Украинский «прыжок» к Марсу

За последние несколько недель разработка киевской команды ученых — дрон-попрыгун MarsHopper, который может исследовать поверхность Марса, стал одной из наиболее обсуждаемых тем. Проект был создан в рамках всемирного хакатона NASA Space Apps Challenge и победил в номинации People’s Choice Award.

Украинские разработчики предложили инновационный способ передвижения по поверхности Марса. Его главное преимущество — экономия топлива. Для движения дрон-попрыгун  использует имеющийся на Марсе углекислый газ в твердой форме.

По результатам онлайн-голосования самолет MarsHopper сначала занял третье место, получив почти 25 тысяч голосов. Впрочем, уже через неделю организаторы проверили голоса, в результате чего проект стал победителем в номинации People’s Choice Award.

Над разработкой трудились инженер Павел Правдюков, дизайнер и инженер-механик Александр Буткалюк, ученица 6 класса София Буткалюк, химик и автор 3D-модели и компьютерной симуляции Николай Денисенко, студент КПИ и автор физических расчетов Вячеслав Осауленко, программист Илья Рубинский и инженер оборудования Андрей Музыченко.

Победители конкурса-хакатона NASA посетят центр управления полетами во время запуска нового спутника на метеорит, что позволит ученым впервые проанализировать поверхность космического тела.

ЗВЕЗДНАЯ КОМАНДА

К слову, хакатон NASA Space Apps Challenge проводится с 2012 года под эгидой Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (США). Международный конкурс проходил одновременно в 170 странах мира. В Украине «космический» хакатон проводился впервые.

«День» пообщался с одним из разработчиков MarsHopper, инженером оборудования Андреем МУЗЫЧЕНКО — о том, как создавался проект и каковы перспективы его реализации в будущем:

— Все началось с BootCamp, который состоялся за три недели до хакатона. Во время BootCamp организаторы рассказывали о направлениях, в которых можно было разрабатывать продукты, — их было около шести. Некоторые из них связаны с Марсом, некоторые — с Землей, некоторые — с космической тематикой.

В направлении работы с Марсом организаторы хотели, чтобы команды разработали средство передвижения, например ракетный ранец. Это некий рюкзак с топливными баками и ракетными соплами, который человек надевает и может лететь около 10 минут. Но в таком случае мы тратим много топлива, и это неэффективно. Тем более что, топлива, которым можно будет заправлять этот ранец, на Марсе не будет. Да и отправить человека на эту планету — очень сложно, потому что среда очень враждебна, ведь там высокий уровень радиации и отсутствие воздуха. Земля, например, по строению своей атмосферы может нас защищать от космической радиации, а наличие воздуха позволяет свободно дышать.

Поэтому команда решила, что это не то, что следует делать, и начала делать устройство для передвижения. Но опять возникал вопрос с топливом.

В УКРАИНЕ КОНКУРС NASA SPACE APPS CHALLENGE СОСТОЯЛСЯ ВПЕРВЫЕ. В «КОСМИЧЕСКОМ» ХАКАТОНЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ РАЗРАБОТЧИКИ ПРЕДСТАВИЛИ СВЫШЕ 200 ПРОЕКТОВ

Позже София, которой 11 лет и которая является дочерью Александра Буткалюка, предложила использовать углекислый газ. Дело в том, что на Марсе атмосфера состоит из углекислого газа (СО2), который при низких температурах в зимний период покрывает полюса шапками из сухого льда. В таком случае можно было бы сделать дрон, который будет работать на СО2. Чтобы этот дрон добывал СО2 с поверхности полярных шапок Марса и перерабатывал его из одного агрегатного состояния в другой, используя его как рабочее тело. Основной принцип работы такого двигателя — разница давлений. Мы подаем топливо, и давление, которое проходит через турбину, приводит в действие механизм.

Лично я не был на BootCamp, а к команде приобщился на хакатоне, увидев анонс NASA. Тем более, с детства я этим интересуюсь.

Кстати, никто из нашей команды тесно с космической отраслью не связан.

— Объясните, пожалуйста, каким образом так получилось, что неделю назад вы были на третьем месте, а теперь победили?

— Сначала из каждой локации отобрали по одному проекту для People Choice. В целом было более 1200 команд в 160 локациях. Из 160 команд потом отобрали всего 25 и позже уже голосованием отобрали пять финальных команд, среди которых и выбрали победителя.

После завершения голосования NASA проверили голоса. Это стандартная для них процедура. Кстати, когда NASA начали просматривать голоса, они решили посмотреть аналитику по социальным сетям. И у нас по Facebook была самая большая активность. Насколько я понял, это вообще была самая большая активность за все время проведения хакатона.

— Есть ли подобные проекты исследования поверхности Марса? Что «прыгунок» будет делать на планете?

— Сейчас есть проект от NASA под названием ARES — это дрон, который доставляется с Земли на Марс, может там пролететь полторы тысячи километров и потом просто превращается в мусор. Он может делать картографию, замерять данные по атмосфере. Но это одноразовая очень дорогая игрушка на ракетном топливе.

Mars Hopper, когда делает посадку, может зачерпывать так называемый сухой лед с поверхности Марса. Потом он переводит его из одного агрегатного состояния в другое.

РАБОЧИЙ ПРОТОТИП MARSHOPPER. ПОСЛЕ РЕАЛИЗАЦИИ ДРОН-ПРЫГУНОК БУДЕТ ВЫГЛЯДЕТЬ КАК САМОЛЕТ, РАЗМАХ КРЫЛЬЕВ КОТОРОГО БУДЕТ ДОСТИГАТЬ 8,5 МЕТРА, А ЕГО ВЕС БУДЕТ СОСТАВЛЯТЬ ОКОЛО 200 КИЛОГРАММОВ

Также во время посадки он может делать анализ поверхности. Когда он «перегоняет» так называемый сухой лед (СО2) из одного агрегатного состояния в другое, он может анализировать вещества, которые собирает с этим льдом. Ведь в полярном слое есть не только СО2. Там есть и вода, которая нам понадобится, если мы полетим туда. Конечно, она может немного отличаться по структуре, ведь на это влияют радиация и другие особенности планеты.

Также дрон собирает данные об атмосфере, делает картографические снимки, сравнивает данные, которые собрал ранее.

Тем более, что его даже можно оборудовать небольшой буровой установкой.

Когда «прыгунок» поднимается с минимальным использованием СО2 для ракетных ускорителей на высоту пяти метров, давление от переработки веществ из полярного слоя подается на винты, которые тоже интересны своей работой. Когда Mars Hopper садится, винты складываются, а когда на них подается давление, они с помощью центробежной силы начинают раскрываться. Это помогает нам экономить топливо. Также дрон сам сможет высчитать, куда ему приземляться.

— Сколько времен «прыгунок» может находиться на Марсе?

— В идеале он рассчитан на одну марсианскую зиму — это 6 месяцев. Например, Curiosity, который также делает анализы, проехал не так много, собрал много информации, и никакой картографии, и никакой важной информации относительно атмосферы у него нет. Да, он может пробурить, пострелять лазером в камни. Но к чему-то более масштабному он недостаточно подготовлен.

— Насколько в настоящее время исследованы Марс?

— Марс на данный момент не изучен даже на один процент. В этом плане у нас больше исследована Луна.

Основные открытия, которые делает наш проект, — изучение атмосферы Марса. Поскольку в этой зоне постоянно все меняется. И мы сможем собирать данные об этих изменениях. Это очень хорошо повлияет даже на будущее приземление на Марс. Если мы соберем картографию, например, сможем найти регион, где есть вода. Существует идея Илона Маска о том, чтобы начинать подрывать полярные шапки и создать на планете Ледниковый период. Но это очень дорого, и даже если они решат это делать, мы уже сможем предоставить им готовую информацию о структуре, строении, картографии этой шапки.

— Хакатон NASA Space Apps Challenge проводится с 2012 года. Почему только сейчас он прошел в Украине?

— Украинские энтузиасты сами обратились к NASA и предложили проводить этот хакатон в Украине. Материально NASA не помогает. Но контролирует хакатон в каждой стране и дает гарантию того, что призеры и победители посетят их центр. Кроме Киева такой хакатон был организован и в Кировограде.

— К вам уже обратилось Государственное космическое агентство Украины с предложением реализовать проект. На сколько эффективным может быть такое сотрудничество?

— Сейчас мы ведем с ними диалог. Поэтому пока говорить об этом сложно. Но у них есть много возможностей и ресурсов. Этот год — первый, когда агентство полностью профинансировано. Поэтому они открыты к сотрудничеству и поражены, что люди, которые не связаны практически с изучением космоса, собрались и сделали прорыв. Поэтому время покажет. Еще неделю-две  мы будем проводить переговоры.

— В NASA не захотели взять этот проект в разработку?

— Главная цель NASA — вернуть интерес к космической отрасли. Если мы вспомним, космический бум в мире был еще во времена Советского Союза — полет Гагарина, запуск первого спутника. В США люди полетели на Луну, потом со временем состоялись запуски шатла. Тогда люди фанатели от этого, вся страна могла работать на запуск одной ракеты. А сегодня нам могут сказать, что это никому не интересно, хотя коммерческие запуски достаточно прибыльны.

Еще несколько лет назад только Ричард Брендсон говорил, что они планируют сделать самолет, который будет подниматься на небольшую орбиту, находиться в невесомом состоянии 5 минут и потом возвращаться назад. Это был максимум того, что делалось в этой области с коммерческой точки зрения.

Сегодня же это — Blue Origin, который поднимает небольшую ракету, люди находятся в невесомости и она возвращается назад. А SPACEX уже провел два успешных запуска с посадкой первой ступени на земную поверхность и три запуска с посадкой на плавучую баржу, которая находилась посреди океана, последний из которых состоялся в прошлую пятницу. Это вообще нонсенс.

То есть перспективы в развитии этой отрасли есть, и они колоссальны. Поэтому NASA подталкивает людей во всем мире делать локальные продукты и развивать космическую отрасль.

— С технической точки зрения, какие сложности могут возникнуть при изготовлении Mars Hopper?

— Основная компонентная помеха — получить радиоизотопный реактор. Он работает на изотопе — ядерном топливе, которое более стабильное и распадается постепенно. В Украине их не делают. Мы хотим установить такой реактор, как на Curiosity.

Во-вторых, проблематично высчитывать высотную аэродинамику. То есть определить, как дрон будет  работать на Марсе. Практически это можно протестировать и на Земле, подняв наш дрон на высоту 35 тысяч метров. Потому что там атмосфера более-менее соответствует марсианской.

В-третьих, нужно будет хорошо поработать над разработкой навигационной системы, потому что на Марсе нет спутников GPS-навигации и магнитного поля. Но есть радиация, которую не любит электроника и может начать работать неправильно. Поэтому нужно будет еще продумать, как сделать абсолютно простой и аналоговый самолет.

Все другое в Украине есть.

Что касается бюджета — пока без комментариев. Чтобы это все подсчитать, нужен отдельный проект.

Сейчас мы планируем сделать первый прототип для наземных испытаний — электроника и аэродинамика. Второй — для испытаний на высоте от 30 до 35 тысяч метров.

— Сколько этот процесс может занять времени?

— Очень сложно высчитать. Если не использовать углекислый газ, а какие-то другие вещества — например гелий, то при условии, что у нас будет уже финансирование и все ресурсы, для построения прототипа «прыгунка» нам понадобится приблизительно год или два. Конечно, мы можем его сделать и за три месяца, но мы его поднимем в воздух — и он развалится. Тогда это все не имеет смысла.

— Своей победой вы показали всему миру, что украинцы умеют достойно отвечать на вызовы, которые принимают. Что Украина может еще предложить миру в области технологий, в частности космических?

— В Украине производятся полностью готовые компоненты для использования в космической сфере. У нас есть разработанная украинцами ракета. Конечно, сейчас ситуация более сложная. Потому что, в целом, наш ракетный комплекс ориентировался на Россию. Ситуация, которая сложилась, вынуждает нас искать другие рынки, немножко переориентироваться и предлагать новые продукты. Но молодые и горячие головы у нас есть. И это очень хорошо.

К сожалению, мы не обо всех них знаем. Так вышло, что наш проект нуждался в широком освещении, поскольку только так мы могли рассчитывать на победу. Но в одной из номинаций этого же хакатона проект из Кировограда прошел в первую пятерку. Это притом, что там оценки выставляли инженеры NASA.

Поэтому главное — работать в нужном направлении, и мы это уже начали делать.