Палатка для космоса. Как пермские учёные меняют будущее
Пермские учёные разрабатывают конструкции, которые можно будет использовать на орбите Земли или на Марсе, чтобы поселить в них астронавтов, обучают компьютер ставить диагнозы и лечить людей.
Профессор ПГНИУ, доктор физико-математических наук Сергей Русаков о том, как создать саморазворачивающуюся палатку для космоса, о медицине будущего и о том, далеко ли людям до андроидов.
Шашлык на орбите
Наталья Стерледева, «АиФ-Прикамье»: Сергей Владимирович, вы занимаетесь разработкой самоотвердевающих конструкций для космоса. Зачем они нужны?
Сергей Русаков: Такие конструкции могут применяться на орбите Земли, на Луне, на Марсе. Из композитных материалов создаётся оболочка определённой формы, которая разворачивается и отвердевает непосредственно в космосе. Что такое композиты? Это ткань из углеродного или стекловолокна, которая пропитывается жидким связующим. Когда жидкость затвердевает, получается очень прочная конструкция, сопоставимая по характеристикам с металлом, но во много раз легче. Для земных условий подобные технологии давно разработаны. Современные гражданские самолёты почти на 90 % состоят из композитов. Но в космосе есть своя специфика.
– Зачем нужно, чтобы она отвердевала именно в космосе?
– Пока материал не отвердел, его можно свернуть как угодно. Скрутили в рулон «мокрую тряпочку», вывезли в космос, развернули, придали твёрдость. Получается громадный выигрыш в объёме. Грузовые отсеки космических кораблей сильно ограничены в кубометрах. Чтобы достичь тех жилых объёмов пространства МКС, в которых обитают астронавты (около 1000 куб. м), понадобилось более 20 лет, множество запусков с отдельными модулями. Это стоило десятки миллиардов долларов. В случае же с композитной конструкцией можно те же самые 1000 куб. м доставить на МКС за один запуск. Это как мешок для картошки. Вы взяли его, сложили в карман, потом достали, развернули и положили туда 50 кг овощей.
Сегодня в космосе уже применяют надувные конструкции, но их поддержание требует постоянного давления, а если будет авария (помните утечку на МКС?), то есть риск, что «воздушный шарик» просто схлопнется.
– Как же «мокрой тряпочке» придать нужную форму?
– Форма будет та, которую вы подготовили на Земле – ткань можно раскроить как угодно. Это может быть тканевый рукав, в котором швы только по торцам. Когда этот цилиндр затвердеет, получится форма аэростата. Мы запатентовали саморазворачивающуюся конструкцию в форме параллелепипеда. В процессе экспериментов пришли к выводу, что удобнее всего конструкции, которые отверждены частично: у них твёрдые грани, а технологические швы (место сгиба) играют роль шарниров. Их можно складывать и разворачивать несколько раз. Мы работаем с лабораторными образцами (по размеру они в несколько десятков сантиметров), но параллельно создаём математическую модель и в ней размеры берём уже такие, какие захотим. Все необходимые модели построены, расчёты выполнены, результаты опубликованы в научных изданиях.
Но есть вопрос: для отверждения композитной конструкции нужна энергия, источник тепла. Где взять тепло на орбите? Был очевидный ответ – Солнце. Оказалось, если нужным образом поворачивать конструкцию – скруглённый цилиндр, он будет в достаточной степени обогреваться Солнцем. Можно обеспечить равномерный прогрев, поворачивая конструкцию, как шашлык на мангале.
Существует ещё одна серьёзная проблема: жидкость, которой пропитана ткань, испаряется. А в условиях вакуума – гораздо быстрее, чем на Земле. Европейское космическое агентство проводило такие опыты и не смогло получить нужную конструкцию. Мы нашли тот вариант смолы, который испаряется медленнее, чем отвердевает, и уже решили эту задачу в лабораторных условиях низкого вакуума и в атмосфере на высоте 35-40 км. Провели серию экспериментов по запуску в стратосферу. Отправленные нами материалы находились несколько часов над Землёй. Когда мы проанализировали образцы, поняли, что есть надежда получить материалы с нужными свойствами – состав затвердел.
– Когда эти разработки будут применяться Россией в космосе?
– Мы подавали информацию об этой разработке в Роскосмос. Пока реакции нет. Вклиниться в программы с новым проектом очень трудно – там всё распределено на конкретные направления. А коммерческих структур, которые могут быть в этом заинтересованы, в России пока нет. Но, поскольку много материалов опубликовали в научной печати, не удивлюсь, если в какой-то момент у китайцев или американцев появятся такие разработки, а ссылаться на нас никто не будет.
– Где ещё могут быть применены ваши разработки?
– На основе саморазворачивающихся конструкций можно, например, создавать временные трубопроводы для нужд нефтяников. Можно использовать для создания жилых модулей на Крайнем севере. Такая затвердевшая палатка – уже почти домик, не продувается. Для экспедиции подойдёт.
Династия математиков
– Есть у учёных семейная жизнь? Дети, внуки?
– У меня два взрослых сына, оба окончили мехмат. Моя супруга тоже преподаватель университета, математик. Два поколения математиков уже есть, будет ли третье – пока непонятно: старшему внуку только шесть лет.
Мои сыновья – программисты, разработчики. Отчасти их выбор был связан с экономической ситуацией. То, что зарабатывает сейчас на начальном этапе выпускник мехмата в IT-компаниях, – 40-50 тыс. руб. – оклад профессора, доктора наук. Когда я начинал свою деятельность, ситуация была обратная. Учёные получали в два-три раза больше, чем программисты. Лет 30 назад ситуация перевернулась. Причём не только в России. Во всём мире программисты зарабатывают больше. И насыщения этого рынка пока не видно. Человек, владеющий этими компетенциями, работу себе найдёт.
На пути к андроиду
– Какие вопросы решают математики кроме освоения космоса?
– Я по образованию прикладной математик. Начинал свою карьеру в начале 80-х с проблем сверхзвуковой аэродинамики. Космические аппараты даже в разрежённой атмосфере Земли греются, и при посадке проблема теплозащиты очень существенна. Занимался этой темой. В какой-то период участвовал в разработке принципиально новых рессор для большегрузных автомобилей. Были и другие интересные проекты.
Сейчас на нашей кафедре решаются самые разные задачи. От моделирования управления иммунным откликом за счёт донорских антител (мой аспирант Михаил Чирков защитил кандидатскую по этой теме) до создания нейросетевых моделей. Есть области знаний, в которых объём данных настолько велик, что человек не в состоянии их держать в голове. Мы строим модель, обучаем её, учим принимать решения. Так, например, на основе таких моделей в России уже разработано несколько программ медицинской диагностики. За рубежом тоже есть достаточно много таких диагностических систем. В нейронную сеть загружаются данные обследования пациента, она анализирует их и ставит диагноз на уровне хорошего врача. Когда появятся диагностические системы, которые будут ставить диагнозы на уровне высококвалифицированных врачей, профессия медика сильно трансформируется.
Вместе с коллегами из Пермского медуниверситета профессором нашей кафедры Леонидом Ясницким разработали модель для диагностирования сердечно-сосудистых заболеваний. Вводятся данные электрокардиограммы и другие показатели пациента. Компьютер с хорошей точностью ставит диагноз. Её уже применяют в одной из пермских больниц. Врачи, параллельно со своими выводами, учитывают и «мысли» искусственного интеллекта. Сфера применения таких моделей колоссальная.
– Наверное, скоро можно будет зайти в медицинскую капсулу, пройти обследование и на выходе получить рекомендации от компьютера.
– Всё к этому идёт. И судя по тому, какими темпами, – это уже наше ближайшее будущее, вопрос 10-15 лет. Аппаратная диагностика сделала огромный шаг вперёд за счёт различных технологий.
Сейчас уже есть множество устройств, которые локально автоматически решают проблемы человека – инсулиновые помпы, снимающие показатели и сами ставящие инъекцию, кардиостимуляторы, с которыми люди живут десятки лет и т. п.
– Люди превращаются в андроидов?
– Нет, инсулиновая помпа, кардиостимулятор – это лишь вспомогательные устройства. Правда, давно уже разработали искусственное сердце, одно время идею его вживления активно продвигали, но потом вернулись всё-таки к донорским органам. А вот искусственные сердечные клапаны человеку вживляют уже более 50 лет. С успехом применяют протезы суставов. Да, замена отдельных «деталей» происходит. Превратится ли человек в некоего киборга, от которого останется только человеческий мозг? Не хотелось бы. Но «починить» какой-то орган считаю совершенно нормальным. Медицина с разных сторон ищет возможности помочь человеку сохранить работоспособность, активную жизнь. Разве это плохо?