Не имеющее аналогов устройство для спасения людей при падении с высоты создано в России, в Научно-исследовательском центре им. Георгия Бабакина, входящем в состав Научно-производственного объединения им. Семена Лавочкина. Как показали испытания, это устройство может использоваться для спасения людей, падающих как с крыши дома, так и с космической высоты. Манекен, сброшенный с высоты 200 км, остался совершенно невредимым.
В настоящее время для спуска с орбиты используются технические устройства двух типов. Первый – так называемые баллистические капсулы, имеющие нулевое (у спускаемых аппаратов космических кораблей «Восток») или малое (у спускаемых аппаратов «Союз») аэродинамическое качество, т.е. отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению летательного аппарата. Для торможения в атмосфере на участке максимальных тепловых нагрузок баллистические капсулы используют теплозащитные экраны, а далее спуск осуществляется на парашютах. Спасаемые таким образом капсулы во многих случаях имеют невыгодные габариты как с точки зрения их внутренней компоновки, так и размещения под обтекателем ракеты-носителя.
Второй тип – это космические самолеты (российский «Буран» и американский Space Shutlle), которые обладают высоким аэродинамическим качеством и широкими возможностями маневрирования при спуске. Но цена этого – необходимость сложной и дорогой теплозащиты и высокоточной системы управления.
Вполне естественно желание конструкторов упростить систему спуска. Еще в 60-х годах возникла идея создания «надувного экрана». Расчеты показывали, что он позволял обойтись при спуске без парашюта и одновременно мог служить амортизатором при касании поверхности. Все упиралось в отсутствие материалов, способных выдерживать высокие тепловые нагрузки при спуске, обеспечивать компактность устройства в сложенном состоянии и быть достаточно дешевым и технологичным в изготовлении.
Задача была решена только к началу 90-х годов, когда в НПО им. Лавочкина велись работы по программе «Марс-96». Одной из задач этой программы было создание «пенетратора» – специального аппарата, который должен отделиться от межпланетной станции при ее подлете к Марсу, совершить спуск в его атмосфере и доставить на поверхность планеты исследовательскую аппаратуру. Расчеты показали, что для мягкой посадки, обеспечивающей сохранность аппаратуры, требуется тормозной щит очень большого размера, но места для него на межпланетной станции не было. Тогда конструкторы и пришли к идее надувного тормозного устройства (НТУ). После интенсивного поиска, большого количества испытаний, продувок в аэродинамических и тепловых трубах материал для оболочки был создан. Неудача с космическим аппаратом «Марс-96», который из-за отказа разгонного блока не вышел на траекторию полета к Марсу, не позволила проверить технологию в деле, а почти полное прекращение правительством финансирования по программе планетных исследований заставило свернуть работы по НТУ.
В это же время европейцы вели работы по своим многоразовым спускаемым аппаратам, в том числе для возвращения аппаратуры и результатов экспериментов с борта Международной космической станции. Узнав, что в НПО им. Лавочкина разработана технология НТУ, они предложили сотрудничество и финансирование.
В марте 1999 года было подписано соглашение между НПО им. Лавочкина, Международным научно-техническим центром (МНТЦ), Европейским космическим агентством (ЕКА) и концерном Daimler Chrysler Aerospace (DASA) о создании демонстратора технологии НТУ. Спустя несколько месяцев на авиасалоне Ле Бурже российское НПО и DASA подписали соглашение о долгосрочном сотрудничестве в этой области.
Так проект обрел новую жизнь, а заодно и западное название – IRDT (Inflatable Reentry Decent Technology). Испытательный полет демонстратора решили совместить с первым запуском нового разгонного блока «Фрегат», созданного в НПО им. Лавочкина. Потом пошли еще дальше: почему бы не попробовать с использованием технологии НТУ вернуть на Землю и сам «Фрегат», совместив тем самым его испытательный полет с первым опытом возвращения груза с орбиты?
В чем суть и новизна технологии НТУ? Простейший пример – воздушный шарик, резиновая оболочка которого в сложенном состоянии легко умещается в небольшой пакетик. При надувании оболочка многократно увеличивает свой размер, приобретая определенную форму и упругость. НТУ, по сути, – та же оболочка, которая при наполнении газом принимает заданную форму, оптимальную с точки зрения аэродинамики при спуске. «Изюминка» – в материале оболочки. Это многослойная, очень эластичная воздухонепроницаемая ткань. Со стороны, расположенной к набегающему при спуске потоку, ее покрывает слой теплозащиты, предохраняющей оболочку от перегрева за счет испарения вещества с поверхности. Толщина теплозащиты зависит от того, какой режим должен обеспечиваться при спуске. Материал не требует специальных условий хранения и эксплуатации, может работать в вакууме.
Два первых демонстратора IRDT были запущены в феврале 2000 года. Тогда миссия была частично успешной: спасен был один, меньший аппарат массой в 110 кг. Большая модель, предназначенная для посадки верхней ступени «Фрегата», массой 1200 кг была потеряна наземными средствами наблюдения вскоре после входа в атмосферу, а неблагоприятные погодные условия в районе посадки не позволили провести ее тщательный поиск.
Третий демонстратор был запущен на суборбитальную траекторию в июле 2001 года с экспериментальным парусом Cosmos-1 Планетарного общества (Planetary Society), но был потерян из-за аварии ракеты-носителя «Волна».
Это были первые испытания новой технологии, и вполне естественно, что не все прошло удачно. Однако зарубежные партнеры говорят об испытаниях положительно и дают хороший прогноз на будущее.
Конечно, говорить о технологии надувных тормозных устройств как об альтернативе многоразовым космическим системам («Буран», шаттл) было бы неправильным. Эти системы, обладающие собственной двигательной установкой, способны и выводить на орбиту, и снимать с орбиты полезные нагрузки с тем, чтобы использовать их повторно. Технология НТУ более дешевая и не требует специальных средств – сама конструкция устройства, оболочка и ее теплозащита могут действовать только один раз. На сегодня она позволяет возвращать из космоса на Землю оборудование, не предназначенное для повторного использования. В будущем для обеспечения более комфортных условий посадки потребуется увеличить размеры НТУ. За счет совершенствования технологии станет возможным возвращать с орбиты грузы и для повторного их использования.
В марте нынешнего года в Бремене (Германия) отделение Космической инфраструктуры компании «Астриум» (Astrium Space Infrastructure) и Центр им. Бабакина учредили совместное предприятие – акционерную компанию «Космические системы возвращения и спасения GmbH» (Return & Rescue Space Systems GmbH). Основная цель предприятия – маркетинг технологии IRDT. 51% акций СП будут принадлежать Astrium, 49% – Центру им. Бабакина.
По мнению специалистов, технология IRDT имеет серьезную перспективу применения в современных космических средствах для возвращения с орбиты не только грузов и оборудования, отслужившего свой срок, но и самих космических аппаратов, что позволит резко уменьшить засорение ими околоземного космоса. Остается и изначальная идея использования НТУ для марсианских «пенетраторов».
Кроме «космических» приложений компания будет заниматься маркетингом технологий IRDT для применения их на Земле (проект «Спасатель»). Специалисты Центра им. Бабакина разработали на ее основе индивидуальную спасательную систему, которая позволит человеку оставаться невредимым после прыжка с верхнего этажа небоскреба. В сложенном виде «Спасатель» похож на школьный ранец. Перед прыжком нужно надеть его на плечи, сесть на подоконник спиной к улице и дернуть за кольцо. За 10 секунд оболочка спасательного устройства наполняется воздухом из баллона и раскрывается в виде конуса, напоминающего гигантский волан для бадминтона. Материал конуса сохранит человека даже в пламени пожара. С любой высоты спуск осуществляется с постоянной скоростью – 10 метров в секунду, то есть с такой же, как на парашюте. Но в отличие от парашюта это устройство начинает работать (заполняется воздухом) еще до начала падения. Кроме того, человек внутри конуса защищен надувными стенками от ударов о соседние здания и землю. Главное же – ему не требуются специальные навыки для того, чтобы спастись.
Сотрудники российского Министерства чрезвычайных ситуаций (МЧС) и пожарные уже заинтересовались новинкой. Предполагается начать производство «Спасателей» уже в нынешнем году.
Юрий ЗАЙЦЕВ,
начальник отдела Института космических исследований РАН, действительный академический советник Академии инженерных наук
