Космос и беларусь: история и современность

в рамках разрабатываемых ИКИ РАН проектов «Странник», «Лу-на-Ресурс-1», «ИнтерГелио-Зонд».

В планах Института космических исследований РАН - изучение межпланетной плазмы и плазмы в окрестности различных планет, в том числе с применением датчиков - интегральных цилиндров Фарадея, аналогичных используемым в приборах типа БМСВ. Среди перспективных проектов - эксперименты на спутнике Луны, долговременный полет в сторону Юпитера, полет космического аппарата в сравнительно близкую окрестность Солнца (до расстояний, в 10 раз меньших 1 А.Е.). Параллельно предполагается исследование плазмы в близкой окрестности Венеры, Европы (спутника Юпитера), Луны. Эксперименты планируется проводить с использованием блока датчиков, основу которых будут составлять селектирующие элементы в виде прецизионных сеток различных конфигураций с высокой степенью прозрачности (более 90%), изготовленных из наноструктури-рованных материалов в едином оптимизированном технологическом цикле, что обеспечивает надежность работы аппаратуры в условиях космоса. СИ

See: http://innosfera.by/ 2016/04/selects_elements

Николай Мухуров,

завлабораторией микроэлектроники, механики и сенсорики ГНПО «Оптика, оптоэлектроника и лазерная техника» НАН Беларуси, доктор технических наук, профессор

Литература

1. Застенкер Т.Н. Быстрые измерения параметров солнечного ветра с помощью прибора БМСВ / Т.Н. Застенкер, Я. Шафранкова, З. Немечек [и др.] // Космические исследования. 2013. Т. 51, №2. С. 88-99.

2. Застенкер Т.Н. Быстрые вариации величины и направления потока ионов солнечного ветра/Т.Н. Застенкер, В.В. Храпченков, И.В. Колоскова [и др.] // Космические исследования. 2015. Т. 53, №1. С. 63-74.

3. Москалев В.А., Шестаков В.Т. Контроль и измерение параметров пучков заряженных частиц.- М., 1973.

Космос и Беларусь:

история

и современность

Фото Юрия ИВАНОВА

Создать и содержать космическую инфраструктуру - космодромы, специальные наземные и мобильные морские станции слежения, центры связи и многое другое, включая систему подготовки специалистов, - по силам только «богатым», индустриально развитым державам. Но в эпоху глобализации данной тематикой в той или иной степени занимаются сотни государств. Беларусь с недавнего времени также вошла в «космический клуб». О том, что позволило нашей стране стать его полноправным членом, рассказывает заместитель директора по науке и перспективному маркетингу научно-технического центра «Белмикросистемы» ОАО «Интеграл», член-корреспондент НАН Беларуси, лауреат Государственной премии Республики Беларусь Анатолий БЕЛОУС.

Прежде чем говорить о космической тематике, о месте Беларуси в этой наукоемкой отрасли, о перспективах ее развития, необходимо сделать краткий экскурс в историю вопроса, поскольку она весьма поучительна и некоторые тенденции ее развития можно экстраполировать и на другие отечественные наукоемкие сферы. Началось все в те времена, когда СССР включился в «гонку» с США в деле освоения космоса. Тогда на первом месте были не научные интересы, а задачи, направленные на обеспечение национальной безопасности в условиях «холодной войны». И прежде всего - создание так называемого «ядерного щита» СССР, или «оружия сдерживания».

Фактическим же вхождением нашей республики в космическую тематику, на мой взгляд, явилось совещание у секретаря ЦК КПСС Д.Ф. Устинова, впоследствии Министра обороны СССР, по вопросу разработки специальной полупроводниковой элементной базы для бортовых систем управления ракетно-космической техникой. Дело в том, что обычные транзисторы и микросхемы нельзя было использовать в главном элементе ракет и спутников в силу их низкой надежности и невозможности работы в условиях открытого космического пространства и поражающих факторов ядерного взрыва. Такой

базой на период 60-х гг. прошлого века Советский Союз не располагал. Поэтому Министерство электронной промышленности СССР в начале 80-х гг. XX века поставило задачу разработать радиационно стойкую электронную компонентную базу. Эти работы было поручено вести Воронежскому заводу полупроводников и Минскому заводу им. Ф.Э. Дзержинского - первому предприятию, вошедшему в 1971 г. в состав создаваемого тогда объединения «Интеграл». Уже в 1979 г. на вооружение были приняты ракетные комплексы Р36М (15А18) и УР-100Н (15А35) с бортовыми системами управления на их интегральных микросхемах. Это были бортовые компьютеры М4М, М6, М6"^ которые использовались в первой советской крылатой ракете «Метеорит», в исследовательских модулях «Квант», «Природа» и других, летавших в связке с легендарной станцией «Мир», а затем в составе системы управления блоков «А» ракеты-носителя «Энергия», а также функционально-грузового блока первого сегмента международной космической станции. Кстати, за «Энергию» ПО «Интеграл» получило первую правительственную награду - орден Октябрьской революции.

Далее по инициативе генерального директора объединения П.П. Гайденко была разработана и освоена серия уже больших интегральных схем - БИС, на основе которых создавались бортовые ЭВМ второго поколения М6 и М6М. Они были поставлены на борт до сих пор самой мощной в мире ракеты Р-36 М2, или 88-18, - «Сатана», как назвали ее американцы.

Бортовые ЭВМ, по-современному бортовые компьютеры, успешно использовались для других ракетно-космических систем. Например, под шифром 15Л579 - в модернизированных

ракетных комплексах ПВО, в том числе в системе управления боевой ракетой Р-36М2 и в электронных блоках Ц01, А07 космического комплекса «Энергия-Буран». За участие в создании этого уникального комплекса «Интеграл» получил орден Ленина.

- Белорусские ученые «засветились» в самых разных направлениях обширной космической тематики, среди них уроженец Новогрудка Б.В. Кит, автор первого в мире учебника по ракетным топливам, вышедшего в 1960 г. в США. Есть и другие исследователи, которые внесли вклад в мировую космическую копилку.

- Отечественные ученые немало сделали для освоения космоса. Так, в начале 1960-х в Академии наук БССР проводился цикл исследований параметров «плазменной оболочки», образующейся при входе космического аппарата в плотные слои атмосферы. За разработку активных и пассивных методов диагностики плазмы в лабораторных

и естественных условиях в 1974 г. физики В.С. Бураков, Л.К. Киси-левский, В.Н. Снопко и В.Д. Ши-монович были удостоены Государственной премии БССР.

Известны работы научной школы члена-корреспондента НАН Беларуси Ф.П. Коршунова из Института физики твердого тела и полупроводников в области исследований физических механизмов воздействия проникающей радиации на интегральные микросхемы и полупроводниковые приборы, а также работы ученых этого же института в обеспечении защиты радиоэлектронных изделий от радиационных и электромагнитных воздействий. Очевиден существенный вклад белорусских исследователей в создание уникальных спутниковых систем дистанционного зондирования Земли и околоземного

пространства в различных спектральных диапазонах оптического излучения. В республике функционируют новые научно-конструкторские организации, производства, изготовлено и введено в эксплуатацию уникальное оборудование, освоены современные технологии изготовления и испытания космической техники, создана соответствующая инфраструктура, включая подготовку научных и инженерных кадров.

Из последних инновационных решений - разработка учеными БГУИР микроэлектронного реактивного микродвигателя, изготовленного по кремниевой технологии. Его размер не более спичечного коробка, но он позволяет изменять траекторию движения микроспутника на орбите. Экспериментальные образцы были изготовлены на «Интеграле», и испытания подтвердили возможность их практического использования, хотя доводить до ума ноу-хау придется еще долго.

- С запуском космического аппарата, который обеспечивает полное покрытие территории страны космической съемкой, и благодаря результатам дистанционного зондирования Земли у нас появились собственные источники информации. Центр «Белмикросистемы» как-то участвует в этой работе?

- БКА входит в состав Белорусского космического комплекса дистанционного зондирования Земли, созданного совместно НАН Беларуси и Научно-производственной корпорацией «Космические системы мониторинга, информационно-управляющие и электромеханические комплексы» им. А.Г. Иосифьяна. Полезная нагрузка ДЗЗ включает две камеры с полосой захвата в 20 км и позволяет рассмотреть объект на земной поверхности с разрешением 2,1 м

в панхроматическом и 10,5 м в мультиспектральном режимах. Этого разрешения достаточно, чтобы выполнять основные мониторинговые задачи, такие как землепользование, выявление очагов пожаров, разрывов нефтепроводов и т.д. Белорусские ученые уже завершают работы по космическому аппарату с разрешением до 0,5 м. Все это плод кооперации, в которую вовлечены белорусская микроэлектроника, точное и оптическое приборостроение, сумевшие сохранить не только материальную базу, но и научно-инженерный кадровый потенциал. В связи с этим следует обратить внимание на два «белорусских фактора» - использование оригинальных технических решений микроэлектронной элементной базы и алгоритмов и программно-аппаратных средств цифровой обработки оптической информации.

Первый «фактор». При создании сложнейшей оптико-электронной системы КА ДЗЗ были применены так называемые «приборы с зарядовой связью» -ПЗС-структуры, в основу работы которых положен эффект обмена зарядами между близко расположенными на поверхности полупроводникового кристалла МОП-конденсаторами. Манипулируя смещениями, прикладываемыми к этим конденсаторам, заряды можно не только накапливать, но и перемещать, разделять, объединять, то есть осуществлять обработку информации. На этом эффекте создаются микросхемы так называемых фоточувствительных приборов с зарядовой связью, такой элемент на МОП-конденсаторе специалисты называют «пикселем». Чем больше пикселей в линейке ПЗС, тем выше пространственное разрешение получаемых космическим аппаратом дистанционного зондирования Земли изображений.

В 2004-2005 гг. специалистами «Интеграла» была разработана не имеющая мировых аналогов конструкция и технология так называемых «микросборок», предназначенных для использования в фокальной плоскости электронно-оптического блока спутников «БелКА» и «Канопус-В». Они были созданы в двух модификациях: на 5,7 и 11,4 тыс. пикселей для цветного и черно-белого форматов соответственно. В 2006-2012 гг. для съемочной аппаратуры высокого разрешения появились микросборки уже соответственно на 18 тыс. и 36 тыс. пикселей в строке. Причем если первое поколение микросборок изготавливалось на импортных кристаллах, то уже с 2009 г. в филиале НТЦ «Белмикросистемы» в результате ряда НИОКР был создан отечественный кристалл фотоприемных устройств, что стало настоящим техническим прорывом в области отечественной фотоники. Это действительно высокоинтеллектуальный наукоемкий продукт: стоимость одной такой микросборки составляет несколько сотен тысяч долларов.

Второй «белорусский фактор» - создание специальных алгоритмов и программно-аппаратных комплексов цифровой обработки и преобразования информации. Кстати, начало развития данного направления связано опять-таки с отечественной микроэлектроникой. В конце 1980-х «клонировались» иностранные микросхемы: на полу большого помещения раскладывались фрагменты фотографий чипа, увеличенные в несколько сотен раз, их топология копировалась. Для автоматизации процесса я, тогда молодой ведущий инженер «Интеграла», привлек такого же молодого ученого из Института технической кибернетики Сергея Абламейко, который

занимался теорией обработки (сжатия) изображений. Его публикации уже появились в зарубежных изданиях. Результатом нашего сотрудничества стал так называемый «дралоскоп» - программно-аппаратный комплекс оцифровки топологий кристаллов импортных микросхем, которые мы потом разрабатывали методом «обратного дизайна». Приобретенный опыт послужил в том числе «точкой роста» последующих многоплановых исследований и их практического применения не только при ДДЗ, но и для многочисленных медицинских, метеорологических и природопользовательских приложений.

- За каждым успехом стоит огромный труд, неустанная работа над ошибками и масса проблем, которые приходится решать каждодневно.

- Безусловно, проблем,

и достаточно серьезных, хватает. Не о них речь. Пусть это не покажется странным, но когда мы узнаем об очередном, даже неудачном запуске Роскосмоса, то испытываем чувство «глубокого удовлетворения», не из злорадства, конечно, а потому что понимаем, что аппаратура, для которой создавалась электронная компонентная база, «отработала штатно». Дело в том, что в изделиях ракетно-космической техники всегда предусматриваются специальные системы и устройства на случай, если что-то пойдет не так. Например, если межконтинентальная ракета морского базирования «Булава» или «Синева» после срабатывания первой ступени вдруг даст сбой, к сожалению, и такое бывает, то эти спецсистемы и устройства должны четко выполнить свою печальную миссию - уничтожить ракету, пока она не натворила бед. Так вот, еще ни разу там, где используется высоконадежная белорусская

микроэлектроника, не было отказов. А в целом идет многотрудная работа - и рутинная, и творческая.

- Анатолий Иванович, а каков ваш рынок микросхем?

- Наше объединение активно работает по прямым договорам с предприятиями российской и индийской ракетно-тех-нической промышленности: только за 2014 г. поставлено микросхем на сумму более 25 млн долларов, а также с предприятиями госкорпорации «РосАтом», которые заказывают радиацион-но стойкие схемы для реализации своих новых проектов.

Электронная компонентная база специального назначения - это еще и изделия с хорошими коммерческими свойствами. Удельный вес чисто микроэлектронной продукции в общем объеме составляет около 65%, то есть на интегральные микросхемы приходится 51% наименований, на полупроводниковые приборы -14%, или около 2 тысяч интегральных микросхем и порядка 500 изделий. Около 30% электронной компонентной базы коммерческого назначения поставляется в основном на экспорт в страны Юго-Восточной Азии и используется в устройствах питания электронных систем, телекоммуникации, средствах вычислительной техники и др. Если вскрыть зарядное устройство мобильного телефона, например «Самсунга», то с вероятностью 90% можно найти там ин-теграловский чип на микроплате. Значительную долю в объеме продаж, порядка 65%, занимают компоненты специального назначения различных классов, которые поставляются в основном в Россию и используются в космической и оборонной технике. Около 5% приходится на внутренний рынок - это электронные блоки для различной

сельскохозяйственной, автотракторной, медицинской техники, промышленной автоматики и др.

- В последние годы Вы руководите авторскими коллективами целой серии книг, написанных «интеграловцами» и посвященных проблемам микроэлектроники и ее приложений, в частности - двухтомника «Космическая электроника». Что побудило Вас к ее написанию?

- Острейшая проблема -подготовка кадров. Микроэлектроника стремительно развивается, а учебные материалы были написаны много лет назад. Поэтому тяжело приходится студентам и преподавателям, а также предприятиям, которым надо заново учить дипломированных инженеров-разработчиков искусству проектирования. В России за последние пять лет вышли книги «Основы схемотехники микроэлектронных устройств», «Полупроводниковая силовая электроника» и «Космическая электроника» (авторы Белоус А.И., Солодуха В.А., Шведов С.В.), где проанализирован и обобщен мировой опыт (российский, американский, китайский, европейский) и свой, интегралов-ский - ведь полвека «Интеграл» занимался этой тематикой. Прежде всего мы хотели познакомить разработчиков бортовой радиоэлектроники для космических аппаратов и систем с возможностями и особенностями применения «интеграловской» микроэлектронной элементной базы в специальном и космическом приборостроении, с современными методами и спецификой проектирования высоконадежных интегральных микросхем. К тому же инженерам ЭКБ, конструкторам космических аппаратов, преподавателям соответствующих дисциплин, не говоря уже о студентах, всегда

нужно иметь под рукой такой учебник-справочник. Вот мы и постарались написать надежное, краткое практическое руководство по применению и вместе с тем увлекательную книгу о современных тенденциях, веяниях и достижениях в этой непростой области науки. В итоге получилась фактически энциклопедия космической электроники. Двухтомник вышел в свет в России в феврале 2015 г. и сразу вызвал повышенный интерес, и не только у специалистов по космосу. Первый тираж был распродан в течение месяца, получив в торговой сети ярлык «лидер продаж». Чтобы удовлетворить заявки, издательство было вынуждено выпустить второй тираж, который также был быстро реализован, причем большие партии этой книги закупили все ведущие технические вузы России. Совершенно неожиданным для нас, и тем более для российского издательства, стал тот факт, что к издательству и авторам официально обратилось авторитетное американское издательство с просьбой дать разрешение на выпуск англоязычного варианта книги. То есть она появилась в нужное время и в нужном формате.

Но на достигнутом мы не думаем останавливаться - уже в мае этого года российский книжный рынок взорвет очередная «инте-граловская бомба» в двух томах -«СВЧ-электроника в системах радиолокации и связи. Техническая энциклопедия», написанная в тесном соавторстве с ведущими российскими специалистами. СИ

Светлана МАРКОВКА