Инженер – программист: «Человечество ждет многообещающее будущее, если только оно само этому не воспрепятствует»

21 июля участники 67-й экспедиции на Международную космическую станцию — космонавт Роскосмоса Олег Артемьев и астронавт Европейского космического агентства Саманта Кристофоретти — совершили выход в открытый космос. Одна из главных задач этой миссии — запуск восьми наноспутников «ЮЗГУ-55» и двух наноспутников «Циолковский-Рязань». Об этой миссии Sciencepop побеседовал с ученым в сфере космического приборостроения Владиславом Авдеевым.

Какова роль разработчика ПО в процессе создания, запуска и эксплуатации спутника?

– Как и любая сложная электроника, спутники не работают сами по себе. Главная задача разработчика в процессе создания спутника — заложить в устройство сценарии его работы. Также «космические программисты» создают ПО для проверки работоспособности как отдельных модулей, так и целых систем. Кроме того, необходимо настроить связь с запущенным спутником. Для этого разработчики создают программы дешифрации и обработки принимаемых данных.

Вы имеете успешный опыт работы с малыми космическими аппаратами серии «Аист», через какие ключевые этапы проходят такие крупные проекты?

– Крупный космический проект начинается с решения большого числа бюрократических вопросов и распределения ролей среди участников, каждый из которых берет ответственность за свою часть работы. После этого наступает этап планирования и проектирования. Инженеры конструируют прототипы бортовых устройств на основе моделей, созданных проектировщиками, а программисты разрабатывают необходимый набор ПО. В результате получается наземный рабочий образец спутника, готовый для отладки. Далее на базе прототипа команда создает экземпляр для эксплуатации. Финальный этап — вывод спутника на орбиту и его перевод в рабочий режим.

В чем главные отличия малых спутников от наноспутников?

– В первую очередь разница в массе, размере и стоимости вывода на орбиту. Например, малые спутники весят до полутонны, а масса наноспутников составляет всего 10 кг. Хотя и те, и другие могут выполнять широкий спектр задач, наноспутники почти всегда проектируются для выполнения одного задания, в то время как малый космический аппарат может совмещать сразу несколько. Кроме того, малые спутники могут проводить эксперименты, требующие наличия более сложного и тяжелого оборудования на борту. Наноспутники, в свою очередь, очень эффективны для эксплуатации в группе.

Вы запускали «Аисты» с полным дистанционным контролем. Зачем в этот раз космонавты вышли в космос, чтобы запустить спутники?

– МКА серии «Аист» имеют высокую автономность и продвинутую систему управления, в том числе для компенсации вращательного движения, а также больший вес. Например, масса аппарата «Аист-2Д» составляет 531 кг. У «ЮЗГУ-55» нет мощных систем управления, которые позволили бы им самостоятельно занять и поддерживать нужную орбиту при отстыковке от ракетоносителя. Устанавливать на них избыточную аппаратуру было бы слишком дорого и неэффективно, поэтому процедура их запуска требует участия космонавтов.

Расскажите подробнее о наноспутниках «ЮЗГУ-55» и «Циолковский-Рязань». Какие задачи они могут выполнять?

– Наноспутники «ЮЗГУ-55» нужны для изучения магнитного поля Земли, которое защищает планету от чрезмерного воздействия солнечного излучения, сохраняя пригодную для жизни атмосферу. Поэтому ученым необходимо регулярно проводить мониторинг и следить за его состоянием.

Главная задача «Циолковский-Рязань» — обеспечить более точную калибровку наземных радиотелескопов. Обычно их размещают вдали от источников электромагнитных помех, однако они более подвержены их воздействию, чем спутники на орбите. «Циолковский-Рязань» со своей высоты подскажут более точные калибровочные характеристики для наблюдения за небесными телами.

Почему запустили сразу 10 спутников? Есть ли в истории космонавтики рекорд по одновременному запуску самого большого числа спутников? Как часто их запускают?

– Обычно у спутников существуют определенные временные «окна», в течение которых они могут осуществлять связь и обмен информацией с Землей. Группа наноспутников способна эффективно обеспечивать стабильную связь, имея минимальную привязку ко времени. С точки зрения калибровки радиотелескопов, применение сразу нескольких спутников позволяет повысить ее точность.

По одновременному запуску спутников действительно есть рекорд: в 2017 году Индия вывела на орбиту 104 спутника, принадлежащих разным странам, за один запуск ракетоносителя, тем самым побив российский рекорд 2017 года с единовременным выводом 73 спутников.

Событие 21 июля 2022 года установило рекорд по ручному единовременному запуску с орбиты.

Запускать спутники опасно? Что может произойти с космонавтами, если что-то в процессе пойдет не по плану? Какие внештатные ситуации могут произойти?

– Главная опасность связана прежде всего с выходом человека в открытый космос: не нарушена ли целостность скафандра, в норме ли система дыхания и т.д. Поэтому перед выходом всегда проводится множество регламентных процедур. Существует также опасность при работе с оборудованием и инструментами, необходимыми для запуска спутников и проведения работ: например манипуляции с космическим краном. Как на Земле люди проходят инструктаж по технике безопасности, примерно так же обучаются и космонавты. Разница в том, что космонавт отделен от непригодной для жизни среды достаточно хрупким скафандром, который сковывает движения и сужает обзор.

Любой выход в открытый космос потенциально опасен, поэтому такого рода операции заранее тщательно планируются.

Успешно ли прошел запуск 21 июля? Расскажите об итогах миссии, все ли задачи были выполнены?

– Запуск спутников прошел успешно. Помимо этого Олег Артемьев и Саманта Кристофоретти  выполнили остальные плановые работы:  заменили рамки с защитными стеклами для видеокамеры CLU-2 на конце манипулятора ERA и перевели внешний пульт управления манипулятором EMMI в режим хранения. По времени миссия заняла 7 часов и 4 минуты.

Спутники запущены. Какой следующий этап? Что ученые будут делать дальше?

– После запуска ученые проведут первый сеанс связи со спутниками и переведут их в рабочий режим, чтобы получить первые целевые данные. Далее им предстоит произвести дешифровку, обработку и интерпретацию собранной информации. Затем результаты используют для решения заявленных задач: для калибровки радиотелескопов и проведения исследовательских работ по магнитному полю Земли.

Вы лично участвовали в расшифровке и анализе данных со спутников серии «Аист». Как происходит расшифровка и изучение данных со спутников? Кто этим занимается и каким образом это делают?

– На борту «Аистов» устанавливают различную научную аппаратуру, которая постоянно «пишет» данные и передает их на Землю во время сеансов связи. Поэтому после принятия телеметрии необходимо соотнести полученные данные с тем оборудованием, с которого они поступили. Поскольку у «ЮЗГУ-55» меньше отслеживаемых показателей и более устойчивая связь, этап сортировки информации пройдет гораздо проще и быстрее.

Полученные во время разных сеансов связи данные собирают в единую таблицу и обрабатывают с помощью специальных алгоритмов, проверяющих их целостность. Иногда информация повреждается при передаче, и тогда программисты стараются ее восстановить с помощью специальных программ и математических расчетов. Не подлежащие восстановлению данные исключают при интерпретации результатов. Обычно невосстановимые данные составляют не более 7-8% от объема поврежденных и не более 1% от общего количества информации. Таким образом, ученые получают почти 99% пригодной для изучения информации.

Затем данные по цели исследования отделяют от служебных, анализируют и, если нужно, оформляют в виде графиков и таблиц.

Все эти задачи, а также первичную интерпретацию результатов, выполняют программисты и инженеры. Кроме того, вместе с остальными учеными они часто участвуют в исследованиях, которые проводятся на основе полученных данных.

Какие самые важные научные открытия были сделаны с помощью спутников?

– В 1957 году советский спутник «ПС-1» стал первым созданным человеком объектом, запущенным на орбиту Земли, — с этого события началась эпоха покорения космоса. Таким образом, первые  спутники послужили прочной основой для всех последующих космических открытий и достижений.

Спутниковые снимки с орбиты помогли ученым обнаружить неизвестные ранее острова, горы и водоемы, изучить кратеры на поверхности нашей планеты. Одно из самых необычных открытий произошло в 2014 году, когда группа ученых, изучив фотографии со спутников Landsat, нашли на островах Антарктиды крупнейшую из ныне известных колоний пингвинов Адели.

Спутники помогают исследовать не только Землю, но и околоземное космическое пространство. Снимки звездного неба с орбиты получаются гораздо четче, чем с поверхности, потому что им не мешают многочисленные слои атмосферы и световое загрязнение. По фотографиям спутников ученые обнаружили еще больше небесных тел в обозримой Вселенной.

Что происходит со спутниками, которые выполнили свою миссию и больше не нужны или сломались?

– Большинство спутников, выполнивших свою миссию, сгорают в плотных слоях атмосферы под действием микрогравитации. Более крупные рукотворные космические объекты утилизируют различными методами, например затапливают в океане или уводят на так называемую «орбиту захоронения», которая отдельно рассчитывается для каждого объекта. В первую очередь «уводят» военно-разведывательные спутники, содержащие на борту источники ядерной энергии. Орбита захоронения существенно выше привычной геостационарной, поэтому космический мусор на ней не представляет ощутимых угроз.

Что ждет нас в будущем? Как изменится технология самих спутников и их запуска в ближайшие 15-20 лет?

– Сейчас человечество осваивает новые источники энергии и способы ее эффективного аккумулирования. Эти технологии увеличат число выводимого на орбиту полезного груза, повысят автономность спутников и станций, а также ускорят появление новых типов двигателей. Еще один необходимый этап, без которого невозможно дальнейшее развитие космической отрасли, это открытие новых более легких материалов и сплавов. Благодаря этим технологиям люди смогут совершать более длительные и дальние пилотируемые полеты.

Также уже сейчас возможно производить крошечные электроприборы и микросхемы размером в несколько микрометров — современные процессоры тому подтверждение. Поэтому в ближайшее время наноспутники смогут выполнять даже больше разнообразной работы, чем их более крупные собратья. Кроме того, я уверен, что ИИ и квантовые вычисления будут активно применяться в исследовании и покорении космоса.

Человечество ждет многообещающее будущее, если только оно само этому не воспрепятствует.

СПРАВКА

Владислав Авдеев окончил Самарский государственный аэрокосмический университет им. С. П. Королева (СГАУ). Владислав более пяти лет работал в лаборатории космического приборостроения инженером-программистом. На этой должности он занимался разработкой ПО для дешифровки телеметрических данных с научных спутников, участвовал в создании электроники и научного бортового оборудования для космических аппаратов серии «Аист». В период с 2013 по 2017 год при участии Владислава Авдеева были реализованы крупные проекты в научно-космической сфере, среди которых запуск малого космического аппарата «Аист-2Д» с космодрома «Восточный» в 2016 году.

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ

Новые статьи