Пять лет в точке Лагранжа

Как работают космические обсерватории и какое оборудование для них делает Росатом

13 июля исполнилось пять лет с запуска в космос уникальной космической обсерватории «Спектр-РГ». Московское опытно-конструкторское бюро «Марс» (входит в Росатом) — разработчик бортовых комплексов управления (БКУ) для всей серии «Спектров». Как работают «мозги» астрофизических обсерваторий, «Вестнику атомпрома» рассказал Михаил Шатский, заместитель генерального конструктора — главный конструктор функционального ПО — начальник отделения функционального ПО МОКБ «Марс».

Бортовой компьютер

— Михаил Александрович, как устроен бортовой комплекс управления космическим аппаратом? Как он выглядит и какие функции выполняет?

— Любой космический аппарат состоит из двух крупных частей: это целевая аппаратура (телескопы, камеры и другие приборы) и служебная система, которую также называют платформой. Для «Спектров», например, была выбрана платформа «Навигатор», уже хорошо показавшая себя на метеоспутниках. Платформа обычно включает конструкцию, солнечные батареи, двигательную установку, аккумуляторы и бортовой комплекс управления. БКУ состоит из блоков электроники, которые имеют металлические корпусы различных форм, их устанавливают на специальных панелях аппарата. Внутри этих блоков — бортовые компьютеры, специальные электронные устройства для взаимодействия с различными бортовыми приборами и измерительные приборы. Оборудование соединено специальными космическими кабелями. Бортовой комплекс управления обеспечивает выполнение функций космического аппарата: надо доставить обсерваторию к месту назначения, навести приборы на изучаемые объекты, обеспечивать приборам температурный режим и питание и т.д.

— Комплексы управления разных космических аппаратов сильно отличаются друг от друга?

— Центральный бортовой компьютер у всех примерно одинаковый, а вот блоки, управляющие конкретной аппаратурой, отличаются. Главные же отличия — в программном обеспечении.

— Когда аппарат вышел на целевую орбиту и оборудование настроили, ваша работа окончена? Или специалисты МОКБ «Марс» участвуют в эксплуатации спутников?

— На предприятии есть центр сопровождения полетов. Туда непрерывно приходит информация со всех наших аппаратов. Мы постоянно анализируем информацию, если что-то идет не так — связываемся с Центром управления полетами (ЦУП) «Роскосмоса» и даем свои рекомендации.

«Спектральная» эволюция

— Расскажите о первом космическом аппарате серии «Спектр» —
«Спектр-Р» («Радиоастрон») — и его БКУ.

— Задача обсерватории, запущенной в космос в 2011 году, состояла в проведении совместно с земными радиотелескопами фундаментальных исследований. Ученые с ее помощью изучали в радиодиапазоне галактики и квазары, черные дыры и нейтронные звезды и т. д. «Спектр-Р» был оснащен мощным радиотелескопом с диаметром антенны 10 м — эта антенна даже в Книгу рекордов Гиннесса попала. Полетела в космос она в сложенном состоянии. Раскрыть эту уникальную конструкцию на орбите и было самой сложной задачей. Все получилось, и «Спектр-Р» отработал почти в два раза дольше, чем изначально планировали. Гарантийный срок заканчивался в 2014 году, а связь с аппаратом была прекращена лишь в 2019-м. Причем БКУ мы не отключали, возможно, он до сих пор где-то в космосе работает.

— Бортовой комплекс управления для следующего аппарата серии — «Спектр-РГ» — сильно отличается от первого?

— Конечно, мы используем предыдущие разработки, но научные аппараты обычно уникальны. В составе бортового комплекса управления КА «Спектр-РГ» мы применили усовершенствованные приборы для ориентации КА по звездам. На нем было меньше маховиков (это основной орган управления ориентацией), потому что «Спектр-РГ» был легче. Были доработаны блоки сопряжения с целевой аппаратурой, она сильно отличалась от «Спектра-Р»: на «Спектре-РГ» установлены два телескопа рентгеновского диапазона, другие средства сбора и хранения научной информации.

— Как прошел запуск аппарата?

— Специалисты МОКБ, естественно, сопровождают процесс запуска. Я во время запуска находился в Химках, в «НПО Лавочкина» (разработчик «Спектра-РГ».— Прим. ред.). Обычно в нашу задачу входят оперативный анализ поступающей с аппарата телеметрии и, при необходимости, выдача рекомендаций по управлению. Это был уже четвертый пуск КА на платформе «Навигатор», мы были готовы, и все прошло гладко. После успешного начального участка «Спектр-РГ» нужно было вывести в окрестности точки Лагранжа системы Солнце — Земля, это в полутора миллионах километров от Земли. Это самый далеко улетевший от Земли наш аппарат. Чтобы он успешно добрался до места назначения, было проведено несколько коррекций орбиты.

После пуска

— Изначально на «Спектре-РГ» было два телескопа: немецкий eROSITA и российский ART-XC. Но в 2022 году немцы потребовали свой отключить. Вы участвовали в процессе отключения? Это была сложная задача?

— Схема работы с телескопами была такая: немцы выдавали команды в Центр управления полетами, ЦУП их через БКУ транслировал в телескоп, а БКУ обратно транслировал телеметрические данные. После принятия решения немецкой стороной они прекратили свою научную программу и выключили свой телескоп. Российский телескоп продолжает успешно работать.

— А вообще были за эти пять лет со «Спектром-РГ» какие-то трудности?

— С самого начала все системы работают штатно, без замечаний. Все работает штатно.

— Вы сейчас следите за результатами работы космической обсерватории?

— Конечно, читаю новости. Телескоп уже пять раз просканировал все небо в жестких рентгеновских лучах. На основе этих данных ученые строят беспрецедентно точную рентгеновскую карту неба. Недавно было сообщение об открытии и исследовании нового источника излучения.

— «НПО Лавочкина» разрабатывает следующий аппарат — «Спектр-УФ». МОКБ «Марс» задействовано в проекте?

— Да, мы также разрабатываем для этой астрофизической лаборатории бортовой комплекс управления. У заказчика более высокие требования к точности наведения телескопа, это вызывает необходимость создания особых алгоритмов и использования специального датчика. Этим сейчас и занимаемся.

— Есть проблемы с комплектующими для БКУ из-за западных санкций?

— Импортозамещением МОКБ «Марс» занимается уже давно, и на сегодня в наших блоках применяются отечественные компоненты. У разработчиков самого телескопа, насколько я знаю, были какие-то проблемы, но их решают или, может быть, уже решили.

— Над чем еще сейчас работаете?

— Разрабатываем БКУ для гидрометеорологических спутников серии «Арктика-М». Недавно система «Арктика-М» из двух аппаратов была официально принята в эксплуатацию.

— Сильно отличаются БКУ у метеоспутника и у космической обсерватории?

— Принцип построения БКУ один и тот же. Отличия в основном в части блоков взаимодействия с целевой аппаратурой и, естественно, в программном обеспечении — в алгоритмах управления.

Кадры для «Марса»

— Где готовят специалистов по системам управления летательными аппаратами?

— Например, на кафедре систем автоматического управления в МГТУ им. Н. Э. Баумана, которую я оканчивал и где сейчас преподаю. В Московском авиационном институте — там наша базовая «марсианская» кафедра. Базовые предметы — математика, физика, теоретическая механика, механика полета, программирование, теория автоматического управления. Технологии искусственного интеллекта пока в наших системах применяются ограниченно: они недостаточно отработаны с учетом высоких требований по надежности наших систем и не всегда правильно обоснованы. Но методы распознавания образов уже начинают использовать в космонавтике и смежных сферах. Наши студенты делают много дипломных работ на тему ИИ, развивают это направление.

— А какие человеческие качества важны, чтобы добиться успеха в вашей сфере?

— С одной стороны, нужны скрупулезность, терпение, усидчивость. Это не та работа, где вы каждый день будете делать открытие. Для результата нужно много труда. С другой, надо уметь быстро принимать решения и брать на себя ответственность, когда происходит нештатная ситуация на орбите. Важна коммуникабельность: в создании космического аппарата принимают участие многие организации, надо постоянно работать с людьми.