s zhukov 3082013

1

Данный документ является внутренним документом ОАО «НИС». Он содержит конфиденциальную информацию, касающуюся коммерческой

деятельности и текущего состояния ОАО «НИС», его дочерних и аффилированных компаний. Вся информация, содержащаяся в настоящем документе,

является собственностью ОАО «НИС». Раскрытие информации, содержащейся в настоящем документе, третьим лицам, запрещено. Полное или

частичное воспроизведение настоящего документа без предварительного разрешения ОАО «НИС» запрещено.

Данный документ используется для проведения устной презентации и не предоставляет полной информации по данной теме.

Технологические тренды

космонавтики

(Взгляд Сколково)

Сергей Жуков, Андрей Ионин, Иван Моисеев,

Дмитрий Пайсон, Вячеслав Турышев

Договоримся о терминах

� Технология (определение ООН):

• Технология «в чистом виде» – методы и техника производства

товаров и услуг;

• Воплощенная технология – машины, оборудование, системы с

высокими параметрами

� Экспедиция (миссия):

• Группа лиц, отправляющаяся в путешествие в целях поиска,

разведки чего-либо;

• Поход (полет) группы лиц со специальным (научным) поручением.

• Беспилотная миссия – то же в отношении аппаратов.

� Технологический тренд:

• Основная тенденция изменения технико-экономических параметров

и/или замены одних технологий другими.

2

Назад, в будущее…

Раздел подготовлен на основе материалов И.М.Моисеева

3

1957

Старт космической эры

1959

1965

1961

1969

Первое десятилетие космической эры было характерно быстрым качественным и количественным развитием космической деятельности…

4

… и это породило сверхоптимистичные надежды

Таблица Артура Кларка (Кларк А., Черты будущего, 1962):

1 1970 Космические лаборатории 2 1970 Посадка на Луну3 1970 Ракета с ядерным двигателем4 1970 Машинный перевод 5 1970 Эффективные электрические аккумуляторы6 1970 Расшифровка языка китообразных7 1980 Высадка на планеты8 1980 Экзобиология

9 1980 Персональная радиоаппаратура 10 1980 Гравитационные волны

5

Таблица Артура Кларка

11 1990 Энергия синтеза ядер12 1990 Кибернетические организмы13 2000 Заселение планет14 2000 Искусственный разум 15 2000 Беспроводная передача энергии

16 2000Замедление времени, усиление восприятия времени

17 2000 Внутриядерная структура18 2000 Всемирная библиотека 19 2000 Добыча полезных ископаемых из моря20 2010 Зонды для исследования земных глубин

6


21 2010 Телесенсорные устройства22 2010 Управление погодой

23 2020Аппараты для зондирования межзвездного пространства

24 2020 Логические языки25 2020 Роботы

26 2020 Управление наследственностью27 2020 Ядерные катализаторы

28 2030Установление контакта с внеземными цивилизациями

29 2030 Добыча полезных ископаемых в космосе30 2030 Биотехника

7


31 2040 Превращения элементов32 2040 Разумные животные 33 2050 Управление гравитацией

34 2050Управление памятью для восстановления воспоминаний

35 2050 "Гипертяга"36 2050 Анабиоз

37 2060 Автомат-учитель38 2060 Планетное строительство39 2060 Искривление времени и пространства40 2060 Кодирование изделий

8


41 2060 Искусственная жизнь42 2070 Субсветовые скорости43 2070 Управление климатом44 2080 Полет в межзвездном пространстве45 2080 Машинный разум, превосходящий человеческий46 2090 Телепортация материи47 2090 Мировой мозг48 2090 Репликатор

49 2090 Бессмертие

50 2100 Встреча с инопланетными разумными существами51 2100 Астроинженерная техника

9

Космонавтика: день сегодняшний

Раздел подготовлен с использованием материалов В.Г.Турышева

10

Продолжение работы на борту МКС (4

запуска, 5 выходов в космос)

Начало коммерческой

эксплуатации корабля Dragon

Прибытие марсохода Curiosity на Марс

Voyager-1 подошёл к границе Солнечной системы

Парашютный прыжок Феликса

Баумгартнера с высоты более 39 км

Полет китайского корабля «Шэньчжоу-9» и

стыковка на орбите

«ЧанъЭ-2» у астероида Тутатис

Северная Корея вошла в

«Космический клуб»

Найдена вода в полярных

кратерах Меркурия

Космический год - 2012

Станция Dawn работала в поясе

астероидовАктивное развитие

коммерческих

суборбитальных и

орбитальных проектов

11

Разработка и проектирование

Создание Использование

Формирование

суборбитального рынка, новые игроки

Создание корпоративных отрядов астронавтов-

испытателей

Новые модели лицензирования и

сертификации

Развитие коммерческой

пилотируемой космонавтики

Программы ЧГП NASA по

обслуживанию МКС

Суборбитальный

коммерческий рынок

12

12

В 2012 человек продолжал

исследовать Землю

Космические технологии для изучения Мирового океана

Джеймс Кэмерон достиг дна Марианской впадины 10 898 м

13

СОСТОЯНИЕ ГЛОБАЛЬНОГО РЫНКА

Абонентское и наземное оборудование

Производство коммерческих спутников

Космический бюджет России

Услуги непосредственного телевещания

Услуги спутниковой связи

Объем продаж мирового рынка

космических продуктов и услуг (2011)

14

Группировки космических средств в 2011 году

США; 7

Китай;

0,05

Европа;

2,8

Индия;

0,02 Россия;

1,64

Объем коммерческих заказов на рынке

ПУ и КА (млрд.долл.)

Объем выпуска космической продукции основными

мировыми производителями в 2011 году – 68,49млрд.долл.Прочие производители – 1,82 млрд.долл.

Объем выпуска космической

продукции по коммерческим

заказам основными мировыми

производителями в 2011 году –11,51 млрд.долл. (16,8% МКР)Доля прочих производителей

незначительна.

США;

45,14

Китай; 4,6

Европа;

9,24

Индия;

1,75Россия;

7,76

Другие

страны;

1,82

Справочно: Мировой объем выпуска РКТ(млрд.долл.)

США; 393

Китай;

109

Европа;

83

Индия; 33

Россия;

114

Другие

страны;

Япония;

36

Группировка космических аппаратов на орбите (шт)

15

«Околоземные» тренды на примере ДЗЗ

� Создание сетевых спутниковых систем. Синергия

группировок

� Уменьшение массогабаритных характеристик КА при повышении срока активного существования и функциональности, резкое снижение стоимости аппаратов.

• Спутники ДЗЗ по технологии КубСат;

• Комплектующие – на рынке.

� Развитие сервисов:

• Данные ДЗЗ – лично потребителю, под его специфические потребности;

• В пределе – «Я вижу себя из космоса. Меня видят другие»

16

От миссии – к технологии.Малые небесные тела как следующий шаг в освоении

Солнечной системы

Раздел подготовлен на основе материалов В.Г.Турышева

17

ОЗА в целяхосвоения солнечной системы

ОЗА для научных исследований

ОЗА длядобычи природных

ресурсов

ОЗА для планетарной защиты

Основные причины интереса в полётах к ОЗА

18

Взвешенный подход

� Пилотируемое посещение малых небесных тел и «космических активов»:

• Около-Земные Астероиды (ОЗА); Фобос и Деймос;

• орбиты Марса и Луны, точки Лагранжа.

� Без посадки космонавтов на ОЗА со значительной гравитацией.

• Использование роботов, заранее развернутых на поверхности;

• Работа в режиме реального времени.

� Преимущества:

• «Облегченные» миссии за пределы орбиты Земли и Луны;

• Расширение научных исследований Солнечной системы;

• Уникальные возможности для коммерческого и международного участия.

19

Гибкий путь в дальний космос

� Мощный фактор развития:

• Последовательное развитие технологий;

• Уход от «фиксации» на одном пункте назначения;

• Связан с опытом работ на орбите Земли (Салют, Мир, МКС)

� Снижает риски пилотируемых полётов:

• Акцент на робототехнике (рискованные операции и разведка);

• Минимизация нагрузок взлёта/посадки на экипаж.

� Привлечение молодых талантов.

� Путь к амбициозным пилотируемым полётам.

20

(25143) Итокава0.54 x 0.29 x .20 km

(433) Эрос34 x 11 x 11 km

Деймос

15 x 12 x 11 km

Фобос

27 x 22 x 18 km

ОЗА по сравнению со спутниками Марса

21

~100 метров(МКС на Стадии 15A)540 метров

Астероид Итокава, МКС и МПКК

Многофункциональный

пилотируемый корабль (МПКК)

~15 m(сечение)

Йошинодай

22

Поэтапная стратегия

� Этап I: Закладка основ

• Разработка и осуществление беспилотных экспедиций посещения;

• Подготовка специалистов;

• Сотрудничество с коммерческим сектором;

• Создание мощного технологического потенциала отрасли.

� Этап II: Развитие космических систем

• Создание тяжелых ракет, пилотируемых кораблей, иных систем;

• Государственно-частное партнёрство.

� Этап III: Исследование Солнечной системы

• Научные экспедиции, добыча природных ресурсов;

• Развитие средств присутствия человека в космосе.

23

Беспилотные экспедиции посещения

� Выбор цели, идентификация мест посадки

• «Непригодные» ОЗА: двойные или тройные, системы быстрых ротаторов, потенциально активные поверхности, недоброкачественная морфология

� Изучение физических свойств и строения

• Альбедо, масса, объем, форма, вращение, ориентация полюсов, гравитация

• Объемная плотность, пористость, массовая концентрация

� Изучение поверхности в месте посадки, пробы грунта

• Опасности: кратеры и распределение валунов;

• Минеральный/химический состав и неоднородности

� Взаимодействие роботов с экипажем

• Протоколы безопасности. Сбор, обработка и передача данных.

24

Пилотируемые полёты к ОЗА

� Длительные (> 30 дней) полеты с ограничением пополнения запасов или отмены сценария

• Испытания предварительно развернутых активов (роботов, запасов)

� Короткие задержки связи. Автономия, новые протоколы.

• Центр управления полетами - поддержка экипажа

� Надежные источники электроэнергии, двигатели, системы жизнеобеспечения

� Работа в режиме низкой гравитации

• Тестирование методики операций на поверхности

• Использование космонавтами автомобилей, роботов иманипуляторов

25

Подготовка к полётам в глубокий космос

� Радиация:

• Исследование обстановки и разработка защиты

� Эффекты микрогравитации:

• Изучение долгосрочного влияния на организм при ограниченных возможностях противодействия

� Психологический фактор:

• Длительная жизнь в космосе без возможности быстрого возвращения на Землю

• Ограниченная среда с ограниченным числом лиц

• Задержки и перебои связи

� Комплексные эффекты пребывания в космосе:• Синергия радиации, невесомости, длительного пребывания в

замкнутом пространстве.

• Мониторинг иммунной системы человека при дальних полетах.26

От технологии – к миссии. Рубежно-целевой подход к

развитию технологий

Раздел подготовлен на основе материалов Д.Б.Пайсонаи группы исследователей ЦНИИмаш

27

Предпосылки

Для планирования программы освоения космоса с

точностью до миссий (летим на Марс? Строим базу на Луне?) не хватает информации

• Ракетно-космическая промышленность в нестабильном состоянии

• Нет механизма формирования консенсуса по задачам освоения космоса

Начинать НИОКР по перспективным технологиям нужно заранее � ДО определения конкретных задач

Необходим поиск общих технологических решений, которые нужны для решения групп задач в дальнем космосе

28

Алгоритм

1.Формирование списка возможных миссий в дальнем

космосе

2.Формирование списков потребных космических технологий для каждой миссии

3.Группировка миссий, опирающихся на сходные группы технологий («рубежи освоения космоса»)

4.Планирование НИОКР по развитию технологий «рубеж за рубежом» (возможно уже сейчас)

5.Выбор конкретных миссий, реализуемых на каждом рубеже (на следующем этапе)

29

1. Определение

возможных

миссий в

дальнем

космосе

30


возможных

миссий в

дальнем

космосе

31


возможных

миссий в

дальнем

космосе


необходимых

технологий

32


возможных

миссий в

дальнем

космосе




3. Группировка миссий, опирающихся на сходные

группы технологий

33


возможных

миссий в

дальнем

космосе




3. Группировка миссий, опирающихся на сходные

группы технологий

T4. Планирование развития технологий

$

34

T

5. Выбор задач и уточнение планов

$

35

Суперцель рождает новую космонавтику.

От Space 1.0 к Space 3.0

Раздел подготовлен на основе материалов А.Г.Ионина

36

37Гипотеза должна объяснять прошлое (факты) и делать предсказание

Как все это объяснить? Слишком много вопросов без ответа

Инновации: невероятный подъем (1950-1969 гг.) и потом резкий провал

А где коммерциализация космических технологий? Липучка? Что еще? А если нет коммерциализации, то зачем космос бизнесу?

Большая перестройка мировой космонавтики 1990-х? Где результат? Инноваций нет. Новых проектов нет.

Частная космонавтика с 2000-х – новая эра?

«Лунатики» и «марсиане» – о чем спор?

У человечества много проблем: экономический и цивилизационныйкризисы, экология, дефицит ресурсов … Зачем космос?

vs

38

Ракетостроение, спутникостроение, двигателестроение, пилотируемая космонавтика

Но почему после 20 лет инновационного прорыва спад? И зачем «человек в космосе»?

Space 1.0 – традиционная космонавтика

Ключевые технологии

Коммерциализация «по-космически»

• СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ!!!!!!!!

Основа бизнес-модели

�быстрое создание с «нуля»

�быстрые инновации с «нуля»

�мультипликативный эффект на экономику

НО…

огромная кооперация n-уровней (надежность?)

практически «неограниченные» инвестиции

огромные операционные расходы

высочайшая себестоимость

Что это дает?

�«Новая загрузка» для огромного ВПК, созданного в ходе 2 мировой войны, и еще множества отраслей

�Потребитель – государство, а государство – хороший потребитель

�Капитализация огромного душевного и интеллектуального подъема после победы в войне конструкторов, инженеров, рабочих

Бизнес остался очень

доволен!

39

Космонавтика – проявление механизма самосохранения человечества?Только однажды или всегда?

Космонавтика в 1950-1960-х устранила

2 глобальных и смертельных угрозы

• Физическое уничтожение –угроза 3-й мировой войны … уже ядерной и глобальной

• Уничтожение Души –смертельная психологическая травма в ходе 2-й мировой войны

Стратегические вызовы

для человечества*

*Впервые в истории – это были не только

глобальные проблемы, но и рукотворные

• Ракетно-ядерный щит -угроза 3-й мировой снята

• «Человек в космосе», «Человек на Луне» –Человек – это звучит гордо

Космонавтика ответила

на глобальные вызовы

Как только проблемы были разрешены,

Космонавтика стала человечеству не нужна.

К 1970 году Космонавтика больше не нужна – инновации в космонавтике кончились!!

40

Бизнес-оптимизация – Space 1.1

Те же: ракетостроение, спутникостроение, двигателестроение, пилотируемая космонавтика


• БИЗНЕС-ОПТИМИЗАЦИЯ


� крупные вертикально-интегрированные холдинги: эффект масштаба, синергия…

� «космический бизнес» – младший брат: снижение корпоративных рисков

НО…

в крупных компаниях медленнее инновации

де факто снижение конкуренции – меньше стимулов к инновациям

Что это дает?

Главная проблема Space 1.1 – не оптимизация расходов, а низкая конкуренция и медленные инновации. Инновации или смерть (космонавтики)!!!

Неинновационная космонавтика Space 1.1 проиграла рыночно-технологическое соревнование альтернативным решениям

vs.

Космические рынки – нишевые рынки

«Последний выдох» Space 1.1 –«Лунная инициатива» Буша

Полное стратегическое фиаско!

41

Вернуться к инновациям - Space 2.0

Кто он - новый

покоритель космоса?

• Молодой (до 40)

• Очень богатый и собственным трудом (сотни миллионов $)

• Высокие технологии

Такие совпадения

ОЧЕНЬ редки!!!

Space 2.0 – любовно выращиваемые инновационные космические команды

Те же: ракетостроение, спутникостроение, двигателестроение, пилотируемая космонавтика


• СНИЖЕНИЕ СТОИМОСТИ


Как?

� использование современных технологий для снижения себестоимости, массы, уменьшения времени разработки …

� «натуральное хозяйство»: все, что могу, делаю сам – кардинальное уменьшение кооперации

НО…

производство все также штучно…

основной заказчик тот же – государство…

42

Начало 2010-х: новые глобальные риски для человечества

Физические угрозы:

• окончание многих видов ресурсов

• деградация биосферы (экология)

• рост возможностей человека (по умерщвлению себе подобных)

Психическая атака – тупик общества сверхпотребления

Новые стратегические вызовы для человечества

Много альтернатив:

виртуальный мир,

«новое рабство»,

мальтузианство,

«Большая война»…

Только «путь на Марс» решает все (четыре) проблемы

• Добыча полезных ископаемых в космосе?

• Космическая наука?

• Защита от астероидов

• Колонизация Марса?

Или снова

КОСМОНАВТИКА?

43Технологии Space 3.0 имеют НЕВЕРОЯТНЫЙ КОММЕРЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ!

Рождение "новой космонавтики" Space 3.0

• Энергоэффективность, экономия всего и вся

• Снижение воздействия на среду, «зеленые технологии»

• Эффективное производство пищи

• Вторичная переработка

• Робототехника

• Биотехнологии для выживания человека в экстремальных условиях и другие

Если Марс, то какие технологии нужны

для жизни человеческой колонии ?Все эти технологии ОЧЕНЬ

востребованы на земле

44

~ 1950

~ 1990Space 1.0Россия

Space 1.1США, ЕС

• Space 2.0 – инновационый привой для «старого могучего древа Space 1.1

• Space 2.0 – промежуточный этап развития

• Space 2.0 не нужен для Space 1.0!

• Space 1.0 – это тупиковая ветвь развития

~ 2000Space 2.0

Частные выводы

Space 4.0??

Эволюционное древо космонавтики

~ 2012

Space 3.0

45

Подводя пунктирную черту

Этап ЗадачаКоммерциализация

(интерес бизнеса)Инновационность

Space 1.0(до 1969 г.)

Сверхзадачи человечества

Очень высокая Высочайшая

Space 1.0(1970-1990 гг.)

Удержание

позицийОчень низкая Низкая

Space 1.1(с 1991 г.)

Бизнес-оптимизация

космической отрасли Очень низкая Низкая

Space 2.0Инноватизация

Space 1.0Низкая Ниже среднего

Space 3.0Сверхзадачи человечества

Очень высокая Высочайшая

Только если интересы человечества и бизнеса совпадают, мы получаем инновационный взрыв!

46Главный вывод: мир на пороге рывка в Space 3.0. А где останется Россия?

На эти вопросы есть ответы!

1. Инновации: невероятный подъем (1950-1969 гг.) и потом резкий провал

2. А где коммерциализация космических технологий? Липучка? Что еще? А если нет коммерциализации, то зачем космос бизнесу?

3. Большая перестройка мировой космонавтики 1990-х? Зачем? Инноваций нет. Новых проектов нет.

4. Частная космонавтика с 2000-х – новая эра в космонавтике?

5. «Лунатики» и «марсиане» – о чем предмет спора?

6. У человечества много проблем: экономический и цивилизационныйкризисы, экология, дефицит ресурсов … Зачем космос?

vs

Вперед, в будущее…

47

Long K.F., Deep Space Propulsion. A Roadmap to Interstellar Flight. New York : Springer, 2012:

Год Событие

1 2015 Начало НИОКР по зонду-предтече на 200 астрономических единиц (AU).

2 2020Запуск зонда Innovative Interstellar Explorer (Инновационный межзвездной обозреватель) на 200 AU.

3 2025Запуск зонда-демонстратора технологий с упором на исследования двигательной установки.

4 2026Открытие экзопланет, потенциально пригодных для обитания человека, в радиусе ~ 15 световых лет.

5 2028 Начало НИОКР по лунному телескопу для изучения характеристик экзопланет.6 2030 Начало НИОКР по зонду-предтече Pathfinder (Следопыт) на 1000 AU.7 2034 Зонд Innovative Interstellar Explorer достигает дистанции 200 AU.8 2035 Начало работы Лунного телескопа.9 2036 Запуск зонда Pathfinder на 1000 AU.10 2037 Начало НИОКР по зонду-предтече Starfinder на 10000 AU (к облаку Оорта).

48


11 2040В радиусе ~ 15 световых лет найдена экзопланета, пригодная для обитания человека.

12 2050 Начало НИОКР по первому межзвездному полету.13 2060 Прибытие зонда Pathfinder к цели.14 2065 Запуск Starfinder к облаку Оорта на 10000 AU.15 2095 Прибытие Starfinder к облаку Оорта.16 2100 Запуск первого беспилотного межзвездного зонда.17 2110 Запуск второго беспилотного межзвездного зонда к второй звезде.18 2120 Запуск третьего беспилотного межзвездного зонда к третьей звезде.19 2160 Первый межзвездный зонд прибывает к цели.20 2170 Второй межзвездный зонд прибывает к цели.

49


Год Событие

21 2180 Третий межзвездный зонд прибывает к цели.

22 2200Начало работ по первому пилотируемому межзвездного полету в рамках колонизации.

23 2220Начало работ по второму пилотируемому межзвездного полету в рамках колонизации.

24 2250Запуск первого пилотируемого межзвездного корабля (не возвращаемый корабль типа "mini-World").

25 2270Запуск второго пилотируемого межзвездного корабля (не возвращаемый корабль типа "mini-World").

26 2290Запуск третьего пилотируемого межзвездного корабля (не возвращаемый корабль типа "World").

27 2300 Прибытие первой человеческой колонии на планету другой звезды.28 2320 Прибытие второй человеческой колонии на планету другой звезды.29 2340 Прибытие третьей человеческой колонии на планету другой звезды.30 2350 Начало человеческой экспансии и колонизации галактики - Конец Детства.

50

1 2050 Запуск аппарата с термоядерным ракетным двигателем

2 2100Запуск первого межзвездного зонда (пролетный, без торможения)

3 2150Запуск первой автоматической межзвездной станции (с выходом на орбиту звезды)

4 2250 Старт первой межзвездной экспедиции

5 2300 Первая экспедиция из другой звездной системы

И.Моисеев, 2013:

51

Ракетный двигатель на антиматерии

Лазерные и микроволновыеракетные двигатели

Свободнолетающие роботы

Подключаемый скафандр(Suitport)

Металлический водород в качестве топлива

Двигатель с разогревом рабочего тела от Солнца

NASA’s Space Technology Roadmaps (STRs):Космические технологии будущего: Видение NASA

52

53

Андрей Ионин: Вы спросите: "А причем тут Сколково?"

Старое название кластера

Новое название кластера

Биомедицинский Био-космический

Информационных технологий

Робото-космический

Ядерныхтехнологий

Ядерно-космический

ЭнергоэффективностьСберегающий космический

Космических технологий

Старо-космический

ДАЕШЬ КОСМИЧЕСКИЙ ФОНД СКОЛКОВО! 53

s zhukov 3082013

Documents