Большинство современных технологий практического использования космоса требуют мультидисциплинарных подходов, и Физтех обеспечивает их. Сотрудники и выпускники Физтех-школы аэрокосмических технологий (ФАКТ) участвуют в проектах ГЛОНАСС, Superjet-100, МКС, работают над новыми гиперзвуковыми летательными аппаратами, глобальными системами связи и дистанционного зондирования Земли (в частности, над «Сферой»), современными моделями климата. На Физтехе используют технологии высокопроизводительного математического моделирования, машинного обучения, сквозного цифрового проектирования.
Наша микросхема
Со времен Королёва Физтех тесно сотрудничает со всеми головными институтами и предприятиями отечественной космической отрасли. Одна из последних разработок Физтеха — топология микросхемы, по программе импортозамещения — была сделана совместно с инженерами «Российских космических систем». Главный конструктор проекта — Иван Филатов, доцент кафедры радиотехники и систем управления. Изделие сейчас производится в Зеленограде на «Микроне», одном из ведущих предприятий микроэлектронной промышленности России. Пробная партия прошла испытания, в ходе которых кремниевый кристалл показал соответствие всем предъявленным требованиям. В частности, была продемонстрирована устойчивость микросхемы к космической радиации и температуре.
Сейчас та же группа разрабатывает следующее микроэлектронное изделие для наших орбитальных группировок.
Сергей Негодяев, директор Физтех-школы аэрокосмических технологий МФТИ:
На совещаниях по космической программе мы часто слышали, что нет отечественных микросхем, и это очень усложняет разработку современных космических аппаратов и их группировок. Так вот, сейчас можно сказать: микросхемы есть! На Физтехе их научились делать. Создание топологии микросхем — это деятельность на грани между искусством и ремеслом. Как спроектировать микросхему так, чтобы она потребляла мало тока? Чтобы в нее было интегрировано большое количество памяти? Чтобы при высокой частоте она не уступала зарубежным процессорам? Нужно из миллиона возможных решений выбрать то единственное, которое принесет успех. Вот это и делают наши ребята. На небольшом проекте мы показали, что в России есть инженеры высшего класса, способные решать сложнейшие задачи. И математические модели тоже наши. В истории нашей школы было несколько таких прорывов, когда мы брались за задачи настолько сложные, что никто не верил в успех. А мы справлялись.
Управление для тысяч спутников
В 2020 году был завершен первый этап совместного проекта ФАКТ и Фонда перспективных исследований «Интеграл-Д», в рамках которого успешно протестирован первый российский программный комплекс для проектирования многоспутниковых космических систем. По завершении проекта, которое запланировано на 2022 год, программный комплекс позволит проектировать группировки, состоящие из нескольких тысяч космических аппаратов.
Уже сейчас для подобных группировок есть множество задач — таких, как дистанционное зондирование Земли. Например, в Сибири горит лес, и необходимо как можно быстрее получить фотографии тех участков леса, которые уже горят, и тех, которые могут вскоре загореться. Как спутники должны между собой распределить эту задачу, чтобы у максимально оперативно получить и передать нужную информацию? На каких орбитах должны находиться аппараты? Какие требования должны к ним быть предъявлены? Вот на эти вопросы и отвечает программный комплекс «Интеграл Д».
Сегодня для того, чтобы запустить в космос один или несколько аппаратов, формируется специальная команда инженеров. Они, конечно, пользуются вычислительными пакетами, но проблема в том, что эти пакеты, как правило, не связаны между собой. Одни рассчитывают баллистику, другие — маршрутизацию данных, третьи — тепловой баланс аппарата. Но в лаборатории моделирования механических систем и процессов все такие пакеты объединили в общую систему принятия решений для генеральных конструкторов и инженеров.
Руководитель лаборатории Наталья Завьялова рассказывает: «Когда мы начали изучать тему, то обнаружили, что алгоритмы, например, расчета орбитальной динамики не развивались с конца 1980-х годов. И авторы тех методов оставили в своих алгоритмах ряд нерешенных проблем. Поэтому нам пришлось найти свое решение, которое, в частности, позволяет проводить расчеты гораздо быстрее. Даже для большого количества космических аппаратов у нас расчеты производятся в невиданном прежде темпе. А если расчеты делаются быстро, значит, их можно проводить много, и осуществлять оптимизацию вычислительных процессов».
Наталья Завьялова, заведующий лабораторией моделирования механических систем и процессов
В целом слово-символ «Интеграл» отражает нашу текущую деятельность — объединение различных сущностей. Физика, математика, моделирование… А также систематизация и визуализация результатов.
Реализация столь масштабного проекта требует немалых усилий, но чем крупнее проект, тем значительней результаты. На данный момент мы успешно закончили первый этап и провели тестовые расчеты перспективных группировок.
