диаметр сопла должен быть у двигателя, что и достигается сменой ступеней: отработала одна - долой ее, вторая - тоже прочь.
Смысл университетского проекта "Демонстратор" начинаешь понимать, когда энтузиасты показывают на компьютере, чего же в итоге хотят добиться. 16 малых двигателей должны окружить кольцом центральное тело силовой установки, выполненное в виде иглы. Обращенными внутрь соплами они станут "дуть" на нее, и игла начнет разгонять скатывающийся по ней газовый поток, формируя реактивную струю. От высоты полета ракеты будет зависеть лишь поведение этой газовой струи - станет плотнее прижиматься она к центральному телу или, наоборот, отстраняться от него. Но это не потребует многоступенчатости от самой ракеты. Собственно, в том и заключается "фишка" будущего многокамерного маршевого двигателя нового поколения, с виду напоминающего корону.
Полетное задание
Несколько десятилетий назад, вспоминает ректор ЮУрГУ Александр Шестаков, российские ракетостроители в своих исследованиях двигались вровень с коллегами из Массачусетского технологического института, потом отстали. Но достижения компании SpaceX послужили сильным раздражителем, и теперь в разработке у российских ученых несколько программ: реанимация многоразового "Бурана", возвращаемая ступень - аналог Falcon-9 и одноступенчатая ракета "Корона". Публикации о работе над двигателем с центральным телом в США стали появляться с 2017 года, значит, проект уральцев для отечественной космонавтики более чем актуален.
В аэрокосмической программе участвует не только ЮУрГУ, но и ряд профильных предприятий Челябинской и Свердловской областей: Государственный ракетный центр имени академика Макеева (Миасс), НИИМаш (Нижняя Салда), НПО автоматики (Екатеринбург). В проекте создания новейшего жидкостного ракетного двигателя, реализуемого в рамках УМНОЦ, будут востребованы и компетенции ученых Уральского федерального университета.
- Безусловно, мы заинтересованы в таком сотрудничестве, - говорит Сергей Ваулин. - Прежде всего оно возможно в области материаловедения, математического моделирования и энергетики. Если к проекту подключится УрФУ, а также институты Уральского отделения академии наук, то эффект от сотрудничества будет колоссальным.
К тому же двигатель - еще не вся ракета. Поэтому проводится целый комплекс смежных исследований. Начинается он в лаборатории суперкомпьютерного моделирования, где строятся математические модели будущих изделий. В университете установлены два самых мощных суперкомпьютера в Уральском округе - "Торнадо", напоминающие былые телефонные станции со шкафами, мигающими огоньками. В помещении прохладно от мощной вентиляции, охлаждающей разгоряченный "искусственный разум". Руководитель лаборатории Наталья Долганина говорит, что за год проводится более 250 исследований, поэтому "Торнадо" постоянно загружены на 90-100 процентов, а в 2020-м лаборатория пополнилась еще и первым на Урале нейрокомпьютером - многопроцессорной системой для обучения искусственных нейронных сетей: искусственный интеллект понадобится и для управления космической техникой.
Завкафедрой материаловедения доктор химических наук Денис Винник рассказывает в свою очередь о новом "крылатом" материале - стеклоуглепластике сотовой структуры, который легче и прочнее металлов. На Западе ведутся аналогичные исследования, но информации об этом мало. Однако уральцы уверены, что раньше освоили технологию изготовления сотовых панелей неограниченной длины, что пригодится для облицовки корпуса ракетного челнока и его топливных баков.
Пока с финансированием "Короны" помогает регион, когда же проект докажет свою эффективность, возможно, подключится Роскосмос - уральцы предложат ракету для практической эксплуатации.
Локомотив будущего
Создание новой космической техники - глобальная задача, но помимо нее ведутся и другие разработки. Вместе с автозаводом "Урал" и МГТУ имени Баумана в ЮУрГУ создают арктический автобус для суровых условий Севера, а в партнерстве с Курганмашзаводом разрабатывают коммунальные машины для городского хозяйства.
Ожидается, что решение научных проблем и генерация прорывных идей в рамках УМНОЦ принесут существенный экономический результат уже в ближайшее десятилетие. Межрегиональная команда единомышленников (центр, напомним, учредили вузы, власти и предприятия трех областей - Свердловской, Челябинской и Курганской) добьется синергетического эффекта в распространении лучших практик.
Исследовательский портфель новой структуры сегодня насчитывает несколько десятков проектов, подчеркивает ректор Уральского федерального университета, председатель управляющего совета УМНОЦ Виктор Кокшаров, отмечая их способность стать драйверами развития экономики уральских регионов. Одним из таких "маяков" видится машиностроительный кластер для производства высокоскоростного железнодорожного транспорта с крейсерской скоростью 360 километров в час и максимальной - 400. Выпуск поездов планируется развернуть в Свердловской области, привлекая партнеров из Челябинской и Курганской. Как и в случае с аэрокосмосом, для этого потребуются новые конструкционные материалы, интеллектуальные системы управления. При этом будет еще одна "отдача" - появление нескольких тысяч рабочих мест.
- Научно-образовательный центр - это партнерство особого рода, которое призвано интегрировать возможности университетов, науки для технологического развития бизнеса, - подчеркивает полпред президента РФ в УрФО, председатель наблюдательного совета УМНОЦ Владимир Якушев.
Новыми отношениями стимулируется рост инновационной активности и научно-производственная кооперация, отмечает и губернатор Свердловской области Евгений Куйвашев, а его челябинский коллега Алексей Текслер уверен: проекты центра окажут стимулирующее воздействие на экономику регионов-участников, становясь локомотивами ее развития.
По некоторым данным, объем финансирования деятельности новой структуры мирового уровня из внебюджетных источников за пятилетие должен составить почти 11 миллиардов рублей, из бюджетов - 812 миллионов.
Главы трех регионов подписали соглашение о создании УМНОЦ на базе ведущих вузов (Уральского федерального, Южно-Уральского и Курганского госуниверситетов) во время международной выставки "Иннопром-2019". Сейчас в межрегиональный центр входят 67 участников: 9 вузов, 10 научных организаций и 48 индустриальных партнеров. В портфеле УМНОЦ - 48 проектов. Организации-участники в течение 2020 года инвестировали в их реализацию около 2,7 миллиарда рублей: 2,29 миллиарда - из внебюджетных источников, 292 миллиона - из казны РФ, 121 миллион - из региональных бюджетов. В качестве мер прямой поддержки ведущихся разработок Свердловская и Челябинская области выделили 100 и 70 миллионов рублей соответственно. Большая часть этих денег пойдет на реализацию проектов в 2021 году.