В 2017 году российские ученые из команды Avant Space занялись разработкой уникального геликонного сеточного двигателя для космических спутников. С ним бы они могли поддерживать орбиту и выполнять межорбитальные переходы.

«Это простое на первый взгляд устройство повелевает воистину сложными плазменными процессами и позволяет разгонять рабочее тело двигателя до скоростей в десятки километров в секунду. Базовая схема не нова — мы лишь постарались сделать максимально эффективным сам плазменный разряд с помощью возбуждения геликонных волн», — говорит со-основательница и гендиректор проекта Avant Space Яна Харлан.

В 2019 году Avant Space получили грант на 60 млн рублей от Сколково сроком на два года на создание прототипа двигательной установки. Яна Харлан — выпускница Бауманки и аспирантка Сколтеха. Она работает в отрасли с 19 лет. До создания своего проекта Яна успела поработать инженером в «Российских космических системах» и Центральном институте авиационного моторостроения им. Баранова. В 2019 году Forbes включил ее в список претендентов на участие в рейтинге самых перспективных россиян моложе 30 лет.

Мы поговорили с Харлан о ее проекте, о состоянии российской космической отрасли и о проблемах, с которыми сталкивается разработка.

— Я думаю, что многие чувствуют глобальные космические перемены. Это невероятно, но стоимость запуска 1 кг груза на низкую орбиту снизилась в три раза за 2017 г. (слава Илону Маску). Мы стоим на пороге новой эры космонавтики, эры многоспутниковых группировок и вездесущего интернета. На самом деле создание группировки глобального покрытия Земли широкополосным интернетом это не только миллиарды долларов, но и неисчислимое количество новых идей, проектов, и, так скажем, технологических вызовов. Моя команда также пытается угнаться за последними трендами и создать жизненно важную подсистему для спутников в группировках. Сейчас в мире очень много стартапов, которые преследуют такую же цель, мы живем в условиях жесточайшей конкуренции.

— В чем уникальность проекта, что даст использование таких двигателей?

— Сверхточное управление спутником, переходы на другие орбиты, возможность перестроения группировки, и все это с самым крутым удельным импульсом в очень миниатюрном виде. Вот например, вся наша система управления двигателем это кубик 101010 см, а в былые времена такая система для ионного двигателя весила почти как я.

Фото: www.avantspace.com

— Изначально говорилось, что двигатели начнут использовать уже в 2020 году. Как идут работы?

— На заре проекта мы надеялись на российского инвестора и заинтересованность Роскосмоса. Я думала, что мы разработаем двигатель, а дальше дело за малым, но не тут-то было. Современный заказчик — создатель спутника — требует поставки готового легко интегрируемого решения. Поэтому сегодня мы разрабатываем еще и все служебные подсистемы двигателя, а заодно и комплектуем собственный аппарат для технологической миссии. Должна признать, что в этом году мы вряд ли запустимся, хотя летный прототип двигательной установки (с подсистемами) уже будет разработан. Надеюсь, мы найдем способы запуститься в течение 2021 года и таким образом выложим дорогу на мировой рынок лавровыми листочками (в случае успеха, конечно).

Фото: www.avantspace.com

О проекте

Проект родился в стенах лаборатории «Физика плазмы» МГУ и превратился в настоящий российский космический стартап на базе фонда Сколково. Сейчас в команде Avant Space всего 8 человек, она проводит испытания в лабораториях МГТУ им. Баумана и тесно сотрудничает с бауманскими специалистами.

Также команда сотрудничает с институтами аэрокосмических исследований: Центральным научно-исследовательским институтом специального машиностроения, Центром им. Келдыша, а также ведет работы совместно со Сколтехом. К тому же 3 специалиста компании являются аспирантами Сколтеха.

В планах компании создать электрический ракетный двигатель малой потребляемой мощности (до 300 Вт) для малых космических аппаратов (МКА). Основными его преимуществами называются высокий удельный импульс (до 4000 с), энергоэффективность и высокий ресурс. Ученые обосновывают актуальность разработки резким ростом количества запускаемых коммерческих спутников, которое, по данным Euroconsult, в ближайшие 10 лет вырастет в десятки раз. Двигательная установка на борту, по их словам, необходима для функционирования спутника в составе многоспутниковой группировки.

— Насколько легко в России что-то разрабатывать?

— Куда ни ткни — везде есть свои сложности. Они начинаются с технологических проблем. Для изготовления двигателей нужны сложные производственные технологии: высокоточного производства керамики, обработки титана, и для нас зачастую проблемно найти поставщика, который может такую работу сделать. На это уходит время и деньги, поскольку опыта изготовления подобных изделий ни у кого нет. И в этом сильно ощущается уменьшение компетенций производственных предприятий. С каждым годом их становится все меньше и меньше, а сложные работы становятся все дороже и дороже.

Следующий момент — со специалистами. Нам постоянно требуется какой-то контакт с людьми, которые делают спутники, чтобы определить точные требования к нашей системе, ибо это его часть. Очень сложно в России найти людей, которые ответят на наши вопросы. Почти всегда это работники госпредприятий, которые очень тяжело идут на контакт из-за секретности или скептического отношения к коммерческим разработкам. Организовать партнерство с компанией-производителем спутников, которая могла бы нам оказывать такую поддержку, пока не получается.

— Почему Роскосмос не идет на контакт, это же в их интересах?

— В текущей парадигме федеральной космической программы слова «коммерциализация», «эффективность» и «развитие малого и среднего бизнеса» отсутствуют. Сегодня государство недостаточно поддерживает развитие отношений между такими группами разработчиков, как мы, и госкорпорацией. Среда для развития инновационных космических компаний в рамках государственно-частного партнерства не создана.

— Как, по-вашему, обстоят дела в российской космонавтике? Все говорят о SpaceX. Чем мы потенциально можем удивить в сфере разработок?

— К сожалению, успехов мало. Деятельность предприятий Роскосмоса насыщена «мегапроектами» — это и тяжелая «Ангара», и лунная программа. Глядя правде в глаза, можно сказать, что коммерческих перспектив у этих проектов нет, а космос сегодня превращается в бизнес-пространство, на котором действуют новые законы. Понимаете, России там нет, на гребне актуальных космических технологий. Там есть Индия, Китай и даже Новая Зеландия, а России нет. Ситуацию нужно менять, и прежде всего это касается стратегического планирования развития отрасли, модернизации подхода к ведению разработок. В заключение могу только добавить, что все говорят о SpaceX во многом заслуженно.

— Как на этот процесс влияет утечка мозгов?

— Это, скорее, следствие, а не причина. Я знаю многих специалистов, которые уехали, и не потому, что им нравится американская культура или они мечтали жить в Европе, а, поскольку их потребности в профессиональной реализации не могут быть удовлетворены. Нет проектов, нет вдохновляющей деятельности. Фактически, до специалистов, которые сейчас выпускаются и все еще имеют конкурентный уровень образования, сейчас никому нет дела.

Выпускников Бауманки предприятия Роскосмоса без вопросов берут на работу. Вопрос в том, на какую зарплату. Иногда начальники отделов могут дотянуть зарплату молодого спеца до приемлемого уровня, но рост минимальный, а мой опыт показывает, что ты попадаешь в нездоровую среду, где безумные НИОКРы тянутся по десять лет, а за это время меняется вообще все.

— Есть ли у вас задел на партнерство по вашему проекту с зарубежьем?

Это наш план и жизненная необходимость, так как для существования нам нужен заказчик, а в России у нас его нет. Мы посещаем международные конференции, налаживаем контакты со стартапами, которые разрабатывают аппараты. Плюс, у нас развивается направление разработки подсистем. Европейцы начали приглашать нас на испытания систем управления в своих лабораториях. Также мы налаживаем торговые отношения с Китаем. Хотя есть проблема экспорта таких продуктов из России, так как включаются некие внутренние ограничения как со стороны заказчика, так и со стороны поставщика.

Фото: www.avantspace.com

— О чем бы вы спросили Илона Маска, если бы у вас состоялась личная встреча?

— Очень хочу поговорить с ним о будущем, о больших международных проектах, которые будут актуальны через 20–30 лет: орбитальные электростанции, астероидная добыча полезных ископаемых, космический туризм — как он себе это представляет?

Как это работает?

Рабочее тело двигателя впрыскивается в разрядную камеру. Двигатель может работать на ксеноне, аргоне, криптоне или даже йоде. На данном этапе испытания проводятся с ксеноном. Индуктор, подключенный к ВЧ-генератору, создает переменное электромагнитное поле. Оно взаимодействует со свободными зарядами в разрядной камере, и в результате столкновений между частицами атомы ксенона ионизируются. Положительно заряженные ионы направляются в ионно-оптическую систему, где постоянное электрическое поле между электродами ускоряет их до десятков км/с. Созданный таким образом поток ионов генерирует тягу.

Устройство рассчитано на спутники весом 50–500 кг. Возможные применения не ограничиваются LEO (низкими околоземными орбитами), но также включают дальние космические миссии. Благодаря очень высокому удельному импульсу использование двигателя на борту космического аппарата позволяет уменьшить массу топлива, необходимого для выполнения миссии, и увеличить срок службы спутника. Все необходимые подсистемы включены в комплект поставки GT-50. Общая архитектура системы является модульной, что делает ее гибкой, а ее интеграцию в космический аппарат — более дешевой и простой.

Фото: www.avantspace.com

— Космонавтика и все с нею связанное — кажется, что это скорее мужская отрасль. Много ли женщин сейчас работают в этой сфере, если брать Россию? Вообще, можно ли сказать, что мужчинам и женщинам обеспечен равный доступ?

— Традиционно мужчин в отрасли больше, но, по-моему, наш народ давно понял, что женщин нельзя недооценивать. Я считаю, что в отрасль обеспечен равный доступ, так как, когда я поступала на кафедру «Ракетостроение» МГТУ им. Баумана, мне не снижали баллы за ЕГЭ по половому признаку. Честно скажу, меня проблемы гендерных предрассудков касаются крайне редко.

— Вы поступили на инженерную специальность тайком от родителей, хотя в детстве профессионально занимались гимнастикой. Почему? Как вы готовились к поступлению?

— В 15 лет я получила травму позвоночника, не совместимую со спортом, мой кругозор был узок, и я не посвящала достаточное количество времени образованию, поэтому моим фаворитом среди школьных предметов была математика — можно ничего не знать, но, опираясь на базовую логику, без подготовки сдавать все на 5 и даже участвовать в олимпиадах. Когда я перестала тренироваться, резко и бесповоротно, мне было до жути скучно, так как я привыкла каждый день 4 часа проводить в зале, и весь мой день был расписан по минутам. От скуки я начала решать задачки и поступила в лицей при Бауманке, а потом и в университет. Я не делала это в тайне, просто мои родители очень много работали и узнавали о моих решениях по факту свершения. Специальность я выбрала исходя из своих юношеских романтических представлений о космосе и в связи с большим восторгом от того, какой мир мне открылся в лицее, я поглощала информацию с невероятным аппетитом, ночи напролёт читала то лекции Фейнмана, то труды Ницше. Готовилась к поступлению как все лицеисты — решая сотни задач.

Родители были в шоке, но они мне ничего не сказали, только через несколько лет я узнала, что они ездили к моей учительнице по математике с просьбой спасти меня от жутких решений. Но она убедила их в обратном. Теперь я понимаю, что они настолько уважали меня, что не стали останавливать, запрещать, я думаю, что это очень мудро.

— У вас маленький ребенок. Трудно ли совмещать работу и семью и как вообще получается?

— Да, это непросто, мне пришлось внедрить суровый тайм-менеджмент, вообще никакая книжка по личностному росту не прокачает вас так, как ребёнок. Но надо понимать, что моя жизнь строится на колоссальной поддержке мужа, да и вообще всей семьи. Плюс отношения в нашем рабочем коллективе очень близкие, мы объединены одной целью, я всегда могу рассчитывать на понимание и подстраховку. Если мы придём к успеху, то это будет заслуга многих людей.