Сегодня среда. Просыпаюсь утром от будильника. Некоторые дни сразу начинаются с рабочих звонков, и все планы на день приходится спешно переигрывать, но пока что все спокойно. Я выхожу на улицу подмосковного Королева в прекрасное солнечное утро. Да, мой город называется в честь легендарного конструктора Сергея Королева. Совпадение или нет, но я также посвятил свою жизнь космической разработке. Каково это? Попробую рассказать.
Утро как у всех
До работы в Сколково добираться 2 часа на электричке. Специально не езжу на автомобиле, чтобы было время спокойно обдумать предстоящий день и свериться со списком дел, не отвлекаясь на вождение и пробки.
Компанию мы когда-то создали с единомышленниками. Недавно она отметила десятилетие. Попросту говоря, для меня это самая лучшая работа в мире. Сегодня, как, впрочем, завтра и вчера, я буду работать руководителем проекта по созданию спутника для съемки в сверхвысоком разрешении. И у меня есть все условия, чтобы сделать мою работу хорошо, и при этом почти не зависеть от государства. Ситуация уникальная, невозможная еще несколько лет назад.
А чем вы тут, собственно, занимаетесь?
Разрабатываем космический аппарат! Называется он «Киноспутник». Но это не потому, что он снимает кино. Просто некоторые в команде любят группу «Кино». Серьезно, так и выбрали название 😊
Он оснащен камерой, снимающей с высоты 600 км (это примерно, как от Петербурга до Москвы). Снимки ему приходится делать на поступательной скорости 7 км/c относительно Земли, а качество съемки составит рекордные для российского оборудования 0.8 м. На таких фотографиях можно увидеть человека на улице.
Sputnix изначально специализировался на малых спутниках, в том числе на кубсатах. Если вы с ними не знакомы, то это кубики 10x10x10 см, соединяющиеся вместе как конструктор. Внутри кубов устанавливаются бортовые системы и полезная нагрузка на любой вкус. Стандарт cubesat разработали в 1999 году как учебный, но с тех пор технологии стали намного компактнее. Появилась возможность устанавливать сложное и функциональное оборудование в скромные по размерам кубы.
Это компактный аппарат размером с письменный стол, массой почти 200 кг. Сделан аппарат на основе нашей же платформы «Паллада». Платформа «Паллада» – это «джентельменский» набор типовых приборов, систем и бортового софта, которые можно использовать в космических спутниках различного назначения массой от 100 до 350 кг. Полезная нагрузка может включать дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ), связь, научные исследования. В этом проекте мы используем платформу для спутника ДЗЗ.
Размер все же накладывает ограничения: сейчас на орбите летают наши кубсаты с камерой, дающей разрешение съемки в 6 метров на пиксель. Наша новая спутниковая платформа способна нести более совершенную камеру. Запуск таких спутников закроет потребности России в космических данных.
Собираем команду
В нашей команде по разработке «Паллады» всего около пары десятков человек.
Системный инженер отвечает за общую согласованность систем аппарата. Электронщик — за разработку электронной начинки бортовых систем, радиотехник за антенны и приемопередатчики, специалист по теплу за то, чтобы аппарат не перегрелся и не замерз на орбите, испытатель — за проведение наземной экспериментальной отработки приборов и спутника в целом. Также в команде есть незаменимый спец по закупкам, который отвечает за поиск и заказ компонентов, контроль поступления заказанных компонентов на склад и прочие организационные моменты.
Все они сейчас, как и я, едут на работу с разных концов Москвы в наш офис и лаборатории, где есть все необходимое для проектирования, сборки и тестирования опытных образцов бортовых приборов и систем.
Подъехала электричка, можно сесть у окна, свериться со списком дел и спокойно подумать, с чего начать. Помимо плана работ, каждый день содержит много неожиданных событий, которые приходится решать в срочном порядке. Моя задача как РП – разруливать сложные ситуации таким образом, чтобы специалисты могли спокойно отрабатывать свои списки задач, не отвлекаясь на внезапные проблемы.
Вот несколько примеров задач, которые я в последнее время зачеркнул в своем списке дел:
➥ Согласовать конструкторскую документацию на корпус космического аппарата.
➥ Ознакомиться и дать замечания на ТЗ на аккумуляторную батарею.
➥ Ознакомиться, дать замечания на протокол информационного взаимодействия бортовой вычислительной машины и камеры ДЗЗ.
Космическая запара
Я на месте, стаканчик кофе в руке, открываю дверь в офис. Началось.
Первое. Подойти к каждому и коротко узнать, что у него происходит, какие есть сложности и какие проблемы предвидятся.
Из бесед складывается общая картина дня: нужно спланировать оперативку. Дальше финансовые вопросы. Они самые проблемные, тягучие, но и самые ответственные. Напоминаю, мы частная компания и обязаны быть рентабельными. Без денег и оплат даже самый продвинутый и перспективный проект сядет на мель.
Дальше нужно решить вопросы оплаты изготовления печатных плат, закупки электронных компонентов, изготовления корпусов приборов, подписать договоры на испытания. Не забыть составить и обсудить с юристом соглашения о присвоении радиочастот и исследования системы ориентации!
Согласование частот в России – совершенно особенная процедура, требующая длительного времени, скрупулезной подготовки документов и полной самоотдачи.
Несмотря на планирование, многие процессы слишком капризные и непредсказуемые, чтобы успеть оказаться в списке дел. Решать их приходится по мере поступления. Например, однажды мы остались без возможности заказать компоненты для уже разработанной схемы. Разъемы для приборов оказались с торчащими в разные стороны пинами и отказались совпадать с отверстиями на печатных платах. А недавно выяснилось, что модель печатной платы не помещается в корпус прибора, а увеличивать корпус невозможно из-за ограничений на габариты спутника. Вот и что делать в такой ситуации? Пришлось увеличивать габариты спутника, немного уменьшив при этом печатную плату.
Убедившись, что команда работает, я сажусь смотреть задачи в Jira. Успеваю только заглянуть в электронную почту, как звонит гендиректор и срочно требует габариты аппарата под новый проект. Отрываюсь от почты и направляюсь к руководителю конструкторского отдела за спецификациями, как раздается еще один звонок - срочный вопрос по полезной нагрузке от исполнителя. Во время разговора вижу, что «упала» программа тестирования железа, а разработчик софта этого не заметил. Придерживая трубку плечом, подзываю его, чтобы указать на ошибку. Моего внимания ожидает вялотекущий диалог в телеграме о распиновках кабелей, а в WhatsApp лежит сообщение от закупщика о проблемах с поиском редкого компонента...
Не забудьте разработать документацию!
Никогда не недооценивайте важность документации! Документирование позволяет приводить в порядок свои мысли и идеи, и без потери смысла доносить их до остальных разработчиков команды. Об управлении требованиями заказчика стоит говорить отдельно.
В основе проектной документации лежит техзадание. Заказчик требует, и платит за это немалые деньги, чтобы спутник работал как от него требуется. Раз мы частная компания, значит мы обязаны расшибиться в лепешку, но все эти требования выполнить. Руководитель проекта должен контролировать соответствие ТЗ на всех этапах работ, и не упустить момент, когда какие-то пожелания заказчика оказываются не выполнены, а деньги на проект почти закончились и времени на исправление нет.
Требований в ТЗ, казалось бы, совсем немного. Нужно, чтобы спутник снимал с заданной точностью, кадры были заданной четкости, а передача на Землю должна включать данные о заданной площади в сутки. Да, и чтобы все это работало в течение заданного времени с минимальной вероятностью выхода аппарата из строя.
Хотя техзадание – это документ страниц на 100, суть я передал в предыдущем абзаце. В остальном – полная свобода действий. Такой подход к разработке развязывает руки и заставляет мыслить креативно. Одна задача – но миллион решений, которые нужно принять.
Набор требований к спутнику из ТЗ превращается в требования к системам. Те, в свою очередь, в задания на разработку отдельных приборов и задачи для сотрудников. Задачи компонуются в списки, обзаводятся дедлайнами и исполнителями и отправляются в работу.
Каждый прибор – это корпус, электронная плата и софт. Ко всей троице выставляются требования, вытекающие из требований на устройство в целом. Поэтому обязательный пункт в списке дел – продумать, как эти требования будут проверяться. На практике это возможно благодаря большому циклу наземной экспериментальной отработки как всех приборов по отдельности, так и спутника в целом. Испытание на вибростендах, ударных стендах, в термобарокамере, в безэховой камере (там проходят антенные испытания), стендах на проверку электромагнитной совместимости – лишь малая часть того, что спутнику нужно пережить, прежде чем оказаться на орбите.
Также документация обрастает последовательностью действий и выдачи команд, описанием оборудования, схемой подключения питания и многим другим. Моя задача как РП - следить, чтобы аппарат создавался качественно, отвечал требованиям заказчика, тестировался предсказуемым и проверяемым способом.
Сколько это стоит?
Когда я узнал, сколько стоит камера для нашего аппарата, я понял, что это … Что это действительно дорого. Глупо загубить такое устройство просто потому, что забыл в спутнике прикрутить нужную гайку, или софт не поверил, или обмен по шине данных не протестировал. Немыслимо расточительно экономить на тех вещах, которые обеспечат надежную работу этой камеры на орбите. Отсюда необходимость тщательного документирования и дотошных испытаний.
Почему камера такая дорогая? Вот вам один пример: ее главное зеркало несколько месяцев не переставая полируют в огромном цеху высокого класса чистоты. Делается на это уникальных станках, с привлечением единственного в своем роде специалиста, который когда-то получил знания от другого такого специалиста, а тот от другого, и так далее.
Полировка выполняется итерационно, с многократным снятием, контролем и установкой заготовки, выполненной из суперматериала с использованием специальных приспособлений. Короче, даже для меня это сплошной Хабр.
Камера по-своему уникальное изделие. Диаметр апертуры (объектива) составляет более 400 мм. Представьте себе фотоаппарат с диаметром объектива примерно полметра, и всеми прочими составляющими, которые увеличили примерно в той же пропорции.
И это только линза для камеры. Есть еще сотопанели, из которых делается спутник, солнечные и аккумуляторные батареи. На любом производстве для космоса своя специфика. Само устройство не менее сложное, производство ответственное, а результат – дорогой. Удешевления можно добиться только за счет массовости, но это пока впереди.
Вечер. Теперь можно и поработать.
Так проходит день, совершенно незаметно за окном темнеет. Текущие задачи решены, и можно наконец заняться одним из самых ответственных дел – вопросами программирования бортового ПО системы ориентации и стабилизации спутника. Это ключевой участок работы, на котором пересекаются все основные линии проекта. Я всегда ценил возможность взглянуть на проект изнутри, как разработчик. Это сразу переключает перспективу с «космического» уровня на внимание к деталям и конкретным процессам. Становится понятна взаимосвязь систем, объем недостающей или неточной информации по составляющим, проявляются проблемы на стыке систем.
Наша задача на текущий момент – сделать спутник максимально эргономичным и функциональным. Для это мы используем технологию топологической оптимизации деталей. Если совсем коротко – каждая деталь проходит процедуру обработки, после которой от нее остается только максимально функциональный каркас. Массу детали, таким образом, можно снизить в 2,5 раза без потери прочности.
Пока писал этот текст, обнаружил, что по теме топологической оптимизации написано на ХАБР очень мало. Исправим это недоразумение – ждите подробный текст про технологию ТО через две недели!
Тестирование ПО не менее тщательное, чем оборудования. Проходят тесты по общей схеме:
На первом этапе отработки используется программный симулятор бортовой вычислительной машины (архитектура процессора), запущенный на обычном ПК, на который накатывают бортовую операционную систему. В этой среде запускают реальное бортовое ПО. На отдельном ПК запускают симулятор бортовых приборов спутника, реализующий протокол обмена с ними, а также моделирующий реальные показания, отклики и поведение в ответ на команды управления.
Взаимодействие между симуляторами ведется с использованием локальной сети, только поверх TCP/IP реализован бортовой протокол обмена данными между устройствами. В этой среде отрабатывается математика алгоритмов управления ориентацией, логика переключения режимов спутника, в том числе в нештатных ситуациях. Этот способ обеспечивает максимум отладочной информации – можно видеть весь контекст происходящего и исправлять самые изощренные ошибки реализации.
Только после этого переходим к «железу». Функциональные прототипы устройств по сути – отладочные платы. Проверяем все то же самое, но уже с использованием реальной шины обмена данными, и со скоростью обмена, близкой к максимальной. И уже после отладки мы приступаем к использованию летного железа, в корпусах, с реальными кабелями. Здесь возможности отладки сильно ограничены памятью, возможностями аппаратных отладочных интерфейсов и т.п.
Уже совсем вечер, в офисе еще работают. Дома заждались. Надо бежать на электричку. За мной шлейфом рабочие мысли: как улучшить софт, почему это не работает, с кем это обсудить... А где-то внутри - чувство большой проделанной работы, которая придает новый импульс завтрашнему дню.