Во второй половине 20 века у Омска появляются тесные связи с космосом и людьми, которые приложили руку к его освоению.
Сегодня эта традиция продолжается. Молодые ученые Омского государственного технического университета разрабатывают системы, способные сделать космическую программу более экологичной. Об этой работе обозреватель еженедельника «Коммерческие Вести» Анастасия ИЛЬЧЕНКО поговорила с заместителем декана факультета транспорта, нефти и газа ОмГТУ Иваном ЛЕСНЯКОМ.
– Иван Юрьевич, вы занимаетесь решением проблемы удаления остатков топлива из баков ракет-носителей еще в полете. Расскажите, пожалуйста, подробнее об идее.
– Перед нами стоит несколько задач. Во-первых, разработка методики проектирования системы, обеспечивающей взрывобезопасность орбитальных ступеней ракет и их увод на безопасное расстояние. Ступени после выполнения своей миссии из-за наличия остатков в них топлива могут взрываться. И это приводит к образованию большого количества космического мусора. Одно из наших предложений – испарить остатки топлива в баках ракет и сбросить продукты испарения через газовый ракетный двигатель или газореактивные сопла в окружающее космическое пространство, а за счет импульса от этого выброса можно будет осуществить увод орбитальной ступени на безопасное расстояние, так называемую орбиту утилизации.
– Сброс испаренного топлива не создаст экологических проблем в космосе?
– Сейчас в качестве компонентов ракетного топлива в основном используют керосин плюс жидкий кислород, которые являются менее токсичными, чем несимметричный диметилгидразин, от которого планируют полностью отказаться. Мы предлагаем испарять топливо в баках ступеней ракет и полученный газ потом выбрасывать в окружающее космическое пространство. Под воздействием ультрафиолетового излучения солнца этот газ становится безвредным.
У нас есть и вторая задача. В баках первых ступеней ракет, которые падают на поверхность Земли, тоже остаются невыработанные запасы топлива, которые проливаются на землю и могут привести к взрыву ракеты. Россия несет значительные затраты из-за загрязнения районов падения ступеней ракет и их фрагментов. Мы также предлагаем испарять остатки топлива в баках нижних ступеней ракет и выбрасывать продукты испарения либо через газовый ракетный двигатель, либо через сопла сброса, чтобы управлять ими и тем самым уменьшать в десятки раз площади районов падения.
– Насколько сузится радиус зоны падения при использовании вашей системы?
– По предварительным оценкам, площадь районов падения сократится в 10 раз, что соответствует уменьшению радиуса разброса точки падения первой ступени примерно в три раза.
– Если все так просто, то почему раньше этого никто не сделал?
– Предлагаемый подход извлечения остатков топлива из баков ракет и использования их для управляемого спуска с орбиты верхних ступеней и изменения районов падения нижних ступеней является уникальным.
Существует другой способ снижения остатков топлива в баках ракет, основанный на сбросе остатков топлива через дренажный клапан. Однако, на практике такой способ эффекта не дает, т. к. клапан забивается замерзшим компонентом топлива из-за резкого сброса давления. А мы придумали сбрасывать горячий газ, при котором не произойдет образование льда.
Третья задача, которую мы решаем, связана с очисткой и осушкой баков ракет при их производстве в условиях завода-изготовителя. В процессе их изготовления на внутренних поверхностях образуются загрязнения в виде масляных пятен, металлической стружки. Это недопустимо при эксплуатации ракет. На данный момент на заводах баки после промывки протирают вручную специальными салфетками. Потом происходит вентиляция бака, во время которой снаружи его обкладывают нагретыми матами, чтобы быстрее испарить моющее вещество. Мы же предлагаем использовать ультразвуковое, лазерное, вакуумное и др. виды воздействия на процесс испарения жидкости при очистке и осушке баков, что приведет к экономии времени и средств.
– Об экономии каких сумм может идти речь?
– По оценкам Центрального научно-исследовательского института машиностроения, в стоимость пуска РКН «Протон-М» на токсичных компонентах топлива (несимметричный диметилгидразин – азотный тетраксид) оплата за экологический ущерб составляет свыше 40%, а у перспективной РКН «Ангара» на компонентах кислород – керосин будет составлять до 15%. Это без учета будущих штрафных санкций за орбитальный мусор, оплату аренды районов падения.
– Каким образом финансируются ваши разработки?
– За счет госзаданий Минобрнауки и грантов РФФИ, РНФ. Но гранты выделяют не всегда, а останавливаться в работе ни в коем случае нельзя, можно отстать от конкурентов.
– Сейчас у вас есть госзадание на разработки?
– Да, последнее мы получили в 2020 году, сейчас работаем в рамках него. Но вообще этой темой занимаемся больше 10 лет.
– Это значительный срок. Насколько идея готова к внедрению в производство?
– На данном этапе проводим фундаментальные исследования. На опытно-конструкторские работы пока не переходим.
– С заводом «Полет», с «Ангарой» ваша работа связана?
– Мы, конечно, взаимодействуем с предприятием, получаем информацию о параметрах ракет-носителей, количестве остатков топлива и т. д.
– Сколько научных сотрудников ОмГТУ занимаются тремя перечисленными вами направлениями?
– Под руководством нашего научного руководителя Валерия Ивановича ТРУШЛЯКОВА, доктора технических наук, профессора кафедры «Авиа- и ракетостроение», работают порядка десяти аспирантов, научных сотрудников и магистрантов. Плюс к нам приезжают магистранты из Миланского политехнического университета для участия в работе. У них тоже есть подобная лаборатория, но они исследуют горение твердого топлива.
– Это программа по обмену?
– Да, у нас с ними договор. Студенты ОмГТУ ездят в Италию на стажировку, и итальянцы присылают своих магистрантов к нам.
– Как получается проводить исследования, ведь наверняка оригинальной ступени ракеты-носителя в ОмГТУ нет?
– У нас есть несколько лабораторных стендов, которые мы создали в рамках грантов. На них моделируем исследуемый процесс, который происходит в реальных баках ступеней ракет-носителей при испарении топлива. Полученные значения пересчитываем и таким образом понимаем, что будет происходить в баке реальной ступени ракеты.
– Вы принимали участие в конкурсах с данной темой?
– Конечно. Больше всего люблю вспоминать о конкурсе научно-инновационных работ молодых исследователей «Полет в будущее» Фонда Премии Роберта А. и Виргинии Хайнлайн. Мы там заняли второе место. Этот международный конкурс организован на очень высоком уровне, участвуют ученые из самых разных стран – и индийцы, и американцы, и европейцы. Когда я участвовал, в 2011 году, местом встречи была Москва. Победить в нем очень престижно. Из последних достижений: в 2019 году я выиграл президентскую стипендию, которая дается на три года.
– Вы давно занимаетесь данной темой?
– С 2009 года, я тогда окончил ОмГТУ и поступил в аспирантуру. В 2014 году защитил по ней кандидатскую диссертацию в Военмехе (Балтийский государственный технический университет им. Д.Ф. Устинова) в Санкт-Петербурге.
– Почему защищались в Северной столице, а не в родном вузе?
– Когда моя диссертация была готова к защите, работу диссертационного совета в нашем университет временно приостановили, поэтому пришлось искать другие вузы. Когда я был на научной конференции «Молодежь. Техника. Космос» в Военмехе, то обратился к председателю диссертационной совета с вопросом о возможности защиты моей диссертации у них, на что получил положительный ответ.
– Авиастроением увлеклись в детстве?
– Не с детского сада, конечно. Хотя я ходил в кружок кораблестроения (смеется), т. е. тяга к технике у меня была всегда. Определился с выбором профессии уже в старших классах, когда учился на факультете довузовской подготовки в нашем университете. Тогда все сложилось, пришло понимание, что хочу учиться именно на этой специальности.
– У вас есть хобби, которое занимает свободное от работы время?
– Сейчас мое основное хобби – воспитание ребенка (смеется).
– А как насчет рыбалки, бега на лыжах, езды на велосипеде?
– Да, я веду активный образ жизни, поэтому занимаюсь ездой на велосипеде, горными лыжами. И рыбалкой.
– Неужели угадала? Спасибо за беседу.
Биография
Иван Юрьевич ЛЕСНЯК, доцент кафедры «Машиноведение», заместитель декана факультета транспорта, нефти и газа, и. о. заведующего кафедрой «Машиноведение» ОмГТУ, старший научный сотрудник кафедры «Авиа– и ракетостроение».
Иван Юрьевич ЛЕСНЯК родился 4 ноября 1986 года в Омске. В 2003 году окончил лицей № 29 и поступил в ОмГТУ на Аэрокосмический факультет. В 2009 году окончил факультет транспорта, нефти и газа (бывший аэрокосмический) и поступил в аспирантуру. Защитил кандидатскую диссертацию в 2014 году в БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова (Санкт-Петербург).
Женат. Воспитывает дочь.