По дороге из Каролины в Москву
Текст: Роман Жиц | 2014-08-20 | 3116
Космонавтика связана с большими рисками, прежде всего, с опасностью для жизни космонавтов. Но есть в ней и другой, чисто человеческий, аспект, проявляющийся как нигде сильно. В отрасль попадают в основном очень целеустремлённые люди. Но даже тяжёлые ежедневные тренировки на протяжении нескольких лет и попадание в отряд космонавтов не гарантируют того, что в итоге этот человек полетит в космос. Что интересно, нечто подобное подстерегает и космических инженеров и учёных. Ты можешь не одно десятилетие трудиться над какой-нибудь штуковиной в надежде, что когда-нибудь она будет запущена на Марс. Но этого всё не происходит и не происходит. И на выходе – ощущение потраченных впустую сил со всеми вытекающими последствиями. Справляются с этой ситуацией далеко не все. Эксперт Кластера Космических Технологий Сколково Роман Жиц рассказал нам историю того, как он сам оказался в космонавтике и как преодолевал возникающие на его пути трудности.

Как и многие другие советские мальчишки, в детстве я увлекался научной фантастикой, авиамоделированием, мечтал о небе. Хотел стать лётчиком-испытателем и собирался поступать в лётное училище. Волей случая, на Дне открытых дверей МАИ, я оказался на факультете космонавтики, и это посещение сильно поменяло мой жизненный фокус. Это случилось как раз в то время, когда советская космическая программа была гордостью страны. Каждый месяц мы запускали космонавтов или новые космические аппараты.

По конкурсу я был зачислен на кафедру испытаний космических аппаратов. Моя будущая специальность должна была быть связана с проектированием стендов для наземной отработки космических кораблей. Для юношеского максимализма это звучит не очень романтично, правда? Но получилось так, что меня забрали в армию, а вернувшись, я всё-таки перевёлся на кафедру № 601, которой в то время руководил академик Мишин. Он был правой рукой Королёва и после его смерти в 1966 году продолжил начатое Сергеем Павловичем дело. Однако в 1974-м, после провала пилотируемой лунной программы, Мишин вынужден был оставить руководство королёвской фирмой и пришёл к нам в МАИ, возглавив 601-ую кафедру. Поэтому 601-ая считалась у нас ведущей. Она занималась проектированием ракет-носителей и космических аппаратов, и поэтому я очень хотел учиться именно там.

После возвращения из армии я пошёл на вечернее отделение института, а днём стал работать техником в студенческом конструкторском бюро «Искра». В это же время, а это был 1990 год, у нас на факультете начали проводиться международные аэрокосмические школы. Тогда к нам приехали студенты из MIT. Тематика той летней школы базировалась на проекте космической пилотируемой экспедиции на Марс, который вела РКК «Энергия». Темой моего дипломного проекта стала «Разработка одноступенчатого многоразового пилотируемого посадочного модуля на Марс». Помню, как в нашей спецбиблиотеке я нашёл статью, где тогда ещё молодой американский инженер Роберт Зубрин предложил свою концепцию Mars Direct, позднее принятую в НАСА за основу разрабатываемого проекта пилотируемой марсианской экспедиции. Прочитав эту статью со словарём, я впечатлился его идеями и выбрал тему своего диплома. По иронии судьбы, уже много позже, я познакомился с Зубриным лично.

На основе своего дипломного проекта я подготовил статью и послал её в Международную астронавтическую федерацию. Через некоторое время мне пришло письмо с приглашением на ежегодную конференцию федерации. В тот, 1992 год, конференция проходила в Вашингтоне. В июне я защитил дипломный проект, получил визу, соскрёб все свои сбережения, купил билет и полетел в США. В кармане у меня было около 150 долларов, да и визу мне дали лишь потому, что я имел приглашение астронавтической федерации (ехал я не от института). Первую неделю в Америке я остановился у студента MIT, с которым познакомился на аэрокосмической школе в МАИ.

На конференции я представил свою работу. За технический контент мне не стыдно до сих пор, но мой английский тогда оставлял желать много лучшего. Большинство из присутствующих на моей презентации вежливо улыбались, но я не думаю, что они хорошо понимали, что я им объяснял.

Там же, на конференции, я познакомился с ребятами из Mars Mission Research Center – научно-учебного центра НАСА. Они предложили мне подать документы для обучения в аспирантуре этого центра. Я очень обрадовался, потому что это давало мне шанс на дальнейшую учёбу по своей специальности, а затем – на участие в проекте НАСА, конечной целью которого был провозглашён полёт человека на Марс. Это была так называемая космическая инициатива Буша-старшего, которую тогда вполне серьёзно намеревались воплотить в реальность. В начале 90-х средний возраст сотрудников НАСА был 42-43 года и считался слишком высоким. Стояла задача привлечь талантливую молодёжь для продолжения своей научной карьеры в НАСА, которое, в итоге, открыло свои центры для студентов-аспирантов в шести ведущих вузах США.

Специализация Mars Mission Research Center, который располагался в университете штата Северная Каролина, достаточно близко совпадала с тем, чем я занимался в МАИ. В центре вели работы над технологиями, необходимыми для пилотируемой экспедиции на Марс. Естественно, я захотел попасть именно туда. Университет расположен недалеко от центра НАСА имени Ленгли, который является ведущим центром агентства по разработке космических систем, и многие специалисты центра Ленгли после работы в НАСА становились профессорами университета Северной Каролины.


Транспортировка космического челнока.

Тогда я был наивен и как-то особо не отдавал себе отчёта в том, что обучение будет платным и что мне придётся сдавать экзамены. В Америке любой иностранец при поступлении в аспирантуру должен сдать специальные экзамены, естественно, на английском языке. Мне дали студенческую визу, и я полтора года подрабатывал чем только мог и готовился к этим экзаменам. Набрать необходимое для поступления количество баллов у меня получилось только с третьего раза. Но радость моя длилась недолго, потому что чуть позже я получил письмо с просьбой сделать предоплату за первый семестр обучения.

Аэрокосмический факультет университета Северной Каролины, где я собирался учиться, занимал в то время пятое место в рейтинге сильнейших по США. Обучение стоило пять тысяч долларов за семестр, без учёта проживания. Для меня это были большие деньги, так как я мог полагаться только на самого себя. Никакие государственные займы в США, будучи иностранным студентом, я получить не мог. Мои родители остались в России и в трудные 90-е помочь мне ничем не могли. Но я особо не унывал, жизнь была интересной, и когда тебе 25 лет, то кажется, что море по колено. Деньги я занял – в Америке у меня уже появились хорошие знакомые.

Но как учится аспирант в США? Если у него интересная тематика, и он понравился какому-нибудь профессору, то тот может взять его к себе научным ассистентом и платить стипендию. Аспирант делает свою научную работу, которая потом становится темой его диплома, если он идёт на уровень магистра, либо темой диссертации. Это идеальная стезя, по которой стремятся пойти все. Проблема обычно начинается в самом начале, потому что желающих пройти такой путь гораздо больше, чем профессоров, которые имеют гранты и способны платить стипендию.

Я пообщался со всеми профессорами – они были со мной весьма любезны, однако стипендии никто не предложил. Я поначалу даже обижался, хотя позднее понял, что был неправ. Они, как правило, давали работу тем, кто уже один-два семестра проучился без какой-либо поддержки и при этом доказал, что может ещё и получать хорошие оценки. То есть я был в тех же условиях, через которые проходили все остальные.

Честно говоря, высокий уровень требований, предъявляемый на факультете, был для меня неожиданностью. После учёбы в МАИ я самонадеянно думал, что меня будет трудно чем-то удивить. Но в первом семестре мне пришлось напрягать все силы. Курсовые работы нужно было сдавать каждую неделю не позже указанного дня и часа, иначе работа просто не засчитывалась.

Уже в первый семестр на кафедре был объявлен студенческий проект. Я пришёл к профессору и сказал: «Раз вы не можете дать мне грант, позвольте хотя бы поучаствовать в этом проекте». Он ответил: «За работу в проекте не платят. Хочешь – работай». Проект был посвящён разработке небольшого беспилотного посадочного модуля на Марс. Примерно через три месяца мы дошли до момента, когда надо было показать компоновку аппарата. То, чему меня хорошо учили в МАИ, во многом мне помогло. Я на миллиметровой бумаге сделал эскизы нескольких вариантов компоновки аппарата, пришёл на очередное заседание группы и показал их студентам и профессору. Они были немало удивлены. Дело в том, что в Америке уже к началу 90-х годов техническое черчение было полностью компьютеризировано. Руками они разучились чертить ещё в 80-е. Эти эскизы произвели такой эффект на моего профессора, что он сказал: «Будешь моим ассистентом. Я найду возможность платить тебе стипендию». Более того, он также решил выплатить мне стипендию за предыдущие три месяца.

С профессором мне повезло. Он был скромным человеком – как часто бывает с умными людьми. Позже я узнал, что он – учёный, весьма известный в кругах НАСА, и у него очень хорошая профессиональная репутация. Профессора звали Джеральд Уолберг. До марсианского центра он являлся начальником крупнейшего подразделения центра Ленгли – отдела по разработке космических систем. Каждый центр НАСА – а их примерно десять – это целый город, в каждом работает от двух до пяти тысяч человек. Это организация в организации, с сотнями зданий, десятками испытательных стендов. Профессор Уолберг знал многих ключевых людей в НАСА и стал вводить меня в проекты, в которые, просто учась в университете, я бы никогда не попал. Благодаря ему, у меня появилась возможность консультироваться со специалистами из НАСА. Я стал изучать компьютерные программы, созданные в НАСА для моделирования и оптимизации траекторий космических аппаратов. По специальному лицензионному соглашению с НАСА студенты и аспиранты используют эти программы в своей учебной и научной деятельности. То есть они работают с тем же техническим инструментарием, что и специалисты в самом агентстве. Такие программы – это продукт многолетней работы НАСА. Ценность этих программ в том, что они впитали в себя знания и опыт учёных, инженеров-разработчиков, которые приобретали его, работая над реальными проектами. В этих программах некоторые специально подключаемые модули имеют ценнейшие эмпирические данные и статистику, полученные в результате испытаний реальных аппаратов в натурных условиях эксплуатации. Доступ к этим модулям открыт только для пользователей, являющихся гражданами США, поэтому мне, как иностранному студенту, они были недоступны. Тем не менее, возможности этих программ, даже без специальных модулей, были более чем достаточны, чтобы служить эффективными инструментами для проектов, которыми я позднее стал заниматься в университете.

В 1997 году НАСА начало разработку так называемого референтного проекта для марсианской пилотируемой миссии (Mars Design Reference Mission), за основу которого как раз была взята предложенная Зубриным концепция Mars Direct. В этом проекте все основные элементы экспедиционного комплекса и все фазы его полёта разрабатывались с использованием компьютерных моделирующих программ. Идея была в том, что даже с помощью виртуальных методов проектирования можно с высокой степенью достоверности отрабатывать то, на что в натурном эксперименте потребуется очень много времени и средств. Мы, аспиранты, участвовали в этом проекте. Под руководством профессора я занимался технологией, которая позволяла вывести на орбиту любой планеты, имеющей атмосферу, космический аппарат с минимальными затратами топлива. Необходимо было разработать алгоритм, который, учитывая меняющиеся параметры атмосферы, мог бы в реальном масштабе времени перестраивать все цепи управления космическим аппаратом, чтобы его аэродинамической эффективности было достаточно для рассеивания заданного количества энергии при проходе в атмосфере. Рассеешь меньше – улетишь за пределы гравитационного поля планеты, рассеешь больше – разобьёшься о её поверхность или полетишь по траектории, где аппарат может сгореть из-за избыточных тепловых потоков или разрушиться от чрезмерных аэродинамических нагрузок. Успешная реализация этой задачи – дело непростое, но её решение сулит радикальные изменения в космических полётах, открывая пути к другим планетам.

Через некоторое время я получил степень магистра и начал вести исследования для своей докторской диссертации. С профессором мы прекрасно сработались, при его поддержке я стал участвовать во внутриамериканских конференциях и познакомился, в частности, со специалистами центра НАСА имени Эймса. Работу над диссертацией я выполнял в тесном сотрудничестве с ними. Незадолго до защиты диссертации (декабрь 2000 года) они предложили мне принять участие в конкурсе на получение должности в НАСА. Для меня как раз наступала проблема трудоустройства. Как иностранцу, НАСА не могло напрямую предложить мне работу, поскольку оно является государственной организацией, имеющей гриф секретности. Единственной возможностью для меня получить там работу было прохождение конкурса агентства. На конкурсе нужно было представить то, как ты видишь продолжение своей диссертационной работы: что бы ты хотел сделать, и какую пользу это может принести агентству. Ты участвуешь в конкурсе наравне с другими соискателями, в том числе и американцами. Если ты проходишь этот конкурс, тебе предоставляют грант, и ты в течение трёх-пяти лет работаешь по особой пост-докторальной программе. Мне повезло. Меня отобрали в Центр Эймса, который находится в самом сердце Силиконовой долины. Я попал в одно из его подразделений, основная специализация которого – разработка систем по входу в атмосферы планет. Ранее это подразделение отвечало за разработку уникальной многоразовой защиты космических челноков. Затем, в рамках НАСА, оно возглавило работу по технологиям аэродинамического захвата в атмосферах планет, поэтому и было заинтересовано в результатах моей диссертации – алгоритме управления марсианским аппаратом, который совершает управляемый проход в атмосфере. Алгоритм не был уникальным (имелись конкурирующие алгоритмы), но содержал несколько изюминок. С помощью математического моделирования я сумел показать, что даже при сложной комбинации разных неноминальных условий аппарат может успешно завершить аэродинамический проход в атмосфере и выйти в желаемый коридор. Результаты моделирования были обнадёживающими, поэтому в центре Эймса алгоритм решили разрабатывать дальше. Естественно, я был этим окрылён.


Центр Эймса с высоты птичьего полёта.

С февраля 2001 года я начал работать как молодой учёный в Центре Эймса в отделе по проектированию космических систем. Мне нужно было за первые полгода-год найти применение своей тематике, то есть заинтересовать учёных или группу, которые бы сказали: «Да, нам этот товарищ интересен, давайте работать вместе». Я не мог просто разрабатывать свою тему сам по себе. Каждый год проходила переаттестация, где было необходимо показать то, что ты сделал.


Сотрудник Центра Эймса за работой.

Первый год был очень важным. Даже если в твоём активе защита диссертации, то когда начинаешь работать в НАСА, ощущаешь себя несколько робко. Думаешь: тут все такие опытные специалисты, и кто ты на их фоне? К окончанию первого года своей работы я увидел, что некоторые идеи, реализованные в моей диссертации, оказались нетривиальны и востребованы, и я тоже могу предложить что-то ценное. Это было чрезвычайно важно психологически. Я нашёл несколько заинтересованных в моей теме коллег и стал работать с ними в партнёрстве.

В начале 2000-х в НАСА прорабатывался ряд проектов с использованием технологии аэродинамического захвата, в которых мне тоже посчастливилось поучаствовать. Мы работали над различными марсианскими беспилотными миссиями, включая экспедиции для доставки на Землю марсианского грунта. Мы искали оптимальные конфигурации аэродинамического экрана для посадочных аппаратов, просчитывали альтернативные варианты номинальных траекторий для выполнения таких миссий, анализировали различные схемы комбинированных парашютно-реактивных систем мягкой посадки.

В 2004-2005-х годах мы начали работу над беспилотной миссией с аэродинамически захватываемым кораблём к планете Нептун. Нептун – одна из самых удалённых планет Солнечной системы, и для того, чтобы туда долететь в конечное время (в течение хотя бы семи-десяти лет), аппарат нужно разогнать до очень большой скорости, но потом – резко затормозить для вывода на орбиту вокруг планеты. И при всём при этом неопределённость в параметрах атмосферы Нептуна на порядок выше, чем наши знания об атмосфере Марса. Задача экспоненциально усложнялась.

По этой теме вели проект в центре НАСА Ленгли. Независимо от них мы вместе с парой коллег делали свой проект. Примерно через полтора года мы получили очень интересные результаты. В Ленгли проект прорабатывался на углублённом уровне – они располагали большим коллективом и под эту тему у них была выделена целевая программа. Мы же работали с гораздо меньшим бюджетом, но с не меньшим энтузиазмом. В итоге у нас получились два разных аппарата с разными аэродинамическими характеристиками. Тем не менее, философия алгоритма управления была схожа. Когда мы сравнили результаты математического моделирования, то две разные реализации одной и той же философии дали очень схожие результаты. Они подтвердили, что философия подхода правильна. Это очень важно. Вообще, давать похожие задачи разным коллективам – грамотный подход.

В 2006-2009 годах мы вплотную занимались ставшей позже знаменитой Марсианской научной лабораторией (Mars Science Laboratory, MSL). Ещё в 1997 году Европейское космическое агентство запустило зонд «Гюйгенс» в атмосферу Титана и в 2005 году смогло успешно посадить его на поверхность планеты, что явилось значительным достижением. Было применено прямое аэродинамическое торможение аппарата в атмосфере с последующей парашютной посадкой на поверхность Титана. Однако, несмотря на то, что Титан находится очень далеко в системе лун Сатурна, его атмосфера схожа по плотности с земной, а её верхняя граница простирается аж до высоты 1000 км. Задача же мягкой посадки весящего почти тонну MSL на Марс являлась куда более сложной, поскольку марсианская атмосфера имеет плотность в 100 раз меньше земной и при этом отличается исключительной волатильностью. Тем не менее, мы оказались в состоянии решить и эту задачу, отработав на MSL новый подход – так называемую мультидисциплинарную оптимизацию, когда мы одновременно варьировали аэродинамические, массовые, конструктивные и многие другие параметры аппарата. Применяя специальные численные алгоритмы поиска, мы смогли найти оптимальную комбинацию этих параметров для выполнения поставленной перед MSL задачи.


Инженеры НАСА тестируют Марсианскую науч­ную лабораторию, более известную как марсоход третьего поколения Curiosity. Запуск Curiosity к Марсу состоялся 26 ноября 2011 года, и спустя несколько месяцев, 6 августа 2012 года, аппарат совершил мягкую посадку на поверхность Марса. Радиосигнал, сообщающий об успешной посадке марсохода, достиг Земли через 15 минут. Уже на следующий день марсоход передал на землю первую цветную фотографию поверхности планеты. Полная стоимость проекта MSL составила 2,5 миллиарда долларов.


Ракета Atlas-V с Марсианской научной лабораторией Curiosity перед запуском на мысе Канаверал, штат Флорида.

В ходе моей работы в НАСА я сделал одно интересное наблюдение. Рано или поздно у многих специалистов наступает момент в карьере, когда они начинают задумываться о том, что они сделали. Тебе уже под сорок лет, ты состоялся профессионально, и всё вроде бы хорошо, но хочется чего-то большего. Постепенно, когда у тебя накапливаются опыт, знания, определённые связи, ты начинаешь обращать внимание на процесс принятия решений. Например, почему дело дошло до этих железок, а не до тех? Почему реализуется этот проект, а не другой? И дальше у тебя два пути: либо ты остаёшься встроенным в систему (в большинстве случаев так и происходит), либо уходишь. В системе ты можешь расти либо административно, и тогда появляется возможность как-то влиять на процесс принятия решений, либо технически – углубляться в сферу своей деятельности. Что касается меня, то я был одним из тридцати человек в отделе, который является одним из двадцати отделов в одном из десятка центров НАСА. Я работал там в период с 33 до 42 лет, многим моим коллегам было от 40 до 60. От некоторых уважаемых людей, которые стали мне близки, я слышал очень схожие истории: «Я работаю здесь уже 20 лет, и из всех интересных проектов, что мы делали, полетела только эта штука» или «Я работаю 15 лет, но пока не полетело ничего». Очень часто люди работают до 60-65 лет, но кроме своих научных публикаций и презентаций они не видят реальной отдачи от своего труда. Конечно, меня такая перспектива не очень устраивала. Возможность расти административно для меня была ограничена, поскольку я был иностранцем, хотя и закончил пост-докторальную программу и имел грин-карту. Но даже если ты становишься начальником отдела, большая часть работы начинает уходить на бюрократию – такова природа любой крупной организации.

Есть и другой вариант – уходить в стартапы – небольшие частные космические компании. Так, ныне широко известный SpaceX не появился из ниоткуда. В НАСА давно поняли, что гигантское космическое агентство подходит не для всех задач. Поэтому стартапы заняли свою нишу, создали конкуренцию и продемонстрировали высокую производительность труда. Многие люди, которые там работают – это грамотные, квалифицированные специалисты со стажем, ушедшие из НАСА. Основной причиной их ухода была скука. Конечно, стартапы не предлагают гарантии занятости, которая принципиальна, когда тебе за 50 и важно знать, что через год или пять лет у тебя будет зарплата. Но если тебе 35-40, то ты можешь рискнуть. Предлагая работу в стартапе, тебе говорят: «Мы не гарантируем, что ты будешь иметь зарплату через год. Возможно, денег у нас не будет. Но мы гарантируем, что у тебя будет возможность попробовать себя в живом деле. Если всё получится, и карты лягут как надо, то через три или пять лет ты увидишь аппарат, который летает, и в котором есть твоя доля работы». В этих организациях минимум бюрократии, потому что на неё нет ни денег, ни времени. У небольшого коллектива, знающего, что он либо пан, либо пропал, и работающего над смелыми проектами, в числе которых могут быть и пилотируемые аппараты, и ракеты-носители, есть все шансы дойти до экспериментальной стадии. Это не обязательно удел гигантских многотысячных коллективов. Американцы это доказали.


Сегодня ракетную технику способны строить и относительно небольшие частные компании. На фото – одноразовая ракета-носитель Falcon-9 от SpaceX.

Получилось так, что в течение 2010 года я по семейным обстоятельствам вынужден был находиться в России. У НАСА же в это время серьёзно урезали бюджет. У меня возникли трудности с продолжением контракта – мне сказали, что нужно либо подождать какое-то время, либо переориентироваться на другую тематику. И я решил остаться дома, в России, хотя ситуация в нашей космической отрасли сейчас далеко не лучшая. Если в ближайшие четыре-пять лет не произойдёт серьёзных изменений, боюсь, что через 10 лет мы просто окажемся на периферии космической деятельности. Наши заслуженные гранды, такие как РКК «Энергия», слишком большие, у них слишком хороший бюджет и слишком много бюрократии. Да, они используют проверенные временем методы и технологии проектирования, но в современных рыночных условиях, нравится им это или нет, очень многое решают скорость и себестоимость. Поэтому им нелегко оставаться конкурентоспособными, оперативно интегрировать последние технологические новшества в свою деятельность и быстро создавать новые космические аппараты. Нужно менять сам подход к проектированию и созданию перспективной космической техники в головах наших будущих инженеров и конструкторов, и именно в этом я вижу свою задачу как эксперт космического кластера в Сколково. Талантливая молодежь у нас была, есть и будет. Нужно создавать притягательные условия для её самореализации в отечественной космонавтике, и тогда в России обязательно появятся свои SpaceX-ы.


Подпишитесь на eRazvitie.org в Фейсбуке и ВКонтакте, чтобы не пропустить ничего нового.