«Космос мы не упустили»

Этот инженерный прорыв на долгие годы вывел нашу страну в число безусловных космических лидеров. Сегодня крупнейшее отечественное предприятие, выпускающее спутники,— АО «"Информационные спутниковые системы" им. академика М. Ф. Решетнева», сокращенно АО «Решетнев», расположено в Железногорске Красноярского края. Иностранные партнеры, которые раньше делали различные технические приборы и устройства для наших спутников, сегодня от сотрудничества отказались. Единственным выходом стало импортозамещение. На помощь пришли сотрудники Красноярского научного центра, где на базе инжинирингового центра аналоговой электроники налажено настоящее космическое производство. Размах его впечатляет. С чего все началось и что там происходит сейчас, «Ъ-Науке» рассказал Андрей Лексиков, доктор технических наук, заведующий Лабораторией электродинамики СВЧ-устройств специальной радиоаппаратуры, директор инжинирингового центра ФИЦ КНЦ СО РАН.

— Это называется входные мультиплексоры — изделия, стоящие во входных каскадах ретрансляционного оборудования, предназначенные для селекции сигналов по частотам. Мы считаем себя одними из основных специалистов в области электродинамики волноведущих сред в России и решили, что готовы разработать свои конструкции. Мы просили предоставить максимально возможную документацию, как должно быть, потому что на тот момент не понимали про космос ничего, хотя наши разработки уже летали не только в России, но и за рубежом.

— Мы понимаем, как разрабатывать, как производить изделия, которые стоят на земле. Мы понимаем про нагрузки на изделия, которые летают в атмосфере, но совсем другая история, когда что-то улетает в космос. Там очень большие механические нагрузки в условиях вакуума, а самое страшное — когда изделия много лет находятся в 36 тыс. км от вас и вы не можете до них добраться и выяснить, что там произошло. Подходы, которые используются в космических изделиях, совсем другие. Там критически важны стабильность и надежность — в ущерб массогабаритным характеристикам. Если мы можем принести на Землю максимально технологичные решения, которые порой находятся на грани научных знаний, то в космос зачастую такое не понесешь, все должно быть проверено. Этот центр создавался для того, чтобы мы в своих наземных научных исследованиях могли отрабатывать наши идеи.

— Вот, например, электродинамический вибрационный стенд, который полностью имитирует старт ракеты-носителя. В конце года сюда приедет ударный стенд, который имитирует уже отделение спутника от ракеты-носителя. В пределе это должно быть, по-моему, 2500 g со спектром до 10 кГц. Запредельная задача! Когда начинаешь работать на космос, возникает необходимость сопутствующих исследований. Мы развиваем аддитивные технологии, где очень много скрытых вещей, а рентген позволяют все это проверить, поэтому у нас есть рентгеновские установки.

— Они пошли по всей стране, не только в Красноярске. Провели открытый конкурс, выделили три летних месяца на то, чтобы создать летное устройство. Фактически на финал конкурса вышли только мы и одно московское предприятие. Остальные отказались, потому что за три месяца с нуля до летного изделия дойти практически нереально. А мы дошли. Мы единственные, кто выполнили все их требования. Поэтому сначала они сами, а потом «Роскосмос» подтвердил, что Академия наук в лице нашего института привлекается для того, чтобы создавать части космических аппаратов. Это аппараты гражданского назначения, те, которые обеспечивают федеральное вещание и спутниковую связь.

— Полностью используемый классический вилочный погрузчик, ведь наше оборудование тяжелое. Он используется еще с тех времен, когда здесь были экспериментальные механические мастерские, с 1970-х. Это наш боевой ветеран. Мы его пересобрали в этом году, и теперь это наш надежный помощник. Ребята относятся к технике с любовью — и к новому, и к уже послужившему.

— Да, это 3D-принтер по металлу. Когда мы изначально его себе покупали, задача была отказаться от громоздких многокомпонентных изделий. Сегодня он для нас совершенно незаменим. Вот, например, это напечатанная на нем антенная система, которая содержит в себе поляризующий и излучающий элементы. В классической металлообработке это изделие состояло бы из шести деталей, а у нас — одиночное монолитное изделие. Покупали мы его в основном с точки зрения научных исследований, чтобы понять, как правильно печатать, но когда заказчики увидели, что мы его уже освоили, сразу пришли с предложением, не хотим ли мы под них разработать теплоаккумулятор.

— У космического аппарата есть ряд критических элементов, которые должны находиться в очень узком диапазоне температуры. В классике это многокомпонентное, трудно собираемое изделие. Обеспечить плоскостность с обеих сторон очень сложно, обычно это удается с большим количеством брака. Поэтому они спросили, не хотим ли мы попробовать его напечатать. Нам выдали только внешний габарит, не показали, что внутри.

— Возможно. Через три месяца мы напечатали изделие, которое полностью удовлетворяет их условиям. Я спросил: а почему вы нам ничего не дали? Ответ был такой: «Мы отдали трем компаниям в Москве. Оказалось, что то, что они печатают, в космический аппарат не встает. Поэтому нам было интересно, сможет ли кто-то такое сделать». В итоге мы целиком забрали заказ на последний аппарат, и теплоаккумуляторы там стоят наши. Мы освоили новые процессы и удивили наших партнеров.

— Ребята сидели сутками, моделировали в условиях изменяющихся температур. В изделии применяется парафин, который меняет свое фазовое состояние, и соответственно, внутри меняются условия. Так мы смотрели, каким будет действие аккумулятора в зависимости от этих условий. Сегодня мы единственная полностью российская команда, которая участвует в разработке полного цикла всех семи космических аппаратов серии «Экспресс». Стоило очень большой крови этого добиться. В сентябре 2027 года мы должны нашему заказчику отдать абсолютно новое изделие. Проработка, научные исследования мы вели с февраля 2025 года, а сейчас мы переходим к более поздним этапам конструирования.

— Это команда из четырех лабораторий, ОКБ и инжинирингового центра, всего 80–90 человек. На производстве в основном заняты выпускники колледжей, техникумов, они здесь начинают проходить практику, кто-то остается, продолжает заочное обучение в вузах.

— А у нас они есть. Они могут и установку придумать, и сами ее сделать, и другим показать, как она работает. Уже есть те, кто обучился и обучил следующих. Средний возраст команды — 36 лет. У нас много молодежи. Есть и «аксакалы», которые продолжают работать. Это Борис Беляев, Николай Дрокин, Владимир Тюрнев — те, кто в 1990-м все это создавал. Для меня и моих коллег наличие плеча, к которому можно прислониться, очень важно.

— Здесь проходят климатические испытания в условиях вакуума. Это значит, что изделия должны подтвердить свою работоспособность в пределах тех диапазонов температур, при которых они будут использоваться. Это могут быть и космические условия, и какие-то экстремальные условия на Земле. Здесь же происходит отработка разных решений. Например, на ряд изделий наложено условие, что рабочая температура должна быть от -20°C до +60°C. Есть изделия, на которые закладывается температура от -100°C до +40°C.

— Нет, но нам пока и не ставят такие задачи. Вообще у нас очень много задач. В этом помещении собраны три климатические камеры и камеры имитации космического пространства. В этой камере сейчас проходит ресурсное испытание компонентов, которые будут использоваться в будущих изделиях. 15 лет без возможности проверить, что и как работает, это серьезная проблема, поэтому наши наземные испытания критически важны.

— Это один из основных компонентов мультиплексора, его канальный фильтр. За 1300 термоциклов все там должно полностью сохраниться. Внутри сейчас +65, вот я открыл дверь, и температура сразу поползла вниз. Изделия несколько часов находятся при одинаковой температуре, чтобы полностью прогреться, потом уходят в минус, и так будет еще несколько часов. Один раз в 200 термоциклов мы их оттуда достаем, проверяем характеристики. А вот это камера имитации космического пространства, или термовакуумная камера.

— Не стоит туда никого помещать, потому что там откачивается атмосфера. Это как в открытом космосе — живое существо может там находиться только в скафандре. Только есть еще одна проблемка — термоплита, которая работает от температуры жидкого азота до температуры +100°С. Поэтому кошечке там в любом случае будет очень плохо, даже в скафандре. У нас стоит другая задача: проверить, что будет с нашим изделием, когда оно уйдет за пределы атмосферы в составе космического аппарата. Сохранит ли оно полностью свои характеристики? Здесь, на Земле ребята исследуют и настраивают изделия так, чтобы в космосе они вышли ровно туда, куда нужно.

— Здесь ситуация такая. Мы очень много работаем с индустриальными партнерами и исполняем запросы конкретных предприятий. Большая часть этого оборудования – различные программы развития Министерства науки и высшего образования. Это и Центр коллективного проектирования, и обновление приборной базы, и инжиниринговый центр. В этом году мы выиграли конкурс на формирование научного центра мирового уровня.

— Это накладывает на нас множество обязательств. По сути, мы пообещали, что за следующие пять лет изменим подходы к проектированию компонентов космических аппаратов. Найдем более дешевые и более производительные решения. Нам дали деньги на исследование, карт-бланш, что это долгосрочная научная программа. Мы выиграли в мае, начали работать с июля, а в октябре уже должны отчитываться перед комиссией. Еще на этапе рассмотрения проекта нам поставили задачу синхронизировать нашу программу исследований с потребностями предприятий — и это несмотря на то что мы ее уже защитили. Теперь мы должны работать в прочной связке с практическими потребностями АО «Решетнев», АО РКС, то есть всеми, кто на сегодня есть в национальном проекте «Космос».

— На самом деле это подогреватель рефлектора. Есть требование отсутствия дегазации материалов. По сути, мы подтверждаем, что в условиях космоса материал рефлектора не будет «газить», то есть не будет уменьшаться, испаряться и так далее. Для этого обычно покупаются большие камеры, в которых есть инфракрасные подогреватели. Все это стоит десятки миллионов. У нас такой возможности не было. Поэтому, опять же, ребята сели, хорошо подумали, потом взяли в магазине 50-ваттные лампочки и собрали вот такую вещь. Сюда ставится рефлектор, его размещают в камеру, включают подогрев, откачивают всю атмосферу, держат там порядка нескольких часов, выключают, проверяют. Лампочки светятся — очень эффектное зрелище, как новогодняя гирлянда. Все это нас спасает от необходимости покупать дорогое оборудование. Научно-изобретательская мысль очень сильно нам помогает.

— Точность деталей, которые мы делаем, это порядка единиц микрон. Единственный способ проверить, правильно ли ребята задали задачу на станке, выдержали все температурные режимы, это проведение высокоточных механических измерений. Вот здесь стоят три видеоизмерительные машины, одна координатно-измерительная и большое количество ручного инструмента, который используется для измерения геометрических размеров. Если где-то произошла ошибка, а мы это увидим спустя двадцать итераций, разбираться, где была ошибка, будет очень сложно. Сначала мы так и делали. Мы дошли до конечного испытания, увидели, что где-то что-то не так, вернулись, все разобрали, проверили. Сейчас количество изделий растет, как и их сложность, и возможности дожидаться последнего этапа нет. Мы начали контролировать это на более ранних этапах. Так появились координатные измерительные машины, другие инструменты, например, высокопрецизионные нутрометры.

— Наша область исследований — это электродинамика волноведущих сред. С точки зрения практического применения у нас два основных направления: антенные системы и системы фильтрации. Здесь вы видите антенну для космического аппарата и антенну для беспилотного летательного аппарата. Это классическая зеркальная антенна, какие известны уже больше сотни лет, когда сигнал формируется в селекторе, выходит через облучатель, отражается от рефлектора и уходит в пространство. Но есть и другие, современные виды антенн, и такие мы тоже разрабатываем и делаем. Вот эта антенна на метаповерхности, когда есть точка возбуждения по центру, электромагнитная волна распространяется вдоль поверхности, на каждом таком элементе рассеивается и отправляется в пространство. Ребята учатся формировать эту поверхность правильно. Для этого нужны математические и физические модели, то есть понимание, как сделать так, чтобы формировалась нужная форма излучения.

— Мы называем это «уголок сумасшедшего». У детей обычно шарики, а у нас здесь пирамидки. Это безэховый полигон для исследования антенн. Проблема заключается в том, что электромагнитная волна имеет свойство отражаться практически от всех поверхностей. Поэтому если в простом свободном пространстве проводить измерения, то мы будем мерить все что угодно, кроме истинных характеристик антенны. Для этого применяются вот такие безэховые полигоны. То есть, когда выходит электромагнитная волна, излученная из эталонной антенны, она попадает на измеряемую антенну, но при этом не отражается от других стенок. В пирамидках специальный материал, который поглощает либо рассеивает электромагнитную волну. По сути, это поролон, заполненный золой.

— Да. Здесь все отечественное. Сферический сканер сделали в Красноярске. Таких в стране не более десятка. Они позволяют проводить измерения ненаправленных антенн. Прибор, которым мы измеряем электрические характеристики антенн, разработан в Томске, сделан в Челябинске. Эталоны антенн разработаны и сделаны в Красноярске. Таким образом, по всем антенным приспособлениям мы полностью ушли на отечественное решение. Тех уровней характеристик, которых на сегодня мы добились в России, вполне достаточно. При этом мы делаем уникальные антенны как с точки зрения применения, так и с точки зрения электрических характеристик.

— Один из наших заказчиков после проведения всестороннего анализа того решения, которое мы им принесли, сказал, что мы почти добились теоретического предела по характеристикам, при этом упаковав в малый габарит и сделав совместимым с космосом.

— Он предназначен для первичных измерений антенных систем. Как я говорил, проблема измерения антенн в том, что сигнал расходится везде. А нам нужно померить собственные характеристики. Этот тазик на самом деле технологическая оснастка, где на дно уложен поглощающий материал, такой безэховый полигон в миниатюре. Когда мы только придумывали антенну, встал вопрос, как быстро измерить характеристики, и тут на помощь пришел «Леруа Мерлен», где мы и купили этот тазик. Ребята, когда начинают конструировать, проектировать изделие, сразу же придумывают, как с ним работать. Антенна — система сложная, внутри много изделий, деталей. Каждая деталь специфическая, собирается вручную. Но от того, насколько хорошо ты соберешь этот пакет деталей, зависит итоговая характеристика. В итоге было принято решение, что нужна автоматизация. Взяли станочек, и теперь это уже собирается в полумеханическом режиме.

— Это инспекционный микроскоп для более крупных объектов. Вот, например, посеребренный алюминий. Важно, чтобы на внутренних поверхностях не было пузырей, отслоений серебра. Только под микроскопом это можно увидеть. Проблема с серебром есть у большинства предприятий Российской Федерации. Нет нормальных автоматизированных технологических процессов, чтобы подобных вопросов не возникало. Мы сейчас этому вопросу стали уделять очень много внимания. Со следующего года, скорее всего, начнем разрабатывать такой технологический процесс. Пример, как в случае с теплоаккумулятором, когда пришлось идти в соседнюю область. Но ребята, надеюсь, смогут решить и эту задачу. Нам не привыкать.

— Мы не упустили космос. По крайней мере, в части антенных устройств, которые мы собираем, мы точно не отстали. Я не могу сказать, что мы можем «догнать и обогнать» во всем, но есть вещи, где мы лучшие. Технологическая независимость в этой части достигнута.

— Есть еще целое направление, где Россия продолжает быть впереди. Но, к сожалению, без технологии микроэлектроники, по которой мы отстали, есть очень много позиций, где мы проигрываем. Рынок космоса в России на сегодня предельно ограничен. Те решения, которые сегодня предлагаются, очень дороги. Полностью отечественный космический аппарат получается дороже, чем если собрать его из китайских комплектующих, потому что там эти компоненты разработаны, а нам их нужно разрабатывать с нуля. Но мы все равно умеем делать уникальные вещи. Компетенции в России сохранены, и мы можем работать на космос полностью независимо.