СПбГУ в космической отрасли: от истории к современности
Космос — это не только область научных исследований и технологических свершений, расширяющих понимание Вселенной и Земли, но и пространство, где воплощаются в жизнь самые смелые мечты. Об этом заявили участники экспедиции МКС-71 на торжественной церемонии передачи флага СПбГУ, подписанного космонавтами на орбите в юбилейный год 300-летия Университета. Красивый ритуал стал возможен в эпоху покорения человеком мирового пространства.
Первый шаг к звездам 12 апреля 1961 года был бы невозможен без талантливых инженеров и ученых. В начале космической эры 50–60-х годов астрономы Санкт-Петербургского университета внесли значительный вклад в подготовку первых программ полетов. Выпускники Университета Всеволод Шаронов и Надежда Сытинская разработали теорию лунного грунта, опираясь на данные телескопических наблюдений и исследования оптических свойств образцов грунта, привезенных из разных уголков мира. Выяснилось, что поверхность спутника Земли твердая благодаря спеканию пыли из-за метеоритной бомбардировки. Так ученые установили возможность безопасной мягкой посадки на лунную поверхность, подтвержденную в 1966 году советским аппаратом «Луна-9».
Среди выпускников СПбГУ — конструктор космических двигателей Валентин Глушко, который участвовал в запуске первого спутника Земли, и физик Нинель Рогова, работавшая над технологией для первой мягкой посадки на Марс. Лингвисты Университета также сыграли важную роль в создании артикуляционных таблиц, благодаря которым инженеры смогли передать знаменитое сообщение Юрия Гагарина: «Пять минут — полет нормальный».
Во времена запусков первых космических аппаратов сотрудники Университета организовали большую программу по изучению движения этих объектов.
На крыше учебного здания оборудовали наблюдательный пункт, с которого велся регулярный визуальный и фотографический мониторинг искусственных спутников Земли начиная с 1957 года. В слежении принимали участие не только ученые и преподаватели, но и студенты, которые таким образом учились определять орбиты и проводить баллистические расчеты.
Заведующий кафедрой астрономии СПбГУ Сергей Петров
Астрономические наблюдения, начатые в Университете полвека назад, продолжаются и сейчас, при этом накопленные данные представляют интерес для всего научного сообщества. Сегодня ученые исследуют широкий спектр объектов (от планет и их лун до далеких галактик и квазаров), а также материи: межзвездный газ, пыль, плазму, магнитные поля, излучение и потоки частиц в разных диапазонах, от рентгеновского до радио.
СПбГУ и «Радар ММС» создают инновационную магистерскую программу по автономным системам мониторинга
Ежегодно ученые СПбГУ публикуют около 100 научных статей, многие из которых получают широкое признание как в нашей стране, так и за ее пределами. Среди десяти обладателей премии имени Ф. А. Цандера, которую РАН присуждает за выдающиеся теоретические работы в области ракетно-космической техники и науки, сразу трое представляют Университет.
Так, советский и российский ученый в области прикладной математики и вычислительной техники Святослав Лавров получил ее в 1996 году за монографию «Баллистика управляемых ракет». Специалист по небесной механике Елена Поляхова стала лауреатом в 2005 году за монографию о космическом полете с солнечным парусом. Доцент СПбГУ разработала теорию создания двигателя, который позволит без топлива перемещаться в пространстве с помощью солнечного ветра.
Первые космические аппараты с солнечным парусом были запущены в 2010 году, сейчас идет отработка уникальной технологии, предложенной сотрудницей Университета. В этом году Елене Николаевне исполнится 90 лет, она продолжает активно работать по сей день.
Заведующий кафедрой астрономии СПбГУ Сергей Петров
Профессор СПбГУ Алексей Тихонов, награжденный премией имени Ф. А. Цандера в 2020 году, сегодня руководит проектом, в рамках которого специалисты Университета ищут способы управления движением искусственных спутников Земли. Группа ученых СПбГУ впервые в мире установила стабилизирующее воздействие момента лоренцевых сил на вращательное движение космических аппаратов вокруг его центра масс.
Исследователи Университета разработали новые теоретические подходы для стабилизации сложных траекторий вращения спутников с антирадиационным экраном-щитом. Эти специальные режимы обеспечивают безопасное функционирование космических аппаратов, подверженных влиянию многих факторов. Предложенный метод одновременно защищает от радиации и дополняет системы управления, что будет эффективно для крупных космических кораблей и орбитальных станций.
Подробнее о разработке ученых Университета — в проекте «СПбГУ в деле».
В случае миссий по изучению небесных тел, подразумевающих посадку на их поверхность, возникают новые задачи, помимо преодоления пространства. Сотрудники Санкт-Петербургского университета создали программу и рассчитали с ее помощью параметры для безопасного приземления спускаемых аппаратов на Венеру, Марс и другие объекты с высоким содержанием углекислого газа в атмосфере. Универсальность инструмента позволяет изучать и программировать любые неравновесные процессы в газовых средах, в том числе на Земле.
Как рассказала Елена Кустова, один из авторов метода, заведующая кафедрой гидроаэромеханики СПбГУ, экспериментальные расчеты ведутся до сих пор. Так, новая модель, представленная в прошлом месяце, может детально анализировать структуру ударных волн в диоксиде углерода и его смесях с инертными газами. Учет колебательной релаксации, диффузии и других физических процессов повысил точность моделирования, необходимую для углубленного понимания процессов в атмосфере и при разработке новых технологий.
Для осуществления полета и приземления необходим самый главный элемент — космический аппарат. В 2024 году Санкт-Петербургский университет получил грант на создание наноспутника «CubeSat СПбГУ-300» для выполнения учебных исследовательских задач. В настоящий момент совместно с партнерами Университета компаниями «Геоскан» и «Радар ММС» ведется работа над изготовлением полезной нагрузки этого аппарата.
О других актуальных направлениях исследований околоземного космического пространства сотрудниками СПбГУ читайте в выпуске журнала «Санкт-Петербургский университет».
«CubeSat СПбГУ-300» будет оборудован прецезионным магнитометром для исследования магнитных полей и токов в ионосфере Земли, а также оптическим модулем для апробации методов оптической и квантовой коммуникации — одного из активно развивающихся высокотехнологичных направлений, связанных с передачей информации при помощи открытых оптических каналов связи.
Свои автографы на боковой панели будущего наноспутника поставили участники экспедиции МКС-71 Олег Кононенко, Николай Чуб и Александр Гребенкин в рамках торжественной церемонии возвращения в Университет флага, ранее подписанного на борту Международной космической станции.
Практикумы с использованием аппаратуры спутника пройдут в рамках Летней школы по физике СПбГУ с 26 мая по 7 июня.
«Помимо технических работ, мы трудимся над новыми методиками и учебными программами в области инженерного образования школьников и проектной деятельности. Планируем организовать факультативные курсы по таким направлениям, как основы космонавтики, разработка и эксплуатация малых спутников, квантовая связь, магнитосфера Земли и методы ее изучения», — рассказал заместитель директора Образовательного ресурсного центра по направлению «физика» Научного парка СПбГУ Алексей Смирнов.
За более чем три века своей истории Санкт-Петербургский государственный университет внес значительный вклад в развитие космической отрасли России и продолжает это делать. Так, в год празднования 300-летия СПбГУ малая планета в поясе астероидов получила название в честь Университета — Spbuni. Сегодня множество небесных тел названы в честь университетских астрономов, также их имена можно встретить на картах Луны и Марса.