Поиск - новости науки и техники

Не по шаблону. В ТУСУР решают задачи космического масштаба

Статистика перемещений российских вузов в графах международных рейтингов не сходит со страниц средств массовой информации. Между тем есть известные всей стране высшие учебные заведения, которые, не имея официального статуса (исследовательский, федеральный или опорный), де-факто давно являются лидерами в образовательной, научной, инновационной и внедренческой деятельности. И здесь одним из первых должен быть упомянут Томский университет систем управления и радиоэлектроники. «Поиск» не случайно приурочил этот материал к Международному дню космонавтики – на всех космодромах и предприятиях ГК «Роскосмос» нашей страны для предстартовой подготовки и тестирования космических аппаратов используют зарядно-разрядные программно-аппаратные комплексы, разработанные и изготовленные в ТУСУР.

Мы участвуем в ряде прорывных проектов мирового уровня: по созданию косморобота для Международной космической станции, разработке систем автономной навигации для всех типов спутников, конструированию комплексов для предстартовых испытаний космических аппаратов, – поясняет ректор ТУСУР, трижды лауреат премии Правительства РФ, председатель правления Томского профессорского собрания, доктор технических наук, профессор Александр Шелупанов. – И эти проекты мы реализуем вместе с индустриальными партнерами. Вокруг ТУСУР успешно работает «инновационный пояс» наукоемкого бизнеса, состоящий более чем из 200 высокотехнологичных предприятий, большинство из которых учреждено нашими сотрудниками и выпускниками. Взаимодействие с созданным нами учебно-научно-инновационным комплексом (УНИК) помогает успешно развивать нашу фирменную образовательную технологию – групповое проектное обучение. Студенты объединяются в команды и работают над решением реальных задач, поставленных высокотехнологичными предприятиями УНИК. Организуя с индустриальными партнерами базовые кафедры, мы налаживаем конструктивный диалог с высокотехнологичным бизнесом. Достаточно упомянуть, что базовая кафедра в ТУСУР нашего известного индустриального партнера и заказчика АО «Информационные спутниковые системы им. академика М.Ф.Решетнева» была признана лучшей кафедрой Роскосмоса. Из 14 существующих в стране центров Национальной технологической инициативы два региональных работают на базе нашего университета. По существу, реально сложились все необходимые условия для создания на территории нашего Сибирского региона НОЦ мирового уровня «Информационная спутниковая система» в рамках национального проекта «Наука». Что касается рейтингов, для нас основные индикаторы – востребованность, т.е. процент трудоустройства выпускников после окончания университета, их заработная плата и коммерциализация интеллектуального продукта, созданного в вузе. Впечатляюще у ТУСУР выглядит показатель «доля средств, полученных от НИОКР, в бюджете вуза». В среднем у технических университетов эта доля составляет примерно 20%. Нам удалось подняться в 2018 году до 48%. И останавливаться на достигнутом не собираемся!

Наш университет задумывался как вуз для подготовки высококвалифицированных кадров и проведения научных исследований в космической и оборонной отраслях, телекоммуникациях, системах связи, управления и безопасности, – продолжает проректор ТУСУР по научной работе и инновациям, директор НИИ автоматики и электромеханики (НИИ АЭМ), кандидат технических наук Виктор Рулевский. – Сохраняя преемственность научных школ и направлений, мы растем и развиваемся. ТУСУР открывает новые исследовательские институты. Созданный в прошлом году девятый наш вузовский НИИ – микроэлектроники – уже работает на мировом уровне (см. «Поиск» №12 от 22.03.2019 года). Важно, что в вузе есть замкнутый цикл производства, – от идеи до конечного продукта, включая исследовательскую, испытательную, производственную базы, систему контроля качества и даже военную приемку. В рамках первого в России регионального центра компетенций НТИ работаем над технологиями беспроводной связи и безопасностью Интернета вещей вместе со Сколковским институтом науки и технологий. В центре НТИ «Сенсорика» совместно с Московским институтом электронной техники создаем сенсорные элементы для использования в любых робототехнических системах, включая космические спутники. И, наконец, при поддержке администрации Томской области вместе с высокотехнологичными предприятиями города решаем задачу создания современной отечественной микроэлектроники. Проблема более чем актуальная: в условиях санкционного давления на нашу страну вся инфраструктура, с помощью которой работают критически важные системы и объекты, может попросту «отключиться» в любой момент. Чтобы расти успешно и независимо, мы обязаны генерировать и развивать отечественные технологии, создавать российскую элементную компонентную базу. Имея богатый научный и университетский потенциал, именно у Томска есть все шансы стать центром мирового уровня по ее производству.

Для цифрового ТУСУР – вуза сквозных технологий – наступил золотой век, – констатирует ректор А.Шелупанов. – Можно с полным правом сказать, что все разработки университета способствуют выполнению задач программы «Цифровая экономика» и национального проекта «Наука».
Оцифрованный космос
О переходе российского телевидения на «цифру» слышали все. Однако передовая космическая отрасль до сих пор остается аналоговой, причем не только в России.

Вопрос надежности, – комментирует заведующий отделом НИИ АЭМ Юрий Кремзуков. – Откажет один спутниковый телеканал – никто и не заметит, а если выйдет из строя система электропитания, спутник закончит свое существование. Управление «в цифре» для космоса в России до нас никто не делал, да и в мире таких работ очень мало.
Речь идет о бортовом энергопреобразующем комплексе с резервированным цифровым управлением для систем электропитания космических аппаратов, разработанном на основе российской электронной компонентной базы специалистами ТУСУР и АО «Информационные спутниковые системы им. академика М.Ф.Решетнева». Проект выполнялся в 2016-2018 годах в рамках постановления Правительства РФ №218. И здесь надо вернуться к предыстории. 218-е постановление стало знаковым для вуза – за последние годы реализованы 9 проектов с общим бюджетом более 3,5 миллиарда рублей. Три из них – в сотрудничестве с решетневцами.

Начинали мы с методики прогнозирования надежности космических аппаратов, которая сегодня используется АО «ИСС им. М.Ф.Решетнева», затем совместно реализовали проект по созданию автономной системы навигации спутников без сигнала с Земли, – вспоминает заведующий лабораторией цифровых систем управления НИИ космических технологий (НИИ КТ) ТУСУР Максим Сухоруков.
Неудивительно, что и перевод систем электропитания спутников на цифровое управление АО «ИСС» решило доверить своему давнему партнеру.

Нужно было доказать, что цифровое управление действует надежнее и быстрее, чем аналоговое. Основная цель проекта – создать систему электропитания с высокими удельными показателями – 450 Вт/кг. Применив принципиально новые подходы, наши ноу-хау, мы достигли требуемых показателей, включая КПД не менее 96%! Это позволило улучшить массогабаритные показатели всей системы электропитания, – рассказал М.Сухоруков.
По словам научного руководителя проекта директора НИИ КТ ТУСУР, доктора технических наук Юрия Шинякова, четверть веса космического аппарата приходится на систему электропитания, поэтому снижение ее массы за счет повышения удельной мощности позволяет существенно улучшить технические параметры отечественных спутников.
Помимо полученных патентов и опубликованных статей участники проекта могут похвастаться существенным вкладом в подготовку кадров: половину команды проекта составляли студенты, которые за годы работы доросли до аспирантов. Трое из них сегодня трудятся на АО «ИСС им. М.Ф.Решетнева», не теряя контактов с альма-матер. И связи эти, несомненно, пригодятся: в ходе создания энергопреобразующего комплекса нового поколения возникло много идей по дальнейшей «оцифровке» российской космической отрасли, реализация которых потребует очередных комплексных проектов с давним индустриальным партнером.
Запуск на орбиту
Как уже упоминалось, фирменный стиль Томского университета систем управления и радиоэлектроники – групповое проектное обучение.

Ежегодно у нас реализуются более 300 проектов. Есть и международные, когда к работе подключаются студенты из других стран, например, из Франции, Японии. Студенческие команды формируются с третьего курса, причем исключительно на добровольной основе, чтобы ребята смогли сработаться и не обремененные шаблонами и стандартами творить, решая любую научно-техническую задачу, – поясняет проректор ТУСУР В.Рулевский. – Мы активно привлекаем студентов для работы над интересными проектами университета, причем на платной основе. В их числе такие перспективные, как «Рой малых космических аппаратов», который ТУСУР реализует в сотрудничестве с РКК «Энергия» и Сколтехом. Наш университет отвечает за создание приемопередающей аппаратуры, позволяющей обеспечить связь спутников между собой и с Землей, а также за разработку систем электропитания.

Много лет основной специализацией ТУСУР был так называемый «наземный космос», – добавляет заместитель директора НИИ АЭМ по научной работе, кандидат технически наук Антон Юдинцев. – Чтобы обеспечить безотказную работу спутника, систему питания аппарата подвергают многоэтапным наземным испытаниям. НИИ АЭМ ТУСУР разрабатывает, создает и изготавливает для этих целей имитаторы солнечных и аккумуляторных батарей, имитаторы нагрузок. Сегодня в России мы – лидеры по производству таких комплексов имитационного оборудования. В последние годы мы стали выпускать испытательные площадки «под ключ».

Первыми были три автоматизированные системы контроля энергопреобразующей аппаратуры систем электропитания космических аппаратов (АСК ЭПА), созданные в 2006 году для АО «ИСС им. академика М.Ф.Решетнева», – вспоминает В.Рулевский. – Затем – комплексы под задачи ЦСКБ «Прогресс». Сегодня делаем стенд лабораторно-отладочных испытаний для АО «НПО Лавочкина». Можно с гордостью констатировать, что на большинстве предприятий ГК «Роскосмос» стоят наши автоматизированные комплексы наземного испытания систем электропитания. Однако переход к изготовлению бортовой аппаратуры потребовал совершенно другой технологии и культуры производства. За последние три года нам удалось перестроиться. По проекту РФФИ создали модули контроля управления для литий-ионных аккумуляторных батарей космических аппаратов. Сейчас работаем над модулем контроля управления и системы электропитания космического робота, который поможет нашим космонавтам работать в открытом космосе. Как правило, основная часть пребывания космонавтов «за бортом» уходит на замену инструментов, и робот сможет приносить их и подавать, двигаясь по определенной траектории вдоль космического аппарата. Работа ведется по заказу и в сотрудничестве с ПАО «Сатурн» (Краснодар) и ЦНИИ робототехники и технической кибернетики (Санкт-Петербург). Именно такие внутрироссийские научно-технические коллаборации для комплексных прорывных проектов приводят к созданию надежной и безопасной отечественной платформы, которая позволит успешно и независимо развивать российскую космическую отрасль.
Отражая солнце
Освоение космоса невозможно без совершенствования используемых материалов. ТУСУР и здесь удалось сказать новое слово: идет создание устойчивого к разного рода космическим излучениям покрытия класса «Оптический солнечный отражатель», для чего впервые в мире используется соединение модифицированных наночастицами пигмента сульфата бария и кремнийорганического лака.

Даже удивительно, что никому не пришло в голову применять для покрытия космических аппаратов сульфат бария, ведь у него прекрасные исходные характеристики, – комментирует заведующий лабораторией радиационного и космического материаловедения ТУСУР, заслуженный деятель науки РФ, доктор физико-математических наук Михаил Михайлов. – Этот пигмент поглощает только 7-10% солнечной энергии, остальное отражает, тогда как другие покрытия подобного класса «улавливают» до 20% губительного для космического аппарата излучения. Использование модифицированного наночастицами покрытия позволит уменьшить площадь радиатора терморегулирования и оптимизировать габариты спутника.
А началось все с того, что ершистый молодой ученый разошелся во мнениях с главой одного из томских диссертационных советов и отправился в 1975 году защищать кандидатскую в Королев, в ЦНИИ материаловедения, ныне – «Композит». С тех пор Михаил Михайлов (так звали томского ученого) успел понять, что главное не имитировать условия космического пространства (это он научился прекрасно делать с помощью специально созданного оборудования), а определить механизмы деградации материалов под воздействием разного типа излучений и найти способы повышения их стойкости. Встреча в 2014 году на конференции в Тибете с начальником испытательного центра АО «Композит» Анатолием Григоревским дала старт новому совместному проекту: именно А.Григоревский предложил проверить гипотезу, испытав модифицированный наночастицами сульфат бария в качестве материала для покрытия на оборудовании, позволяющем имитировать все виды излучений космического пространства в лаборатории профессора М.Михайлова. Так родилось сотрудничество, поддержанное ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы».

В нашей научной области, когда речь идет об улучшении свойств материалов, работающих в условиях жесткой радиации, под действием различного вида излучений, наночастицы – незаменимая вещь. Чтобы изготовить покрытие, к пигменту добавляют стойкие к действию излучения кремнийорганические лаки. Введение наночастиц повышает стойкость лаков в 5-6 раз. Наночастицы предотвращают возникновение дефектов, обычно образующихся под действием излучения. Результаты исследования мы опубликовали в ведущих зарубежных журналах, в том числе в журнале Королевского химического общества (Великобритания) с импакт-фактором 7,23.
На 2019 год запланированы дальнейшие испытания нового покрытия в условиях одновременного воздействия протонов, электронов и солнечного электромагнитного излучения. Что интересно, «космическая» разработка ТУСУР может широко использоваться и на Земле, и в промышленности, и в быту, значительно улучшая стойкость покрытий.

Ольга Колесова

Нет комментариев