Привет, Хабр! Мы продолжаем работать и делиться с вами историями наших пользователей. Сегодня представляем интервью с командиром экипажа космического эксперимента SIRIUS-21 Олегом Блиновым, из которого вы узнаете, как 3D-технологии помогут в межпланетных перелетах.

В июле завершился третий этап международного проекта SIRIUS (Scientific International Research In Unique Terrestrial Station), моделирующего длительные пилотируемые космические полеты. На протяжении 240 суток экипаж из 5 человек, представлявших три страны — Россию, США и ОАЭ, находился в полной изоляции в условиях, имитирующих работу реальной экспедиции на окололунной орбитальной станции и поверхности Луны. Эксперимент проходил в испытательном комплексе Института медико-биологических проблем Российской академии наук (ИМБП РАН) и предполагал полное погружение во все этапы космической миссии: от выхода на орбиту Земли и перелета до Луны до пребывания на орбите и возвращения на Землю.

Мы поговорили с командиром экипажа SIRIUS-21, начальником отделения по созданию комплексных тренажеров перспективных транспортных кораблей Центра подготовки космонавтов им. Ю. А. Гагарина Олегом Блиновым об участии в эксперименте, решении самых разных задач с помощью доступных 3D-технологий и, конечно, о буднях будущего межпланетного перелета.

Помимо непосредственно «космических» забот у участников эксперимента была важная техническая задача отработать оперативное изготовление различных запчастей, деталей и приспособлений в условиях ограниченных ресурсов и длительного отсутствия допоставок. На борту миссии было организовано рабочее место, которое включало ноутбук Lenovo с установленной системой проектирования КОМПАС-3D и 3D-принтер Picaso.

Космическая изоляция на Земле

Как сотрудник Центра подготовки космонавтов им. Ю. А. Гагарина в этом проекте я участвовал в роли командира экипажа и отрабатывал операционно-технические задачи, позволяющие дистанционно обучать участников миссии. Моей основной целью было понять, насколько действенна такая система образования и подготовки специалистов, не имеющих профильного технического образования и приобретающих опыт сразу в условиях длительного полета. Во время эксперимента нужно было не просто прожить изолированно от всего остального мира, работая в международной команде, как если бы это был реальный космический полет, но также научиться пользоваться техническими средствами для поддержания жизнеспособности всей миссии.

Экипаж SIRIUS-21: Виктория Кириченко (Россия) — врач экипажа, Ashley Kowalski (USA) — бортинженер, Екатерина Карякина (Россия) — исследователь (выбыла из эксперимента из-за травмы руки), William Brown (USA) — исследователь, Олег Блинов (Россия) — командир экипажа, Saleh Omar al Ameri (ОАЭ) — исследователь Институт медико-биологических проблем РАН

В ЦПК я руковожу отделением по созданию комплексных тренажеров перспективных транспортных кораблей. Эти тренажеры разрабатываются для имитации космических полетов, на них космонавты будут отрабатывать полученные ранее навыки. Предполагается, что после тренажеров они сразу смогут сесть в космический корабль и будут готовы к любым сложностям.
Поэтому в тренажерах по максимуму воспроизводятся условия реального полета. Основное отличие от настоящего космического корабля заключается в сроках службы оборудования: если корабль рассчитана на один или несколько полетов, то тренажеры служат 10-15 лет.
Разработка таких тренажеров требует комплексного подхода, поэтому на протяжении уже нескольких лет Центр подготовки космонавтов использует специализированное программное обеспечение, в том числе КОМПАС-3D. Мы постепенно наращиваем наши компетенции, и я надеюсь, что через несколько лет эта САПР станет основным инструментом, в котором будет вестись проектирование технических средств для подготовки космонавтов.

Техническое оснащение миссии и подготовка

В ходе эксперимента мы работали на ноутбуке с установленным КОМПАС-3D v19, также у нас был слайсер (специальная программа для подготовки моделей к 3D-печати) и 3D-принтер с расходными материалами. Этого программного обеспечения и оборудования оказалось вполне достаточно, чтобы спроектировать и напечатать изделия.

С технической точки зрения КОМПАС-3D мне понятен. Ранее я полностью прошел обучающий курс по КОМПАС-График, в дальнейшем это позволило мне самостоятельно и довольно глубоко изучить 3D-моделирование. Я полагался на учебный курс от АСКОН, разрабатывал те изделия, которые входили в приложения к нему. Конечно, в этом случае мы не можем говорить о специализации учебных материалов конкретно под космическую тематику. И все же если тема 3D-проектирования интересна, то реально извлечь из такого обучения нужный объем информации.

Вместе с тем, я понимаю, что ресурсы обучающих программ ограничены. Например, не всегда хватало уроков по изготовлению не просто отдельных деталей, но и изделий в комплексе. Это особенно важно для работы на «лунной базе», когда инженерам может потребоваться создание сложных сборок, а в условиях ограниченного доступа к информации не только нужно понимать, как работать над тем или иным изделием, но и глубже погружаться в логику разработки программного обеспечения. Всё это помогают прочувствовать как раз разнообразные учебные пособия, которые тоже должны быть включены в информационные материалы во время миссии.

Когда у меня возникли сложности с 3D-принтером, я оценил поддержку со стороны АСКОН, Центра подготовки космонавтов и ИМБП. Удалось очень оперативно, в течение двух суток, получить рекомендации, которые позволили восстановить работоспособность техники и продолжить изыскания.

Напечатать все: от подставок до отражателя спутниковой антенны

За время восьмимесячного проекта по заданиям от организаторов и по личной инициативе я разработал около двадцати элементов низкой и средней степени сложности. Все они были распечатаны и впоследствии использовались для улучшения эргономических характеристик нашего оборудования – всевозможные поддержки, колпачки, переходники, подставки. Такие изделия становятся незаменимыми, когда начинаешь эксплуатировать оборудование в условиях изоляции и понимаешь, как можно улучшить его детали. С аддитивными технологиями такие задумки легко реализуемы.

В пример можно привести распечатанную на 3D-принтере поддержку для крепления флоуметра к беговой дорожке. Этот прибор нельзя просто положить на стол, он обязательно должен находиться в подвешенном состоянии. Поэтому я спроектировал для него держатель. На работы в общей сложности ушло четыре часа, и изделие сразу доказало свою пригодность и удобство использования.

Другой пример — проектирование отражателя спутниковой антенны, оригинал которого, по легенде, был поврежден из-за попадания в него неопознанного небесного тела. В этом случае мы сначала рассчитали по формулам степень кривизны отражателя, а затем спроектировали его таким образом, чтобы распечатать по частям на 3D-принтере ограниченных размеров и собрать всю установку. Это была довольно интересная работа, которая заняла около двух дней. В результате мы получили отражатель диаметром 300 мм с заданной кривизной. Конечно, мы печатали пластиком и в этом материале у изделия не было бы достаточной отражающей характеристики, но эта проблема легко решается с помощью металлизированной пленки. Так что программное обеспечение со своим назначением справилось. Это подтвердили и постановщики задачи из ЦПК, которые не ожидали, что она будет решена таким образом и что, теоретически, получившееся изделие могло бы стать заменой штатного, вышедшего из строя.

Я считаю, что комплект ПО и оборудования, который у нас был, может быть использован и в условиях реального космического полета, особенно учитывая, что выбранные расходные материалы и техника проходили жесткий отбор при допуске для работы в гермозамкнутом объеме. Конечно, организаторы не могли допустить до эксперимента устройство или вещество, которое бы меняло химический состав на борту или не отвечало требованиям безопасности. Все было тщательно проверено. В результате я проработал на 3D-принтере около 200 часов, а использование программного обеспечения и вовсе было безлимитным.

Участие в эксперименте я воспринял в том числе как возможность реализовать мою давнюю мечту и доказать, что в условиях космического полета реально наладить эффективное использование портативных аддитивных технологий для поддержания работоспособности оборудования. Кроме того, я считаю, что применение 3D-технологий помогает разнообразить будни во время миссии и даже служит для психологической поддержки экипажа. Про себя могу сказать, что я просто не погружался в безделье. Помимо того, что удавалось создать действительно что-то полезное, эти занятия действительно хорошо повлияли на душевное состояние.

Чистота и оперативность

У применения 3D-проектирования и аддитивных технологий в условиях изоляции, кроме того, что это интересно, есть ряд объективных преимуществ. Во-первых, наличие даже минимального набора оборудования уже позволяет открыть своеобразную мастерскую, где можно не просто что-то ремонтировать, но и создавать новые изделия разной сложности. И это будет чистая и компактная мастерская, что особенно важно в космических полетах.

Во-вторых, эксперимент дал понять, насколько сокращаются сроки получения необходимых деталей по сравнению с ожиданием допоставок транспортным кораблем. Здесь достаточно простой математики. Чтобы разработать какое-либо приспособление, а затем его спроектировать и распечатать, в среднем мне требовалось около пяти часов. Если бы речь шла о реальном космическом полете, то поставки нужно было бы ждать минимум три месяца. При этом мы пока говорим только об одном изделии. Так что экономия во времени просто колоссальная.

Я считаю, что в условиях автономности миссии оборудование, которое у нас было, — это тот минимум, который позволяет сделать максимум. Конечно, 3D-принтер не заменит более сложные системы, но он их дополняет и помогает облегчить жизнь экипажа, а также обеспечить ремонтопригодность всего оборудования, которое используется в условиях изоляции или космического полета. Кроме того, как я уже говорил, у членов экипажа появляется еще одно профильное занятие, которое поддерживает психологически и помогает творчески самореализовываться.

Космические перспективы 3D-технологий

Если говорить о развитии, то мне не всегда хватало возможностей САПР при работе со сложными формами. Например, если я задумывал определенную кривизну детали, можно было столкнуться с ограничениями со стороны программного обеспечения, когда КОМПАС не мог обеспечить нужную кривизну. Этого в будущем хотелось бы избежать, чтобы реализовать все задумки конструктора.

Если же говорить про печать, то планируется, что у нас будет более широкий спектр материалов, которые тоже должны соответствовать техническим требованиям и требованиям безопасности: материалы должны быть безвредными, а также иметь достаточные прочностные характеристики. Пожелания также касаются и цвета. Во время эксперимента мне был доступен только красный, хотелось немного разнообразия. Также была попытка использовать белый цвет. Однако при выборе как колора, так и материала нужно иметь в виду, чтобы это разнообразие не сказывалось отрицательно на качестве печати.

В будущем к 3D-моделированию хорошо бы добавить виртуальную и дополненную реальность. Это даст возможность перед отправкой в производство в живом объеме проверить, насколько изделие будет эффективным и эргономичным. Думаю, внедрение этих технологий сделает рабочий процесс еще удобнее, ведь находясь в виртуальной реальности получится не просто оценить масштабы изделия, но и «покрутить», представить его в работе.

Блиц-опрос от сообщества пользователей КОМПАС-3D

Что вы читали во время эксперимента?
У меня были книги, в основном энциклопедического характера, на космическую тематику и посвященные разработке технических средств. Они позволяли постоянно поддерживать мотивацию и давали больше представлений о космических полетах. А также служили для меня источником при написании диссертации.
Как часто вы получали новостную информацию?
Новости приходили ежесуточно. Кроме того, члены экипажа оставляли заявки по контенту, который бы хотели получить. Например, моя жена оперативно присылала мне технические видеоролики, которые тоже помогали продвигаться в научных и инженерных изысканиях и постоянно быть в курсе космических технологий и обновлений в этой сфере.
Какая еда была доступна во время эксперимента?
В нашем меню были в основном сублимированные продукты, практически те же, что доставляются сейчас в российский сегмент на борт Международной космической станции. Это и консервы, и продукты в тубах: мясо, соки, различные джемы и соусы.
Спустя некоторое время после начала эксперимента мы получили методику «Оранжерея», по которой самостоятельно выращивали листовые, томаты и даже пшеницу. И хотя мы ее вырастили, использовать по назначению уже не успели. Зато из специальных смесей пекли хлеб. На собственной кухне из сублимированных продуктов и полуфабрикатов мы могли придумать и приготовить новые блюда.

Фото: Группа vk «Международный проект SIRIUS»

Смотреть видео с экскурсией по испытательному комплексу:

3D-мастерская на орбите. Интервью с командиром экипажа космического эксперимента SIRIUS-21 Олегом Блиновым