Фундамент для космоса

12 апреля исполняется 45 лет со дня первого полета человека в космос. Уже десятки лет продолжается сотрудничество ученых Уральского отделения РАН с работниками Федерального государственного унитарного предприятия Российского Космического агентства «Научно-исследовательский институт машиностроения», расположенного в городе Нижняя Салда Свердловской области. ФГУП «НИИМаш» — ведущее предприятие ракетно-космической отрасли России в области создания ракетных двигателей малой тяги. Микродвигателями, разработанными и изготовленными в НИИМаш, комплектуются около двадцати космических аппаратов в год. НИИМаш поставляет свою продукцию для таких всемирно известных ракетно-космических предприятий, как Ракетно-космическая корпорация «Энергия» им. С.П. Королева, Государственный космический научно-производственный центр им. М.В.Хруничева, Государственный научно-производственный ракетно-космический центр «ЦСКБ-Прогресс», НПО машиностроения, НПО прикладной механики им. М.Ф. Решетнева и других.


 

О сегодняшнем дне «Научно-исследовательского института машиностроения», сотрудничестве с институтами УрО РАН, проблемах и перспективах наш корреспондент беседует с главным специалистом по маркетингу и внешнеэкономической деятельности ФГУП «НИИМаш» Константином Павловичем Кулябиным.
 

— Константин Павлович, какую продукцию вы выпускаете сегодня?
 

   — Ракетные двигатели малой тяги, или «микрушки» на жаргоне двигателистов, предназначены для управления полетом космических аппаратов. Эти двигатели работают при ориентации космического аппарата на Землю, Солнце и другие звезды, при стабилизации его положения для выполнения коррекции орбиты, программных поворотах и других маневрах в космосе. Реактивная тяга этих двигателей по сравнению с маршевыми двигателями ракет-носителей мизерна — килограммы и десятки килограммов по сравнению с сотнями тонн. Но большего для управления космическим аппаратом и не требуется. Зато крайне необходим длительный ресурс, измеряемый сотнями тысяч включений и часами огневой работы, требуется длительный гарантийный срок летной эксплуатации, иногда 10–15 лет, и это дополнительно к обычным для любой бортовой двигательной системы жестким требованиям по надежности, экономичности и габаритно-массовым характеристикам. Двигатели малой тяги, двигательные установки на их основе для малых космических аппаратов и опытно-конструкторские работы по их созданию — это первый вид нашей продукции, основа развития.
 

В нашем институте реализован полный цикл создания ракетно-космической техники: проведение научно-исследовательских и поисковых экспериментальных работ, проектирование, изготовление опытных образцов, наземная экспериментальная отработка, изготовление и поставки продукции для летной эксплуатации, инженерное сопровождение эксплуатации. Наше предприятие решает круг задач научно-производственного объединения, хотя формально таковым не является. В одном институте сосредоточены научные кадры, конструкторско-технологические подразделения, производственные и испытательные комплексы. Таким образом, мы — НИИ, КБ, завод и испытательная станция в одном лице. Результаты НИР — тоже наша продукция. Кроме того, наш институт производит продукты разделения воздуха — азот и кислород, занимается разработкой и изготовлением промышленной продукции общетехнического назначения, оказанием услуг населению, как и любое другое градообразующее предприятие.
 

— Расскажите о сотрудничестве с институтами Уральского отделения РАН.
 

— Без проведения НИР невозможно создание любой новой техники, в том числе и космической. А технические устройства с качественно новыми эксплуатационными характеристиками можно создать, основываясь только на принципиально новых подходах, явлениях, эффектах, конструкционных материалах. Этой простой истиной объясняется давнее сотрудничество нашего института, занимающегося прикладной наукой, с наукой большой, фундаментальной. На протяжении десятков лет продолжаются тесные контакты, творческое сотрудничество и дружба с институтами Уральского отделения РАН. За многие годы тематика совместных работ была широка и разнообразна и в каждый конкретный период времени зависела от объемов финансирования, как и многое в развитии науки и техники. Были взлеты и падения, тяжелые времена и насыщенные работой будни. К сегодняшнему дню мы пришли с определенными научными завоеваниями. И определяющую роль в достижении этих успехов сыграло сотрудничество с институтами УрО РАН.
 

Более десяти лет Институтом электрофизики УрО РАН совместно с НИИМаш проводятся исследования возможности применения высоковольтных (более 100 кВ) разрядов наносекундной длительности с мощностью в импульсе более 1 Мвт для создания импульсных электрических ракетных двигателей (ЭРД) детонационного типа и двигательных установок (ЭРДУ) на их основе.
 

Исследования и работы по прикладному применению эффекта детонационного пробоя в диэлектриках проводятся в рамках специально созданной совместной проблемной лаборатории УрО РАН — НИИМаш под руководством члена-корреспондента РАН Юрия Николаевича Вершинина. При этом усилия по изучению физических основ и особенностей протекания разрядных процессов в определенных условиях сосредоточены в лаборатории физики диэлектриков ИЭФ УрО РАН (Ю.Н. Вершинин, Р.В. Емлин, С.В. Барахвостов, К.В. Серафимович, П.А. Морозов и другие), а опытно-конструкторские работы по созданию и испытаниям различных типов ЭРД и ЭРДУ на их основе в НИИМаш (Л.А. Потабачный, Ф.А. Казанкин и другие).
 

Даже в трудные для отрасли годы благодаря настойчивости и самоотверженному труду ученых и специалистов удалось выполнить огромный объем работ, пройти путь от идеи, первых модельных образцов разрядных промежутков до проработки экспериментальной двигательной установки в летном исполнении. Одновременно с исследованиями создавалась база для их проведения — вакуумные камеры и специальные средства измерений, причем параллельно — в ИЭФ и НИИМаш. В состав ЭРДУ, кроме собственно ЭРД, входит генератор — высоковольтный преобразователь, разработанный ИЭФ УрО РАН, служащий источником высоковольтных импульсов напряжения наносекундной длительности с частотой до 1000 Гц. Различные типы генераторов были созданы авторскими коллективами под руководством члена-корреспондента РАН В.Г. Шпака, докторов технических наук С.Н. Рукина, А.Л. Филатова и прошли успешное апробирование при испытаниях модельных камер ЭРД. Система хранения и подачи рабочего тела в разрядный промежуток ЭРД разрабатывается в НИИМаш.
 

Наибольший эффект ожидается от применения новой ЭРДУ для малых космических аппаратов (МКА) с массой до 500 кг. Основное отличие создаваемой ЭРДУ от существующих заключается в возможности использования ее одной для выполнения целого ряда прецизионных полетных задач: изменения высоты круговой орбиты при выведении и удалении МКА с рабочей орбиты, коррекции ошибок выведения МКА на рабочую орбиту, поддержания относительного положения МКА в составе многоспутниковой группировки, поддержания точки стояния на геостационарной орбите, компенсации сил аэродинамического торможения, компенсации сил светового давления, точности поддержания периода обращения МКА, управления угловым движением МКА, функционаирования аварийной системы ориентации КА массой до 1500 кг. Традиционно этот спектр летных процедур решается разными двигательными установками различных типов. Возможность их решения одной двигательной установкой во многом обусловлена возможностью регулировки величины тягового импульса в диапазоне 1–1000 за счет изменения частоты включений.
 

Новизна подхода в применении теоретических исследований ИЭФ УрО РАН в прикладном плане, а именно в направлении создания ЭРДУ на новых физических принципах, подтверждена базовым совместным патентом на «Способ получения реактивной тяги» и рядом патентов НИИМаш на отдельные конструктивные решения ЭРД. Получены положительные заключения ЦНИИМАШ — головного института Федерального космического агентства и отзывы головных предприятий космической отрасли. В настоящее время проводится подготовка к заключению контракта на работы по созданию демонстрационного варианта ЭРДУ для РКК «Энергия».
 

Другое важное направление работ, проводимое в рамках совместной проблемной лаборатории УрО РАН — НИИМаш, — поиск возможностей создания жаростойкой камеры сгорания ракетного двигателя малой тяги на химическом топливе из материала на основе редких тугоплавких металлов. Максимальная эффективность может быть получена при достаточно высокой (2000–2200 °С) температуре стенки камеры сгорания двигателя. Этот уровень рабочих температур диктуется необходимостью отказа от традиционного пленочного способа охлаждения стенки. А рабочий процесс в ракетном двигателе, пусть он даже малой тяги, образно говоря, представляет собой взрыв химически агрессивных веществ с температурой в ядре порядка 3500 0С. Только взрыв этот — протяженный во времени и должен подчиняться командам системы управления космического аппарата. И химически активные продукты сгорания в сопле двигателя разгоняются до сверхзвуковой скорости. Учитывая мощные тепловые потоки, агрессивное воздействие продуктов сгорания, многократные тепловые циклы и количество включений, измеряемое сотнями тысяч за несколько часов, можно представить условия работы материала стенки камеры сгорания и сложность его создания!
 

Работы по созданию такого материала и технологии его получения ведутся Олегом Николаевичем Виноградовым-Жабровым и его коллегами в научно-технологическом отделе гальванотехники Института высокотемпературной электрохимии. Пионерные технологии высокотемпературной гальванопластики в солевых расплавах тугоплавких металлов, применяющиеся для поиска, позволяют получить пластичный вакуумноплотный, а значит, прочный конструкционный материал. Более того, эти технологии менее затратны по времени и потреблению энергии, чем известные по публикациям в научной печати. Осенью прошлого года были проведены испытания экспериментального образца камеры сгорания РДМТ, изготовленного в ИВТЭ УрО РАН из нового материала. Полученные результаты показали высокую стойкость образца и перспективность продолжения экспериментальных работ.
 

Эта проблема мне очень знакома. В своей новой должности я работаю только год, а до этого был заместителем начальника научного конструкторско-проектного отдела и ответственным исполнителем НИР. Меня поражает энтузиазм, самоотдача и творческая энергия наших коллег из ИВТЭ УрО РАН, желание сделать невозможное, невзирая на огромные трудности, отсутствие нормального финансирования этих работ.
 

Но этим перечень тем не ограничивается. Например, совместно с Институтом металлургии УрО РАН и ЮУрГУ начаты исследования воздействия наносекундных электромагнитных импульсов на свойства различных материалов.
 

— Вы используете наукоемкие технологии. Каким образом удалось сконцентрировать высокоинтеллектуальный кадровый состав в небольшом городе? Удается ли его сохранить?
 

— Да, действительно, в «товаре» сконцентрированы достижения не только нашего предприятия, но и других академических и научно-исследовательских институтов и даже целых отраслей. Интеллект, знания и опыт, колоссальный труд металлургов, химиков, физиков-теоретиков и экспериментаторов воплощены в салдинских «микрушках». Но наши технологии еще и ресурсоемкие. Обеспечение требуемой надежности и качества продукции основано на отработанной десятилетиями системе, включающей несколько видов контроля. В их числе и контрольно-технологические испытания всех без исключения экземпляров изготавливаемых двигателей на натурных компонентах топлива с имитацией, если это необходимо, условий космического пространства — той среды, где двигатели будут работать. Это требует значительных затрат — один килограмм нашей продукции стоит полмиллиона рублей. Но эти затраты оправданы в том числе и экономически. Подтверждением тому и показателем правильности нашего подхода к обеспечению надежности продукции служит безотказная эксплуатация 15-ти типов двигателей для космических аппаратов различного назначения, более 12000 изготовленных экземпляров двигателей, обеспечивших выполнение программ полета более чем 900 космических аппаратов с реальным сроком активного существования до 15 лет. Наши двигатели оставались работоспособными в нештатных ситуациях, иногда являясь последним средством для управления полетом, и выполняли несвойственные им задачи. Например, из-за отказа штатной системы управляемый спуск с орбиты долговременной орбитальной станции «Салют-7» был выполнен с помощью наших двигателей. Станцию направили в малонаселенный район. Пострадала одна южноамериканская корова, а при бесконтрольном падении станции могло быть гораздо хуже. Двигатели, управляющие полетом станции «Мир», отработали пять первоначально заданных ресурсов! И могли работать еще.
 

Но не только научные достижения концентрировались в Нижней Салде. Из лучших вузов страны съезжались в Салду молодые специалисты. «Поставщиками» были МВТУ им. Баумана, ХАИ, МАИ, КАИ, ЧПИ, КуАИ и другие известные учебные заведения. Очень много их уезжало и в лучшие годы, но оставались те специалисты, кого в первую очередь интересовала работа — никогда не было и не будет в Салде таких благ цивилизации, как в крупных городах. Вместе с местными кадрами они составили основу предприятия, научную и конструкторско-технологическую базу, которая существует и сегодня. В период развала много сотрудников было потеряно. Но работоспособный коллектив сохранен и продолжает трудиться.
 

— Какие у вас проблемы? Как вы пережили переход к рыночной экономике? Уверены ли вы в востребованности ваших разработок?
 

— Проблемы роста. Объем продукции в 2005 году по отношению к 2004 году вырос более чем в полтора раза. Ожидаем примерно такое же увеличение и в текущем году. Отсюда нехватка специалистов, рабочих высокой квалификации, очень высока загрузка имеющихся ресурсов. Изношенность основного технологического оборудования, станочного парка — еще одна проблема. Кроме того энергоресурсы, сырье и материалы мы покупаем по рыночным ценам, а цена на нашу продукцию, по сути, определяется не рынком, а вышестоящими организациями. Доля коммерческих заказов невелика, основные усилия сосредоточены на выполнении Федеральной космической программы, обеспечении эксплуатации Международной космической станции.
 

Но появляются и новые интересные проекты. Нам представилась возможность заглянуть в дальний космос. Руководство и специалисты НПО им. Лавочкина предложили нам участвовать в научной программе «Фобос-грунт». Мы начали разработку двигательной установки возвращаемого модуля, главная задача которого — доставка проб грунта с этого спутника Марса. Но в год 45-й годовщины первого полета человека в космос, как и раньше, главной задачей для нас остается обеспечение выполнения пилотируемой программы. Наше предприятие было организовано в 1958 году как филиал НИИ-1, его испытательная база. Вначале основным направлением деятельности были исследования рабочего процесса жидкостных ракетных двигателей больших тяг. Но работа только по проведению испытаний «чужих» изделий не могла удовлетворить инициативных и пытливых специалистов и умельцев. Были начаты работы в направлении создания микродвигателей для космических аппаратов. А уже в начале 70-х годов предприятием была поставлена партия ракетных двигателей малой тяги для первой в мире долговременной пилотируемой орбитальной станции «Салют». С тех пор в пилотируемых кораблях «Союз-ТМ», грузовиках «Прогресс-М», орбитальных станциях «Салют», «Алмаз», «Мир», модулях дооснащения «Квант-2», «Кристалл», «Природа», «Спектр», модулях «Заря» и «Звезда» международной космической станции применяются наши двигатели. Достаточно сказать, что каждая стыковка пилотируемого корабля «Союз-ТМ», грузового корабля «Прогресс-М» с международной космической станцией выполняется с использованием наших двигателей. Программа полетов к международной станции расписана до 2015 года, и в ней наша работа определена. Но для развития предприятия этого недостаточно.
 

Мы открыты для сотрудничества, в том числе международного. Опыт в области криогенных технологий, накопленный специалистами НИИМаш при выполнении ОКР по тематике «Энергия–Буран», успешно используется и реализован в долгосрочном сотрудничестве с зарубежными партнерами. Уже более десяти лет совместно с ОАО «Уралкриомаш» и другими предприятиями выполняются работы по инженирингу, проектированию и изготовлению стендового испытательного оборудования для испытаний ЖРД на криогенных компонентах ракетного топлива в Индии.
 

Кислородно-азотный комплекс работал и продолжает работать на решение социально-экономических задач. Сегодня вместо жидкого кислорода для проведения испытаний ЖРД мы производим жидкий и газообразный кислород для медицинских целей. Наш институт имеет разработки продукции общетехнического назначения — электромагнитные клапаны для пищевой промышленности, технологию и устройства очистки воды методом озонирования без применения хлорсодержащих веществ, сварочные трансформаторы и так далее.
 

Еще полтора года назад салдинская молодежь в основном решала одну проблему — куда лучше уехать. Сейчас возродившаяся молодежная организация института пытается решить другую проблему – что нужно сделать, чтобы здесь, в Салде, жить стало лучше.
 

— Наша страна занимала лидирующие позиции в изучении космоса, сохранила ли она их сегодня? Что вы об этом думаете? Каковы перспективы?
 

— Лидирующее положение страны в космической деятельности может быть обеспечено, на мой взгляд, двумя основными факторами — финансами и интеллектом. С первым у нас все понятно — по планам государственного финансирования космических программ российский бюджет на 2006 год в 14,8 раза меньше бюджета НАСА, в три раза меньше бюджета Европейского космического агентства. Второй фактор — интеллект, накопленный еще в советские времена, колоссальный опыт, научно-технический задел. Они продолжают работать, и не все еще потеряно. Интеллектуальный потенциал России высок. Ответьте, пожалуйста, на вопрос: где американский «Шаттл», а где наш «Союз»? Кто кого возит на Международную космическую станцию?
 

Беседовала Т. ПЛОТНИКОВА
 

Двигательная установка КДУ414НС.

Междуниродная космическая станция.

Двигатель РДМТ10.