На сайте nauka.izvestia.ru опубликовано интервью А.Самохина с главным конструктором по направлению НПО измерительной техники, кандидатом технических наук, членом-корреспондентом Российской академии космонавтики имени К.Э.Циолковского А.Пестуновым "В России произошел долгожданный прорыв в производстве гироскопов нового поколения. Прочитать статью полностью можно здесь - http://nauka.izvestia.ru/technology/article106083.html

Сегодняшняя специализация центра НПО ИТ — разработка систем управления и гироскопических приборов на основе волоконно-оптических гироскопов. К этим приборам предъявляются жесткие массогабаритные требования — ведь малогабаритные космические аппараты и ракеты, на которых они будут стоять, весят не более нескольких центнеров. Энергопотребление таких гироскопов также должно быть минимально, а ресурс работы, наоборот, максимальный. Гироскопический прибор для космического аппарата «Фобос-Грунт» — коробочка с крупное яблоко весом всего килограмм. В открытом космосе он будет выполнять важнейшую задачу — точно определять координаты летящего тела. Моноблоки полностью герметичны и заполнены азотом, работают при любой космической температуре и давлении. Потребляет прибор всего около 8 Ватт от бортовой 27-вольтовой батареи. Существующие российские аналоги «кушают» электроэнергию гораздо прожорливей — десятками, а то и сотнями ватт. Объясняется такое расхождение параметров не только глубоко интегрированными мультифункциональными электронными платами, но и тем, что разработчикам подразделения Пестунова удалось отказаться от тяжелых защитных кожухов, обеспечивающих термозащиту нежной электронике. «А как же быть с точностью измерений?» — на это инженеры дали весьма остроумный ответ, поставив на каждый гироскоп свой предварительно откалиброванный чувствительный термодатчик. На специализированном испытательном стенде изучаются корреляции внешних температурных изменений и показаний гироскопа. Кривые этой корреляции закладываются в компьютерную программу, которая, подобно табличной «поправке на ветер» при артиллерийской стрельбе, автоматически исправит показания прибора, дав «поправку на температуру» в каждый дискретный момент.

Гироскопический прибор для космического аппарата «Фобос-Грунт»

Сам по себе метод известен, но не все готовы сделать на него основную ставку. Пестунов с коллегами сделали — и не прогадали. Все наземные испытания «бесплатформенный инерциальный блок» выдержал с честью. Заказчику — НПО имени Лавочкина — уже поставлено 16 таких приборов, полностью укомплектованы летные образцы. Если пуск по программе «Фобос-Грунт» состоится в этом году — новые российские бесплатформенные гироскопы выйдут на свою первую «надзорную» работу в космосе.

Основаны новые российские инерциальные системы на волоконно-оптических гироскопах и маятниковых прецизионных кварцевых акселерометрах, которые определяют угловые скорости и линейные ускорения. Эти данные по кабелю через интерфейс «Манчестер-2» передаются в центральный бортовой компьютер, который обрабатывает ее и управляет летящим объектом.

В основе работы волоконно-оптического гироскопа лежит так называемый эффект Саньяка — появление фазового сдвига встречных световых волн во вращающемся кольцевом интерферометре. Внутри таких гироскопов витками закручено около полукилометра оптического волокна толщиной до 100 микрон. Излучатель испускает из этого волокна свет, который с помощью оптического делителя разветвляет его на два противонаправленных луча. Эти лучи вращаются в противоположные стороны. Если основание, на котором они установлены, тоже начинает вращаться, то разница в прохождении лучей в инерциальном пространстве дает информацию об угле вращения летящего тела. Интерференционная картина измеряется фотоприемником.

В одной килограммовой коробочке, созданной группой А.Пестунова и умещающейся на ладони, находятся три таких гироскопа, в каждом из которых по три катушки с намотанным оптоволокном, по три излучателя фотоприемника акселерометра, а также обслуживающая аналого-цифровая аппаратура и вторичные источники питания — чтобы измерять вектор динамических параметров по трем пространственным осям координат: Х,Y, Z. Именно эти три заветные буквы и написаны на корпусе изделия.

Подобная конфигурация, равно как и сам принцип действия, придумана давно и отнюдь не в НПО ИТ. Первыми такие бесплатформенные системы стали применять американцы еще в программе полета на Луну «Апполон». Кстати, именно работа подобного прибора спасла экипаж в знаменитом роковом полете «Апполона-13». Бесплатформенная система была размещена на борту лунного модуля. Когда после аварии топливной батареи экипажу пришлось обесточить основной корабль и перейти в лунный модуль, то в режиме строжайшей экономии электроэнергии управлять его курсом оказалось возможным только благодаря тому, что новая система весила и потребляла существенно меньше, чем гиростабилизированные платформы перелетного модуля.

Но в разработке королёвцев есть интересное отличие от «исторических аналогов»: оси чувствительности трех гироскопов между собой ортогональны (расположены под углом 90°), а посадочная ось основания прибора диагональна к ним. Это сделано для повышения надежности.

Электронная база для приборов в рамках программы «Фобос-Грунт» — практически полностью зарубежная, а для задач, где она должна быть полностью отечественной, нам придется сильно изощряться, чтобы не потерять в весе и энергопотреблении.

Окупится ли в России серийный выпуск подобных гироскопических систем? Заказов на современные гироскопы именно в нашей космической отрасли сегодня, мягко говоря, немного. Несколько десятков или сотен приборов на ближайшие годы — это трудно назвать «рынком сбыта». Но есть перспективы использования этой техники для вполне земных нужд. Например, на диагностических железнодорожных вагонах — для определения качества железнодорожного полотна: наклона, сколов, трещин. Сейчас инерциальные системы стоят внутри вагонов и корректируются по спутнику, а информация о рельсах доходит с помощью специального датчика. Бесплатформенные приборы типа наших можно было бы установить на каждое колесо этих вагонов, обеспечив гораздо большую точность измерений. Правда, массового производства под эти задачи тоже не получится: диагностических поездов немного, а оснащаются оборудованием они надолго. И все же наверняка в стране существует еще немало хозяйственных и научных сфер, где требуются такие компактные и точные приборы, как у нас. Кстати, повсеместное применение их в космической технике само по себе может способствовать ее эволюции к малогабаритным и при этом надежным в управлении аппаратам. К тому же вряд ли стоит забывать и о другой стороне медали: эти разработки были, есть и будут стратегическими для нашей оборонной мощи.