Индекс цитирования Яндекс.Метрика

Люди практической науки

24.10.2012

Девяносто кубометров космоса

Интервью с Павлом Михайловичем Пучковым – младшим научным сотрудником отдела электрофизики ГНЦ ФГУП «Центр Келдыша». Основная сфера деятельности П. М. Пучкова – электрические ракетные двигатели (ЭРД), в частности, источники электронов ЭРД – катоды.

Интервью с Павлом Михайловичем Пучковым – младшим научным сотрудником отдела электрофизики ГНЦ ФГУП «Центр Келдыша». Основная сфера деятельности П. М. Пучкова – электрические ракетные двигатели (ЭРД), в частности, источники электронов ЭРД – катоды.

«Наши двигатели имеют индекс «КМ» – «Келдыш Мстислав»…»

– Словосочетание «электрические ракетные двигатели» (ЭРД) не всем понятно, а плазменные двигатели и теперь многим кажутся чем-то из сферы фантастики. Однако сейчас они работают на множестве космических аппаратов разных стран. История исследования ЭРД насчитывает более 50 лет. Впервые в космосе они были испытаны в 1964 году. Тогда работы над этими двигателями держали под строжайшим секретом.

Постараюсь объяснить, что такое ЭРД.

Это реактивный двигатель, в котором электрическая энергия используется для ускорения рабочего тела. Рабочее тело для ЭРД – то же самое, что топливо для ракеты. В преобладающем большинстве случаев рабочим телом в ЭРД является плазма.

Существуют большое количество различных типов ЭРД. В нашем отделе мы разрабатываем и испытываем два типа двигателей, которые наилучшим образом отвечают современным задачам, выполняемым космическими аппаратами. Это холловские и ионные двигатели.

Чтобы понять, насколько эффективны ЭРД, достаточно сравнить две цифры – у лучших жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) эффективная скорость истечения рабочего тела достигает 4500 метров в секунду, а у лучших из ныне созданных ЭРД – 80000 метров в секунду!

Огневые испытания наши ЭРД проходят на специальных стендах.

Вот криогенная вакуумная установка КВУ-90, предназначенная для испытания плазменных двигателей. Цифра в названии означает объем вакуумной камеры – 90 кубических метров, причём это девяносто кубических метров высокого вакуума, потому что двигатели необходимо испытывать в той среде, в которой они будут использоваться. Правда, давление в космосе составляет менее 10-9 мм рт. ст., а у нас в камере только 10-5 мм рт. ст., но для проведения испытаний двигателей такой глубины вакуума вполне достаточно. Смотрите, какая огромная установка – её диаметр около четырех метров, к местам для размещения двигателей надо подниматься по специальным лесенкам…

Вот, поднялись, теперь давайте откроем предварительную камеру. Объём предварительной камеры намного меньше объёма основной. Испытуемый двигатель устанавливается на оси камеры. После установки двигателя предварительная камера присоединяется к основной, включаются вакуумные насосы и начинается откачка воздуха. Причём поочерёдно разными насосами, рассчитанными на разные степени разрежения. Воздух откачивается из предварительной камеры до образования в ней низкого вакуума. В основной же камере низкий вакуум поддерживается постоянно. Производить откачку каждый раз из основной камеры было бы слишком долго и непроизводительно.

Затем открывается затвор между предварительной и основной камерами, объединяя их в одну большую ёмкость. После чего начинают работать высоковакуумные криогенные насосы, посредством которых достигается нужная глубина вакуума.

Эта огромная установка создана, чтобы имитировать условия космического пространства на Земле. Так что здесь у нас рядом всегда находятся девяносто кубических метров космоса, где мы и испытываем наши двигатели.

Наша КВУ-90 несколько лет была крупнейшей в Европе установкой для испытания ЭРД, и сейчас подобных ей немного, всем нашим гостям её показываем, в том числе зарубежным. Ежегодно на Фестивале науки мы демонстрируем работу плазменного двигателя на этой установке всем желающим.

Моя деятельность по большей части заключается в разработке и испытании источников электронов – катодов. Это узел ЭРД. Катоды, так же, как ионные и холловские двигатели, являются плазменными устройствами и проходят огневые автономные испытания в условиях вакуума. Вакуумные установки, на которых испытывают катоды и на которых я работаю чаще всего – гораздо меньшего размера, вид у них не такой внушительный.

Особых успехов мы добились в разработке холловских двигателей. Принцип действия этих двигателей основан на использовании эффекта Холла, поэтому они и имеют такое название. Но надо помнить не только о принципе, но и о разработке оригинальной конструкции нашего института – поэтому наши двигатели в своём названии имеют индекс «КМ» – что означает «Келдыш Мстислав».

«Наука держится на энтузиастах…»

Я родился в Костроме в 1985 году, и тогда, конечно, понятия не имел, что это год начала перестройки. Детство пришлось на 1990-е годы, которые сейчас принято считать тяжёлыми. Но оставалась инерция прежнего времени – хорошее отношение к детям в семье, забота о воспитании, обучении. Из игрушек мне больше всего нравились конструкторы, а из книг – издания типа «Сделай сам». В школе мы часто мастерили разные самоделки. Делали ракеты, которые начиняли измельченными спичечными головками, но они обычно не взлетали – просто по земле крутились. Это многим мальчишкам знакомо. Занятие интересное, но небезопасное. Однажды пришёл к товарищу, а его дома нет, от родителей узнал, что он в больницу с травмой угодил. При изготовлении очередной ракеты она взорвалась у него в руке! Вывод: занимаясь каким-либо делом, всегда необходимо знать все возможные опасности, которые могут причинить вред здоровью, и стараться их предупредить, избежать.

В старших классах стал задумываться, что делать дальше, что мне нужно от жизни. Был явный интерес к технике, причём к технике самой прогрессивной: любил научную фантастику, фильмы про путешествия во времени и про космические путешествия. Нашёл в Московском авиационном институте (МАИ) на аэрокосмическом факультете специальность «Космические аппараты и разгонные блоки». Решил, что это то, что мне нужно, и надо поступать. Набрал необходимое количество баллов по физике и математике, но подвела орфография в сочинении. В результате в этом же году поступил в Санкт-Петербургский Северо-Западный государственный заочный технический университет (СЗГЗТУ). Но с пути к поставленной цели сходить не собирался. Во время обучения в СЗГЗТУ готовился ко второй попытке поступления в МАИ – изучал русский язык. И через год в МАИ поступил, правда, не на аэрокосмический факультет, а на факультет двигателей летательных аппаратов, который впоследствии окончил с отличием по специальности «Электроракетные двигатели и энергетические установки».

Когда получил первый опыт работы, стало понятно, что занимаюсь делом, которое нравится. Отец как-то сказал мне: «Наука во все времена держалась на энтузиастах». Смысл этих слов осознал не сразу, а теперь получил подтверждение от своего теперешнего наставника, кандидата технических наук Владимира Николаевича Шутова. Он говорит так: «70% своего самого активного времени в день мы проводим на работе. Поэтому работа должна приносить удовлетворение, иначе это пустая трата времени». Может, не так слово в слово он говорит, но смысл такой. И дальнейшая работа показала – наука держится на увлечённых людях, на энтузиастах.

«В Центр Келдыша приходил ещё студентом…»

На третьем курсе стал думать, где получить практический опыт работы по специальности. От преподавателей узнал, что электроракетными двигателями занимаются в ГНЦ ФГУП «Центр Келдыша». С другом-одногруппником и единомышленником Антоном Севостьяновым пошли туда устраиваться на работу. Нам сказали: «Возьмём как техников, но вы должны быть тут два дня в неделю». У Антона один день был свободен, но у меня в этот день были занятия на военной кафедре. С первой попытки мне устроиться в Центр Келдыша не удалось, зато Антона взяли.

На защите моего дипломного проекта председателем аттестационной комиссии был доктор технических наук Олег Анатольевич Горшков. Он тогда был начальником отдела электрофизики в Центре Келдыша, сейчас – проректор Московского физико-технического института (МФТИ). После защиты Олег Анатольевич предложил мне работать в его отделе. А через год предложил продолжить образование в области ЭРД, обучаясь в аспирантуре. С тех пор работаю и учусь в Центре Келдыша и занимаюсь ЭРД. Так я попал в мир электроракетных двигателей.

Для каждой задачи у нас – свой двигатель. От заказчика мы получаем техническое задание: нужен двигатель с таким-то удельным импульсом и такой-то тягой. При этом двигатель не должен превышать определённое значение потребляемой электрической мощности, должен иметь определённый ресурс работы, например, пять тысяч часов, выдерживать заданное количество включений и выключений, например, две тысячи раз, а также должен выдерживать определённые механические нагрузки. Вот и работай! Есть двигатели маршевые, работающие длительное время без выключений. Есть двигатели коррекции и ориентации, их задача – поддерживать космический аппарат на определённой траектории полёта и обеспечивать определённое положение аппарата в пространстве, например, когда нужно фотографировать какой-то конкретный участок земной поверхности. Такие двигатели, как правило, работают недолго, но их включают достаточно часто. На спутники устанавливаются несколько таких двигателей. Мы создаём разные двигатели, так сказать, по полному циклу – от разработки до космического использования.

Надо думать и о будущем. И иногда это находит отражение в увлечениях людей. Я уже говорил, что мы мальчишками часто мастерили всякое. А вот теперь посмотрите: интересный вид двигателя, который в широкой общественности называется лифтером. Вся установка сделана своими силами, «рамка» весит всего ничего, порядка двух граммов, а вот когда подаём напряжение 25000 вольт – «рамка» взлетает. Этот эффект известен, но природа его до конца не ясна, и на практике он пока не используется. Но надо работать на будущее!

Может быть, это громкие слова, но мы, молодые учёные и специалисты, стараемся удерживать и развивать позиции, завоёванные учёными и инженерами нашей страны за последние полвека.

«Можно жаловаться и ничего не делать, а можно подумать и решить проблему!..»

Нас, молодых учёных и специалистов, в Центре Келдыша немало. Чувствуем заботу о себе, помощь старших. Работа с молодёжью должна носить системный характер, вопросов тут много – от организации наставничества, чтобы новички органично входили в коллектив, до жилья. У меня, например, как и у многих, с жильём проблемы. Возможно, что решению проблем молодёжи, приходящей в науку, поможет недавно созданный по инициативе ВИАМа (Всероссийского института авиационных материалов) Совет молодых учёных и специалистов Ассоциации государственных научных центров.

Несмотря на все трудности, необходимо придерживаться позитивного мышления, верить в лучшее и своими делами приближать его. Проблем хватает, но, как сказал мой научный руководитель Олег Анатольевич: «Можно жаловаться и ничего не делать, а можно подумать и решить проблему!». Это правильно и для нашей специальности, и для жизни в целом. И для здоровья, которое особенно важно поддерживать в молодости. Работы много, но нам с друзьями удаётся и в бассейн успевать, и в туристические походы ходить, и скалолазанием заниматься.

Основные публикации и проекты П. М. Пучкова за последние годы

- Участие в организации и проведении VII Фестиваля науки в ГНЦ ФГУП «Центр Келдыша», 2012 г.

- «Исследование тепловых режимов работы катода газоразрядной камеры ионного двигателя высокой мощности», 2012 г., в качестве соавтора.

- «Автономные испытания катодного блока холловского двигателя КМ-60», 2011 г., в качестве соавтора.

- «Испытание лабораторной модели катода газоразрядной камеры для высокоимпульсного ионного двигателя высокой мощности», 2011 г., в качестве соавтора.

- Участие в конкурсе «Молодёжь и будущее авиации и космонавтики» на III Всероссийском межотраслевом молодёжном научно-техническом форуме с работой «Разработка сильноточного катода для газоразрядной камеры ионного двигателя высокой мощности», 2011 г.

- «Анализ ключевых проблем создания катодов газоразрядной камеры мощных высокоимпульсных ионных двигателей. Разработка лабораторной модели катода газоразрядной камеры» 2011 г., в качестве соавтора.

- «Проведение автономных испытаний катодов для ионного двигателя с высоким удельным импульсом», 2010 г., в качестве соавтора.

Интервью провёл и подготовил для публикации кандидат филологических наук,

доцент М.И. Никитин.