Космические технологии на земле, под водой и в воздухе

 

Говоря о применении космических технологий здесь, внизу, никто, разумеется, не предполагает использования специальных мелкосерийных и потому дорогостоящих компонентов. Речь идет, во-первых, о «космическом» уровне надежности земных систем, а во-вторых – об использовании комплектующих двойного назначения, например, электроники и оптики, которые можно производить как для военных нужд, так и – крупными партиями – для коммерческого распространения. Любопытной тенденцией последних лет является также «обратная тяга» – использование обычных, «магазинных» компонентов в космических аппаратах.

Уровни доступа на орбиту

Современная электронная элементная база по международной классификации делится на четыре условных категории: потребительскую (Consumers), промышленную гражданскую (Industries), военную (Militaries) и космическую (Space). Разница между ними, в первую очередь, в требованиях к режиму эксплуатации. Так, компоненты Commercial рассчитаны на диапазон температур от 0 до +750 C. Наверняка многие обращали внимание, что при сильных морозах на улице перестают работать (или неустойчиво работают) всевозможные смартфоны, цифровые фотоаппараты и прочая современная бытовая электроника. Это следствие применения недорогих массовых компонентов, как раз и сделавших подобную технику общедоступной.

Электронные компоненты классов Industrial и Military проходят дополнительное тестирование и рассчитаны на широкий температурный диапазон от –40 до +1250 С. Как правило (хотя и не обязательно), микросхемы этого класса выпускают в более дорогих металлокерамических корпусах, что не только считается более надежным, но и дает дополнительную «защиту от дурака» – в случае обнаружения, к примеру, в военном изделии чипов в пластике, стоит как минимум задуматься. Правда, некоторые эксперты утверждают, что по ряду показателей пластиковый корпус предпочтительнее для использования в классах Industrial и Military – например, он лучше переносит вибрацию.

Space – эти электронные компоненты не только должны выдерживать высокие и низкие температуры, но и быть радиационно стойкими. Космическая радиация, особенно не фоновая, а наведенная быстрыми частицами, достаточно жесткая. И простым экранированием тут не обойтись, то есть недостаточно, условно говоря, поставить электронику класса Commercial и даже Military в толстый экранированный корпус и послать этот прибор в космос. Быстрые частицы, бомбардируя экран, вызовут еще большее радиоактивное излучение внутри него, превратив такой корпус в своеобразный рентгеновский излучатель.

Российские микросхемы официально не имеют подобной классификации. Они различаются по уровню тестирования (собственный ОТК предприятия, представитель заказчика – в случае ВПК это военпред, и «высшая госприемка» с участием высококлассных специалистов – для изделий, предназначенных для космической индустрии). Однако это вовсе не означает, что характеристики изделий при этом соответствуют международным. То есть приемка ОТК не значит, что микрочип соответствует лишь уровню Commercial, и т. д. Разве что наличие приемки военпреда говорит об уровне Military. Поэтому в каждом конкретном случае приходится разбираться со спецификацией электронных компонентов, но это необходимо, как известно, всегда.

С прилавка – на старт?

По своим техническим характеристикам бытовые микросхемы и прочие электронные компоненты зачастую совпадают с военными и космическими, их разница (не всегда, но в ряде случаев) – в надежности и работоспособности в экстремальных условиях. Поэтому довольно часто возникает соблазн закупить ширпотребную электронику класса Commercial, провести ее дополнительное тестирование, отсеять неподходящие чипы, а подходящие использовать для производства недорогих гражданских космических аппаратов. Тем более что микросхемы, не прошедшие тесты на уровни Military и Space, довольно часто продаются как Commercial.

Стоит отметить, что по такому пути порой идут не только китайские, но и европейские и американские производители. Поскольку известно: на низких орбитах (300–500 км) космические аппараты все еще защищены от космической радиации магнитным полем Земли, и только отдельные быстрые частицы способны вывести спутниковую аппаратуру из строя. Такое случается (говорят, именно по этой причине вышел из строя «Фобос-Грунт»), но для этого нужно действительно неблагоприятное стечение обстоятельств, ведь все бортовые системы космических аппаратов неоднократно дублируются.

Есть определенный соблазн пойти по этому пути и сейчас, когда против российского ВПК введены международные санкции (а это как раз и означает в первую очередь запрет на поставку электроники классов Military и Space). Однако во-первых, китайские поставщики также готовы присоединиться к санкциям, а во-вторых, использовать компоненты класса Commercial в военных и космических изделиях все-таки излишне рискованно из-за их негарантированной надежности. Ну а в спутниках, работающих на высоких орбитах (порядка 1000 км), – попросту невозможно.

Есть и третья причина – существуют военные и космические изделия, для которых нужны специальные комплектующие, мелкосерийные и не имеющие гражданских аналогов. Это потом, спустя некоторое время часть подобных разработок выйдет в тираж, будет широко использоваться в коммерции и бытовых приборах и приносить прибыль производителям за счет объемов выпуска (а часть так и останется мелкосерийной и никогда не будет широко востребована).

Финансировать такое мелкосерийное производство должно государство, поскольку никто из российских (и приравненных к ним белорусских) производителей самостоятельно не примет это на себя. Причем дело тут не в рисках – расходы на НИОКР придется заложить в себестоимость, и при партиях в несколько сот штук чипы будут стоит десятки, если не сотни тысяч долларов. Само же государство откажется их приобретать по такой цене. Но в первую очередь именно новые мелкосерийные компоненты лучше всего получаются у отечественных производителей (значит, именно на них имеет смысл сделать первоначальный упор в процессе импортозамещения).

Роботы и беспилотники

Одной из ключевых космических технологий, широко применяющейся на земле, под водой и в небе, являются автоматические аппараты, роботы и беспилотники – как авиационные, так и морские и наземные. К выводу о том, что безопаснее, дешевле и эффективнее посылать в космос автоматы, а не людей, наши специалисты пришли еще в ходе подготовки к высадке на Луну. Сегодня беспилотными аппаратами и другими робототехническими изделиями никого не удивишь – они прочно вошли в нашу жизнь, и сообщения СМИ о том, что где-то в ходе какого-то локального конфликта был сбит беспилотник, стали если не ежемесячными, то точно – ежеквартальными. В этой сфере также повышенное внимание уделяется вопросам надежности. Речь об этом пойдет и на 25-й юбилейной международной конференции «Экстремальная робототехника – 2014», которая состоится в начале октября в Петербурге (в рамках форума «Российский промышленник» и Петербургского международного инновационного форума). В качестве приоритетных направлений конференции выбраны: теория и методы проектирования робототехнических систем, робототехника для экстремальных условий, военная и антитеррористическая робототехника, робототехника в медицине, стандартизация в робототехнике.

Напомним, что началом практического использования наземных мобильных робототехнических комплексов для локализации техногенных аварий в СССР считается ликвидация последствий Чернобыльской катастрофы. Правда, в ту пору значительная часть роботов была импортного производства, да и некоторые из них не смогли работать в условиях высокой радиоактивности. Именно это способствовало возникновению новой актуальной проблематики в робототехнике, получившей впоследствии название «экстремальная».

Что касается морских беспилотников, то их использование в мировой практике выходит на новый уровень: в сентябре 2014 г. компании «Боинг» и Liquid Robotics подписали соглашение о разработке роботов, предназначенных для автономного патрулирования океанов. Эти аппараты предполагается использовать для слежения за подводными лодками, обнаружения судов, перевозящих наркотики или занятых браконьерской рыбной ловлей. Теперь же речь может идти о создании сотен и тысяч роботов, которые будут объединены в своеобразную поисковую сеть.

Сегодня Liquid Robotics уже производит океанского робота Wave Glider SV3, стоимость которого составляет 300 тыс. $. Его используют в основном для научных целей или сопровождения промысловых компаний. Этот морской беспилотник способен автономно работать в открытом море в течение месяцев, получая энергию от солнечных батарей или от волн. Ведутся работы по использованию в подобных аппаратах и других видов альтернативной энергии – в том числе биотоплива.

Россия в технологическом развитии подобных аппаратов идет по тому же пути, испытывая при этом традиционные для закрытых систем проблемы. «Если иностранцы делают подводные аппараты в кооперации три-пять стран, то мы делаем все сами», – комментирует ситуацию директор Института проблем морских технологий (ИПМТ) Дальневосточного отделения РАН Леонид Наумов. Это заявление он сделал на церемонии открытия лаборатории телекоммуникаций, приборостроения и морской геологии на базе Института кибернетики Томского политехнического университета. Главная отдача от таких лабораторий – это подготовка кадров для создания технических средств освоения мирового океана, в том числе подводной робототехники.

Станислав Ковальский

 

Комментариев еще нет.

Оставить комментарий

Вы должны войти Авторизованы чтобы оставить комментарий.

Партнеры