Центральный научно-исследовательский
институт машиностроения
EN RU

СМИ об Институте

Максим Матюшин: «Наше завтра – это перспективные наукоемкие технологии»

02.02.2021

Центр управления полетами — сложнейшая структура, управляющая как пилотируемыми комплексами, так и автоматическими космическими аппаратами, а также Международной космической станцией — самым крупным объектом в космосе, построенным руками человека. От качественной работы специалистов на Земле зависит главное — жизнь и безопасность экипажа, а также сохранность станции.

О текущих и будущих проектах, о вызовах, кадровом обновлении и многом другом журналу Госкорпорации «Роскосмос» «Русский космос» рассказал начальник Центра управления полетами ЦНИИмаш (входит в состав Госкорпорации «Роскосмос») Максим Матюшин.

***

— Максим Михайлович, что сегодня представляет собой Центр управления полетами? Какие основные задачи он решает?

— Чтобы ответить на этот вопрос, надо вспомнить прошлое и представить развитие ракетно-космической отрасли в будущем. Тогда мы поймем, какой ЦУП сейчас и какие задачи будет решать в ближайшее время. В исторической ретроспективе отсюда осуществлялось управление всеми существующими типами космических аппаратов, и прежде всего пилотируемыми полетами. Начало этому было положено с программой «Союз — Аполлон». С тех пор управление полетами по пилотируемой программе Советского Союза и России ведется из ЦУПа ЦНИИмаш.

Из ЦУПа специалисты контролировали также полеты аппаратов в дальний космос, управляли полетами автоматических межпланетных станций к Венере, к комете Галлея, к Марсу и его спутнику Фобосу. ЦУП руководил управлением универсальной ракетно-космической транспортной системы «Энергия — Буран» и первыми пусками ракет-носителей с комплекса «Морской старт».

В настоящее время Центр обеспечивает управление полетами российского сегмента МКС, пилотируемых кораблей «Союз», грузовых кораблей «Прогресс», а также большей части автоматических космических аппаратов научного и социально-экономического назначения, летающих по гражданскому компоненту Программы космической деятельности России.

Именно в ЦУПе начались научные работы по созданию отечественной системы навигации, которая легла в основу ГЛОНАСС. Сейчас в ЦНИИмаш этой системой занимается отдельный научно-технический центр. Похожий путь проходит Автоматизированная система предупреждения об опасных ситуациях в околоземном космическом пространстве (АСПОС ОКП), для которой также создан отдельный научно-технический центр в ЦНИИмаш, но задумали ее ученые-баллистики Центра управления полетами.

Сегодня ЦУП — это развивающаяся сложная организационная и технологическая платформа, объединяющая задачи управления пилотируемыми комплексами, автоматическими космическими аппаратами и применения по целевому назначению наземных средств управления.

Кроме того, ЦУП является частью международной сети по управлению полетом Международной космической станции, самого крупного космического объекта, когда-либо созданного человечеством. Изначально комплекс управления МКС задумывался как сетевая распределенная система, звенья которой находятся по всему земному шару: это и Соединенные Штаты, и Европа, и Япония, и Канада. В России таким звеном является ЦУП ЦНИИмаш. Участие в этой международной программе обязывает Центр соответствовать самым высоким мировым стандартам, и мы просто вынуждены занимать лидирующие позиции в данной области.

Возьмем для примера цифровизацию. В обществе широко обсуждаются возможные пути этого процесса, а в ЦУПе он практически уже реализован. Сегодня управление полетом любого космического аппарата, получение телеметрических данных — это цифровые технологии. В ходе планирования и реализации операций по управлению полетом специалисты на Земле имеют дело только с «цифровым портретом», «цифровым двойником» космического аппарата. Сейчас в ЦУПе голосовая и телевизионная связь с космонавтами и внутренняя связь с сотрудниками полностью цифровые. Весь наш цифровой блок защищен системой обеспечения безопасности информации в соответствии с российскими и международными стандартами. Мы используем перспективные разработки для хранения и обработки больших данных. Все это позволит ЦУПу в ближайшей перспективе работать без риска технологического отставания.

Говоря о будущем, следует учитывать обще­мировые тенденции в освоении космического пространства. Мировая космонавтика находится в точке выбора дальнейшего вектора развития, но уже виден ряд устойчивых трендов.

Первый — это наращивание усилий по исследованию и освоению дальнего космоса, прежде всего Луны, Марса, Венеры. Особенности управления полетом аппаратов дальнего космоса, такие как задержка в линиях связи, возможные перерывы в сеансах связи, невозможность быстрого возвращения экипажа на Землю, будут накладывать ограничения и предъявлять требования как к бортовому контуру управления, так и к Центру управления. В отношении перспективных аппаратов дальнего космоса, особенно пилотируемых, акцент будет смещаться от непосредственного управления космическим аппаратом к переработке больших объемов данных и выработке на этой основе рекомендаций, прогнозов, планов распоряжения ресурсами.

Другой тренд — это продолжение освоения околоземного космического пространства, но в условиях качественных изменений. Я говорю о создании так называемых многоспутниковых систем, состоящих из сотен и тысяч аппаратов, и об управлении их полетом в условиях значительного засорения околоземного космического пространства. Все это вызовет серьезные изменения в способах управления полетом и потребует создания общепланетарной распределенной организации движения.

Невозможно создать для тысяч космических аппаратов тысячи центров управления, поэтому сегодня активно прорабатываются вопросы создания новых, более совершенных, систем управления, в том числе с использованием искусственного интеллекта. Очевидно, что никакая, даже самая совершенная, вычислительная машина не заменит человека при выработке целей существования человеческого общества, в вопросах генерации и обсуждения новых идей, не займет место ученых и научного сообщества. Тем не менее значительная часть работы операторов, специалистов по оперативному управлению в будущем будет отдана автоматизированным программно-техническим комплексам с искусственным интеллектом.

Уже сейчас мы идем по пути создания и внедрения технологий работы с большими объемами данных и элементами искусственного интеллекта. Это, например, и системы управления ресурсами, построенные на основе мультиагентного подхода, и системы анализа данных с использованием нейросетевых технологий, и системы интеграции разнородных данных. В целом, думаю, наше «завтра» — это перспективные наукоемкие технологии, выраженные в распределенной системе программно-технических средств, отвечающие запросам общества в части освоения космического пространства.

— Расскажите подробнее о системе «Луч». Позволит ли она снизить нашу зависимость от американских коллег в вопросе связи экипажа МКС с Землей?

— Система «Луч» (включает три спутника-­ретранслятора на геостационарной орбите. — Ред.) активно работает и используется для управления пилотируемыми кораблями «Союз» и грузовыми «Прогрессами». Она позволяет во время автономного полета этих аппаратов полностью отслеживать процессы на борту, получать телеметрию и выдавать команды с Земли. Данная система существенно повышает эффективность управления, что особенно важно при реализации быстрых схем полета, освоенных относительно недавно.

Наличие собственного национального широкополосного канала связи необходимо не только для обеспечения постоянной теле- и аудиосвязи, приема телеметрии, выдачи команд на борт российского сегмента МКС, но и для получения с борта станции большого потока научной информации.

Одна из основных задач полета МКС — проведение научных экспериментов на борту станции. И вполне естественно, что ученые, постановщики этих экспериментов, хотят получать данные сразу, а не через полгода, когда экипаж вернется на Землю. В США и Европе, например, реализован прямой доступ ученых из различных западных университетов на борт станции с помощью специальной системы, в которой одну из основных ролей играют существующие широкополосные каналы связи с МКС.

Специалисты NASA пошли дальше: они публикуют большое количество данных о процессах в космосе, полученных с МКС, в виде объемной цифровой информации и периодически ее обновляют. И получается, что для многих ученых нет нужды специально заказывать эксперимент на борту МКС, поскольку определенные научные данные уже имеются.

Возвращаясь к системе «Луч»: сейчас под руководством РКК «Энергия» как головной организации-разработчика российский сегмент МКС дооснащается необходимой аппаратурой, проводятся плановые испытания. Как только будет завершен процесс отладки, у нас появится свой широкополосный цифровой канал связи.

— Вы затронули тему космического мусора. Как часто приходится уклоняться от таких потенциальных угроз и какова вероятность, что в будущем они возрастут?

— Проблема полета космических аппаратов на околоземной орбите в условиях угрозы столкновения с космическим мусором действительно существует. Очевидно, что и в ближайшем будущем она останется актуальной, особенно с учетом развития многоспутниковых систем.

Для МКС разработана специальная процедура по уклонению от космического мусора. Она включает оценку траекторий полета станции и космического мусора, расчет вероятности возможного столкновения и, если эта величина превышает определенные пороговые значения, планирование и реализацию маневра уклонения. В основе этой процедуры лежат сложные баллистические расчеты, которые начинаются за несколько суток до предполагаемого сближения и ведутся вплоть до разрешения ситуации тем или иным образом. В расчетах учитываются и особенности орбитального движения космического мусора, имеющего иногда очень непростые характеристики, и ограничения средств наблюдения за таким мусором, и требования к построению маневра МКС таким образом, чтобы в новой точке исключалась угроза столкновения с новым объектом. Наши баллистики хорошо справляются с этими задачами.

Ну и, конечно, любой внеплановый маневр МКС является довольно затратным мероприятием: это и изменение плана полета, и нарушение планового профиля орбиты, и затраты дорогостоящего топлива. Но жизнь экипажа несоизмеримо дороже, поэтому процедура уклонения периодически выполняется.

— Решение о проведении маневра принимается коллегиально партнерами по программе МКС?

— Любое решение по управлению полетом МКС принимается коллегиально ЦУПами всех международных партнеров

— Как маневр по уклонению реализуется технически? Команда на включение двигателей поступает с Земли?

Разрабатывается план полета с учетом маневра уклонения от космического мусора. На основе этого плана формируется программа управления, представляющая собой связанный набор алгоритмов для бортовой вычислительной системы. Эта программа загружается в ходе сеанса связи с МКС, а дальше бортовая вычислительная система реализует действия по маневру под контролем специалистов ЦУПа.

В ходе функционирования станции мы, естественно, набираемся опыта, который позволяет повышать эффективность процессов управления полетом путем доработки бортового и наземного контуров управления. Так, если несколько лет назад для уклонения от мусора закладывалась довольно объемная бортовая программа, то сейчас алгоритмы доработаны и большая часть команд уже находится на борту. Поэтому есть возможность в стандартных ситуациях передавать с Земли на борт МКС ограниченное число управляющих воздействий, которых вполне достаточно для реализации стандартного алгоритма уклонения.

— Учитывая проблему заселенности и замусоренности околоземного пространства, усложнила ли система Starlink работу по управлению полетом МКС?

— Это станет понятно только со временем — после полного развертывания системы. Но, думаю, рано или поздно произойдет перенасыщение околоземных орбит функционирующими аппаратами и космическим мусором, что в корне поменяет «правила игры», то есть произойдет переход количества в качество. К этому переходу необходимо готовиться уже сегодня, создавая предпосылки к формированию планетарной системы организации космического движения.

— Вы упомянули искусственный интеллект, усложнение программ и систем. Соответствует ли сегодня техническая часть, «железо», предъявляемым требованиям? Какое новое оборудование необходимо ЦУПу?

— Хотим мы этого или нет, но ЦУП, являясь и одной из ключевых точек в отечественной космической программе, и частью международной сети исследования космического пространства, просто вынужден идти в ногу с техническим прогрессом, и даже на шаг впереди — там, где это получается. По-другому нельзя.

И здесь, конечно, надо сказать спасибо Гос­корпорации «Роскосмос»: мы всегда находим понимание и живой отклик руководства на наши новые идеи и предложения. Все наши нужды по техническому перевооружению, по обеспечению вычислительной техникой, по приобретению оборудования удовлетворяются в рамках действующих научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. У нас создан современный центр обработки данных с мощными линиями обмена информацией. Это, собственно, и позволяет говорить о возможности реализовать новые методы сбора, хранения, обработки и анализа информации, в том числе с элементами искусственного интеллекта. В ЦУПе создана и развивается серьезная вычислительная платформа.

— Есть ли проблемы с импортозамещением? И как они решаются?

— Мы внимательно следим за новыми отечественными разработками в области систем управления и вычислительных систем, периодически проводим в ЦУПе открытое обсуждение тех или иных технологий. И там, где можно заменить импортное оборудование на новое отечественное, мы это, естественно, делаем. Но особенность нашего Центра в том, что мы работаем по международным программам, которые включают определенные требования, поэтому и иностранной техники у нас немало.

Если говорить о программном обеспечении, учитывая специфические задачи ЦУПа, то в основном программы написаны либо сотрудниками ЦУПа, либо на предприятиях контура Рос­космоса. Во всем мире при управлении полетом уникальных космических аппаратов используется аналогичный подход.

— Если зайти в ЦУП, складывается впечатление, что тут работает немало молодежи...

— К счастью, за последние несколько лет удалось переломить тенденцию старения коллектива: большинство ведущих разработчиков и руководителей у нас довольно в молодом возрасте. Тем не менее проблема преемственности поколений существует. У нас есть подразделения, где одна половина сотрудников старше 65 лет, а вторая — до 30 лет. Мы уделяем большое внимание преемственности и передаче опыта и знаний опытнейшими специалистами мирового уровня начинающим сотрудникам. Молодые специалисты, пришедшие в ЦУП, — профессионально грамотные, активные люди, которые способны перенимать этот опыт и преумножать его. В привлечении молодежи в ЦУП большую помощь оказывает Госкорпорация «Рос­космос», предоставляя возможность платить достойную зарплату молодым сотрудникам.

Данные меры помогли сохранить две имеющиеся в ЦУПе научные школы мирового уровня: баллистико-навигационного обеспечения и обработки телеметрической информации. Ученые, представители этих школ, в прошлом были авторами уникальных разработок, членами отечественной и иностранных академий наук, лауреатами государственных премий. К счастью, удалось что-то сохранить, что-то восстановить, и сейчас в рамках этих школ работают молодые ученые, аспиранты, которые развиваются под патронажем опытных именитых наставников. Это и позволяет ЦУПу быть в числе лидеров и по космической баллистике, и по обработке телеметрической информации.

— Участники и свидетели программы «Союз — Аполлон» еще работают в ЦУПе? Или уже ушли в силу возраста?

— Конечно, большинство уже на пенсии. Но среди наших ученых есть отдельные специалисты, которые имеют силы и желание еще потрудиться. Очень важно для молодых ребят ежедневно иметь возможность общения с легендами освоения космоса. Это наглядно показывает молодым ученым и инженерам, что нерешаемых задач практически не существует. С этой же целью несколько лет подряд в ЦУПе еженедельно проводились лекции, в которых участвовали и молодые специалисты, и приглашались ветераны Центра, ушедшие на пенсию. Живое общение, передача знаний, что называется, «из уст в уста» — это очень важно для создания прочного фундамента дальнейшего развития.

— Какие вузы готовят для вас кадры?

— В основном это ведущие инженерные вузы страны: Московский авиационный институт, МГТУ имени Н. Э. Баумана, в том числе Мытищинский филиал, Инженерная академия РУДН. Там, где требуются математические расчеты, приходят ребята после МГУ, МИФИ, МФТИ.

— Мир переживает пандемию коронавируса. Как работал ЦУП весной, когда вводились максимальные ограничения? Не пришлось ли управлять станцией «из дома», грубо говоря?

— Нет, специалисты станцией из дома не управляли. Совместно с Роскосмосом приняли решение о значительном ограничении посещений Центра управления полетами, эти правила действуют и сейчас. Были отменены экскурсии. Популяризация космонавтики — дело очень важное, но здоровье людей, конечно, превыше всего. В настоящее время готовим онлайн-экскурсии по ЦУПу.

Были введены ограничения на посещение ЦУПа специалистами инженерной поддержки, разработчиками бортовых систем МКС и автоматических космических аппаратов. Работа с ними переведена в режим конференцсвязи.

В пик пандемии на работу ходили оперативная смена и очень небольшое число сотрудников. Для остальных были организованы удаленные рабочие места.

— Какую наиболее интересную задачу, по вашей оценке, в последние пять-десять лет приходилось решать ЦУПу?

— Это, безусловно, сохранение коллектива. ЦУП решал и продолжает решать много сложных и важных задач: сейчас начались разработки в рамках лунной программы, и есть интереснейшие идеи и результаты по окололунной навигации; рассматриваются перспективные вопросы построения и выработки технологий управления многоспутниковыми системами, в том числе с исполь­зованием методов самоорганизации; внедряется искусственный интеллект, системы обработки больших массивов данных и т. д.

Но все это меркнет перед задачей по сохранению и преумножению бесценных знаний и опыта, как сейчас модно говорить, компетенций ученых и инженеров, работающих в Центре. И могу с уверенностью сказать, что она у нас успешно решается. Ведь самое главное — это люди, специалисты, способные справляться с возникающими проблемами быстро и качественно. Это самая важная, сложная и самая интересная задача, для урегулирования которой мы прикладываем большие усилия.

https://www.roscosmos.ru/29837/