Невесомость по-сколковски

Студент Открытого университета Сколково научил беспилотники выполнять параболу Кеплера.

Томас Эдисон как-то сказал, что для изобретения нужно лишь хорошее воображение и куча хлама. Поскольку современные средства коммуникации позволяют обесценить любую идею, обнародовав на весь мир, а предприимчивые конкуренты всегда готовы присвоить ее себе и кинуться наперегонки реализовывать, цена идей возросла невероятно. Наиболее разумные инвесторы предпочитают платить за идею «в зародыше».

Университет Сингулярности (Singularity University, SU) в Кремниевой долине, США, – как раз то самое место, куда приезжают молодые люди со всего мира, чтобы поучаствовать в своеобразной лотерее по созданию проектов. Университет предоставляет им площадку с некими условиями игры. Сюда же направляют свои стопы бизнесмены, готовые в любую секунду потратить средства на создание фирмы по реализации идеи, если им покажется, что она того стоит.

Популярность программы SU такова, что даже притом, что претенденты готовы выложить 25 тысяч долларов за 10 недель пребывания в университете, конкурс среди них составляет 40 человек на место.

Открытый университет Сколково (ОтУС) при финансовой поддержке Фонда «Сколково» уже второй год посылает на обучение по этой программе победителей конкурса «Моя идея для России». Мы рассказывали о первом проекте, рожденном в 2011 году в недрах Кремниевой долины группой молодых инноваторов, в составе которой был и российский молодой ученый Сергей Мусиенко. Идея его проекта – объединить людей в социальных сетях в группы по принципу общности генома. И надо отметить, что данный проект вызвал горячее обсуждение на форуме www.nkj.ru.

В этом году посчастливилось поучаствовать в программе, называемой Graduate Studies Program, GSP12, Ярославу Меньшенину – победителю конкурса «Моя идея для России 2012», который ОтУС и SU провели среди студентов старших курсов вузов и аспирантов. Ярослав Меньшенин – выпускник МИСиС по специальности «физика металлов», работает в Сколковском институте науки и технологий и учится в Открытом университете Сколково.

Поскольку весь мир сейчас с особым интересом следит за новыми космическими разработками, конечно, многие участники программы GSP12, в их числе и Ярослав Меньшенин, старались придумать такой проект, который в той или иной степени был бы связан с космическими технологиями.

– Ярослав, насколько популярна космическая тема в Америке? Вы были в одном из исследовательских центров НАСА как раз в тот самый момент, когда на поверхность Красной планеты был спущен марсоход Curiosity. Как праздновали это событие?

– Тема космоса очень популярна в США. Работа по космическим проектам или в космической отрасли уважаема, и каждый студент, специалист, профессионал, даже если он занимается другой областью науки или предпринимательства, все равно старается найти приложения для своего проекта в космической сфере. Тема космоса на слуху каждый день: новые разработки, идеи колонизации Луны, идеи освоения новых планет не кажутся заоблачными. Наоборот, возникает уверенность, что это нужно сделать, и это будет сделано.

Когда была высадка Curiosity на Марс, за несколько дней до этого события на YouTube появился очень популярный, почти голливудский трейлер «Семь минут террора». Про то, как Curiosity будет садиться на Марс. Про то, что будет семь минут ожидания сигнала с аппарата, семь минут, в течение которых человечество не будет знать об успешности операции – совершил он посадку или разбился, и что произошло. И это было подано как захватывающее видео с нагнетающей обстановкой.

Мы жили на территории одного из самых больших исследовательских центров НАСА (всего их одиннадцать) – Центра Эймса. Он находится в самом сердце Кремниевой долины, в получасе езды от Сан-Франциско. Так вот, в тот день на поле поставили два огромных экрана, транслирующих научно-популярные видео о марсоходе, о том, какие опасности его поджидают, какие системы и как работают. Трансляция началась в 16.00 и продолжалась после 22.32, когда марсоход совершил посадку. Все это время прибывали новые зрители – в общей сложности более 6 тысяч человек. Я думаю, самый малый процент из них имеет отношение к космической деятельности непосредственно. Люди аплодировали, обнимались, выражали радость. Было воскресенье. Мы понимали, что в понедельник каждый поедет на работу и расскажет об этом зрелище.

– На марсоходе установлено российское оборудование. Вы знаете о том, что это за оборудование и какие исследования на нем будут выполнены?

– Я слышал, что часть установленного на Curiosity оборудования – российского производства, но подробностей не знаю. Кстати, хотел бы отметить, что в США налогоплательщики внимательно следят за тем, куда идут деньги. Поэтому в NASA заинтересованы в том, чтоб люди это понимали, и посредством таких трансляций отчитываются перед своими налогоплательщиками.

– Теперь расскажите о той программе, в которой Вы принимали участие. Как все происходило?

– Эта очень динамичная программа рассчитана на 10 недель. Аббревиатуру SU иногда расшифровывают как Sleepless University, поскольку спать приходится совсем мало – ранний подъем и занятия до поздней ночи. На занятия уходит все время. Непривычно, насколько много общения – в автобусе по дороге в компании и научные центры, по электронной почте.

Первые четыре недели уходят на знакомство с другими участниками, преподавателями. В этот период читают лекции, рассказывают об идеологии Университета Сингулярности – идее экспоненциального развития технологий.

Лекторы – профессионалы в своих областях. Но из них гораздо меньше половины являются сотрудниками SU, большинство приглашенных спикеров – предприниматели. Кстати, средний возраст самих участников программы – 31 год.

Людям дают возможность оглядеться, «притереться» в неформальном общении, поскольку все знают, что должны будут сделать выбор – создать команду.

Наша команда сформировалась, когда мы поздним вечером поехали посмотреть на Стэндфордский университет, куда недавно поступил один из участников GSP12. И, сидя в кафе, мы приняли решение, что будем в одной команде.

Всего нас было пятеро – инженер по аэрокосмическому направлению из Индии, инженер-электронщик из Чили, два человека из Мексики (один из них специалист по телекоммуникациям, другой – архитектор) и я.

– Кто стал лидером?

– Применительно к десятинедельной программе Singularity University правильнее ввести понятие «кто за что отвечал». Команда состояла из людей различных национальностей и культур, поэтому у всех было внутреннее понимание, что «перетягивание одеяла» деструктивно повлияет на развитие проекта. Мне лично больше всего нравилось работать с потенциальными инвесторами и людьми, принимающими решения – выходить с ними на связь, проводить переговоры и консультации.

– За основу был взят проект одного из участников программы?

– Каждый приехал со своим проектом. Но мне не известно ни одного примера, когда развитие получил именно тот проект, с которым человек приехал. В течение первых недель мы рассматривали мир с точки зрения глобальных процессов, нашей задачей было переключиться на поиск проектов, которые могут воздействовать на жизнь миллиардов людей.

Наш проект родился в результате мозгового штурма. В течение десяти дней мы не только обсуждали идею между собой, но и приглашали экспертов. Был назначен срок, к которому нужно было максимально кратко ее сформулировать. Мы старались сформулировать как можно быстрее, поскольку поставили себе задачу создать компанию, а не просто выполнить программу. Поэтому мы были заинтересованы как можно больше времени оставить на развитие проекта, создание прототипа, общение с инвесторами.

Для работы над проектом каждой команде предоставили офисные помещения, где мы собирались после занятий. Последние две недели все наше время целиком уходило на работу над проектом. Лишь по вечерам, с восьми до десяти, были лекции, после которых мы снова устраивали встречи, обсуждения и работу с прототипом.

Следует сказать, что за время пребывания в Кремниевой долине мы посетили много высокотехнологичных компаний, поучаствовали в многочисленных рабочих встречах.

– Расскажите о самой идее вашего проекта.

– Идея такова – использовать беспилотный летательный аппарат для создания состояния невесомости. Область применения – испытания различных образцов новых материалов, биологических объектов. Это позволило бы удешевить стоимость такого рода исследований, которые проводят в космосе, на космических аппаратах. И для этого не надо отправлять образцы и объекты в космос. Чуть позже, по совету экспертов и предпринимателей, мы расширили область применения нашего аппарата, включив и работу «Дронов» в сельском хозяйстве, и в нефтегазовой отрасли, и в государственных службах, занимающихся предсказанием стихийных бедствий и борьбой с ними.

– По сути – это летающая микрогравитационная лаборатория. Кому-нибудь до вас приходила в голову такая идея?

Следует сказать, что Питер Диамандис, один из основателей SU, является сооснователем компании Gozerog (каждый желающий может ознакомиться с этим проектом на сайте www.gozerog.com), которая зарабатывает деньги, предоставляя людям возможность испытать состояние невесомости в самолете. Для этого самолет делает параболу, набирая определенную скорость и высоту под определенным углом, спускается, опять-таки под определенным углом, и примерно в течение 25–30 секунд люди испытывают состояние невесомости. В течение одного полета самолет может сделать несколько таких парабол.

* * *

Здесь сделаем лирическое отступление, пояснив читателю, что состояние невесомости, называемое также микрогравитацией, нулевой перегрузкой, было известно уже первым пилотам, поднявшимся в небо на первых летательных аппаратах. Часто эти знания были драматичны, поскольку пике – это не всегда фигура пилотажа, но и роковая неизбежность.

При микрогравитации ускорение свободного падения g, формируемое под воздействием гравитационного притяжения планеты, становится бесконечно малым или равным нулю. (Значение ускорения свободного падения у поверхности Земли считают равным 9,8 м/с².) Такое состояние впервые описал Альберт Эйнштейн в начале 1900-х годов в одном из своих «мысленных экспериментов»: если поместить незакрепленный объект в герметически закрытый лифт, находящийся в свободном падении, то его вес в момент падения будет нулевым, поскольку будет скомпенсирован силой тяжести, возникающей при падении самого лифта.

Это открытие активно используют для изучения невесомости. Например, в Германии, в 146-метровой башне лаборатории Центра исследований микрогравитации Бременского университета.

Во Франции микрогравитацию создают в широкофюзеляжных самолетах-лабораториях А-300 с середины 1980-х годов, в России – в прежние времена для этих целей использовали Ил-76МКД. Основной принцип выполнения «параболы Кеплера»: самолет набирает высоту 6000 м и из горизонтальной траектории с ускорением под углом 45 градусов взмывает вверх на полной тяге двигателей. При этом возникает перегрузка примерно в 2g, но длится она недолго, около 15 секунд. На высоте 9000 м полностью убирают тягу двигателей, и самолет летит по инерции. Это – верхняя точка «параболы Кеплера», с которой начинается невесомость. Затем самолет начинает резкое снижение на максимальной тяге двигателей под тем же углом, что и в начале выполнения маневра. Состояние невесомости длится примерно 25 секунд. За один рейс самолет способен сделать 10–20 таких «парабол». Экипаж, как правило, должен быть хорошо укомплектован, поскольку такие перегрузки могут сказаться на способности управлять самолетом. Поэтому на борту всегда есть вторая группа пилотов, готовых принять управление самолетом.

Эксперименты в условиях невесомости действительно важны для науки. Например, можно изучать свойства жидкостей и газов, на которые не воздействует «гравитационный колодец» Земли. На борту Ил-76МКД в условиях микрогравитации выполнял тренировки, исследовал свойства биологических объектов Олег Юрьевич Атьков – лётчик-космонавт, врач, Герой Советского Союза, ныне вице-президент ОАО «РЖД» по здравоохранению и работе с общественными организациями. Поэтому идея научить беспилотник выполнять «параболу Кеплера» с научными образцами на борту не кажется лишенной логики и здравого смысла.

* * *

– А теперь расскажите о материальном воплощении идеи. Как вы учили беспилотники выполнять параболу?

– В качестве прототипа мы взяли обычный радиоуправляемый самолет (их можно приобрести в специализированных магазинах). У нас был определенный бюджет на реализацию проекта, и мы его использовали для покупки таких самолетов и оборудования. Мы их разбивали, ремонтировали по ночам и потом снова разбивали, пока не научили летать так, как нужно нам. Было сделано несчетное количество выездов на летные поля на территории Центра Эймса НАСА, чтобы провести испытания. У нас было много таких самолетов, мы ставили на них регистратор для определения параметров полета.

Мы использовали программу, которая позволила в режиме реального времени оценивать параметры самолета, насколько стабильно он себя ведет, насколько достигается состояние невесомости. Нам удалось продержаться на отметке 0,078g в течение 1 секунды. Для начала это неплохо.

Засняли видео и с самолета, и с земли; «подловили» момент, сделали кадры параболы, и они вошли в нашу презентацию (http://vimeo.com/47750064). Мы применяли для съемки и инфракрасную камеру. Она стоит очень дорого, поэтому разместили ее на самолете только тогда, когда приноровились к «полетам». Также мы установили камеру, снимающую в HD-формате, на фронтальную часть самолета. Надев специальные очки, в режиме реального времени мы могли просматривать видео с этой камеры. Можно было почувствовать себя в роли пилота.

– Кстати, насколько в США распространены любительские запуски самолетов-беспилотников, и есть ли законодательство, регламентирующее такие запуски?

– Могу сказать, когда мы приезжали на разные поля, мы видели большое количество любителей, которые используют «Дроны», летающие на высоких скоростях. Для этого летательный аппарат не нужно регистрировать, нужно просто использовать его на определенных полях. Ожидается, что в мае 2013 года в США будут приняты законы, официально разрешающие полеты беспилотников. В конце сентября выйдет ряд документов, касающихся этого вопроса, и ожидается стремительное развитие компаний, которые будут работать в данной области.

– То есть любой гражданин сможет купить себе беспилотник и отправить его куда вздумается?

– Будет какое-то ограничение, но, как ожидается, оно будет достаточно небольшим, что позволит вести бизнес.

– Есть ли понимание, что если психически неустойчивый человек захочет запустить такой самолет, ему никто не помешает?

– Никто не помешает…

– Видели ли вы «Дроны», и каково отношение к этим самолетам в американском обществе?

– Мы устраивали специальные тесты аналогов беспилотников, управляемых профессионалами. Это относительно большие по размерам самолеты, достигающие нескольких метров в длину и ширину.
Что касается восприятия слова «беспилотник», оно, в основном, негативное, как в России, так и в США. О них обычно думают как о военных технических средствах, в том числе для наблюдения за территориями. Отчасти это так, но если говорить о предпринимательской сфере, то «Дроны» позволяют многое. Например, в сельском хозяйстве. Мы моделировали ситуацию, когда фермеру нужно отследить своих животных на поле и определить, что не хватает, скажем, трех коров. К нашему проекту присоединилась команда, разрабатывающая программное обеспечение. Они создали ПО для обработки видеоинформации, позволяющее в автоматическом режиме пересчитывать объекты, зафиксированные камерами «Дронов». Ведь если таких объектов много, скажем, 100 полей, то человек не сможет сам справиться с подсчетами коров на них.

В качестве примера мне вспоминается курс металлографии, который нам преподавали в МИСиС. На практических занятиях мы использовали программу Image Expect Pro для обработки изображений образцов. Это очень сложная программа, если можно создать такую программу для анализа и подсчета микрообъектов, то уж для коров – не стоит труда.

– Спасибо, Ярослав, за интересный рассказ «с места событий». И последний вопрос – практический выход. Удалось ли найти инвесторов? Как Вы оцениваете результаты с такой точки зрения?

– Мы продолжаем взаимодействовать по проекту и всегда на связи друг с другом. Конечно, важно сгенерировать идею, но гораздо важнее – найти предпринимателей, готовых инвестировать в проект. Мы обсуждали свою идею с бизнесменами Кремниевой долины, в том числе с теми, кто реализует проекты в космической сфере, некоторых из них наш проект заинтересовал, и мы продолжаем общение с этими предпринимателями.

На фото:

1. Беспилотник.

2. Участники проекта с основателем фонда X PRIZE Питером Диамандисом (в центре).

3. Ярослав Меньшенин (слева) с Президентом и CEO Virgin Galactic Джорджем Уайтсайдесом.