Космос под ногами

Стать космонавтом — детская мечта миллионов. В век космического туризма кажется, что мы к ней ближе, чем когда-либо. Вот только выйти за пределы атмосферы Земли все еще выпадает единицам. Андрей Борисенко — один из немногих, кому это удалось.

Рассказывает космонавт Андрей Борисенко

Я хотел стать космонавтом с детства. В 1972 году посмотрел фильм «Укрощение огня» (снят по мотивам биографии Сергея Королёва, рассказывает об освоении космоса) — он и стал отправной точкой. Я читал научную фантастику: Лема, Брэдбери, Стругацких и других. В восьмом классе наткнулся на объявление о наборе в Юношеский клуб космонавтики имени Титова ленинградского Дворца пионеров. Там я впервые познакомился с настоящими космонавтами и ракетно-космическими инженерами. Именно общаясь с ними, я понял, что нужно делать, чтобы попасть в эту профессию.

Поступил в Ленинградский механический институт, ныне — «Военмех». Оттуда в «космос» пришли Георгий Гречко и ряд других космонавтов. После вуза я, как инженер-ракетчик, поступил на работу в научно-производственное объединение «Энергия», которое разрабатывало отечественные ракеты и космические корабли. В «Энергии», а конкретнее — в Центре управления полетами, — я проработал с 1989 по 2003 год. Первый раз подал заявление на зачисление в отряд космонавтов в 1992 году. Но лишь в 2002-м был признан годным. Десять лет ушло на то, чтобы пройти медкомиссию.

С момента отбора в отряд космонавтов начинается непростой, психологически, этап. Причем длится он потом всю профессиональную жизнь. Дело в том, что вы не попадаете в космос сразу после зачисления в отряд. Как правило, на это уходит еще шесть-семь лет, нужных для получения полной профессиональной подготовки. А потом есть еще ожидание в «очереди на полете». В моем, например, случае от зачисления в отряд до первого полета прошло восемь лет.

Сегодня космонавты уже не сталкиваются с перегрузками в 15-20g, которые испытывал Юрий Гагарин. Чтобы понять условия работы советских покорителей космоса, достаточно сказать, что нетренированный человек способен выдерживать перегрузку до 15g в течение всего нескольких секунд. При значениях свыше 20g человек теряет сознание через одну-две секунды. При перелетах гражданской авиацией мы редкой испытываем нагрузку выше 1,5g. Благодаря современным противоперегрузочным костюмам в наши дни космонавты ощущают перегрузки около 4g. Проходя через верхние слои атмосферы, космонавт не просто находится под воздействием силы тяжести, но и полностью изолирован от мира. Ведь корабль окружает облачко раскаленной плазмы, которая не просто зрелищно выглядит со стороны, но и блокирует любую радиосвязь.

30-40% всех людей, отобранных и уже назначенных в экипажи, так в космос и не летят — по независящим от них обстоятельствам (изменения в планах полетов и так далее). Получается, много лет подряд над вами висит своего рода дамоклов меч такого вот профессионального риска — никуда не полететь.

Но это не просто годы ожидания. Это еще годы суровой, жесткой подготовки. Она делится на теоретическую и практическую. Тесты, зачеты и экзамены по теоретической части — вовсе не формальность. Две тройки подряд на экзаменах автоматически ставят вопрос об отчислении космонавта из отряда. Причем таких экзаменов до первого полета — порядка ста. И космонавты, отчисленные за неуспеваемость, были, пусть и очень мало.

Практическую часть тоже не назовешь простой. Есть комплексные тренажеры корабля «Союз», а также российского сегмента Международной космической станции. На них, кроме постоянных тренировок, проводят еще так называемые контрольные тренировки — аналог экзаменов.

Если сложить все, получается, что от моего прихода в отрасль до космического полета прошло 22 года. Вот таким долгим и непростым может быть путь к старту. Но в то же время в 1989-2003 годах я постоянно соприкасался с космосом — благо работал в Центре управления полетами. Последние четыре года — сменным руководителем полета кораблей «Союз», «Прогресс», станции «Мир» и российского сегмента МКС. В его обязанности входит общее руководство всем, что происходит в полете, а также принятие экстренных решений в тех случаях, когда это предусмотрено инструкциями.

За последние десятилетия образ нефтяника прошел путь от бородатого покорителя тайги у костра до специалиста с планшетом. Возросла сложность задач — на фоне исчерпания традиционной нефти наступает время «трудной». Ее добыча требует технологий и специалистов нового поколения. Александр Угрюмов участвует в проекте разработки баженовской свиты в Западной Сибири — крупнейшего в мире источника трудноизвлекаемой нефти. Рентабельных решений для ее добычи сегодня не существует.

Рассказывает нефтяник Александр Угрюмов

В моей семье не было нефтяников. Но я со школы интересовался физикой и естественными науками. Почти любая книга по географии начинается с зарождения нашей планеты. Мне всегда было интересно, как из облака космической пыли образовалась Земля и какие процессы следовали за этим. Сейчас, как и в юные годы, эта тема мне близка. Поскольку тайн — что в космосе, что под землей — еще множество. Но теперь в какой-то степени я лично участвую в их разгадке. В 2009 году я поступил в Университет нефти и газа имени И. М. Губкина, на факультете геологии мой интерес к физике и географии сошелся в одной точке. В магистратуре стажировался в Испании и Шотландии. Побывал в США. Там увидел, как добывают «трудную» сланцевую нефть. Ее разработка когда-то считалась бесперспективной. Технологии изменили все. Мы изучали гидроразрыв пласта в Оклахоме, Арканзасе и Техасе. Сланцевая революция привела к тому, что какое-то время газ в США стоил дешевле, чем в России. А ведь мы обладаем крупнейшими в мире запасами самого недорогого для добычи традиционного газа. Это яркий пример того, как технологии дают ключ к колоссальным ресурсам, которые еще вчера казались недостижимыми.

Первые попытки искусственного воздействия на недра ради добычи нефти предпринимали еще в 1890-х годах в США. Для этого использовали взрывчатое вещество — нитроглицерин. Плотные породы дробили с помощью взрывов, что помогало увеличивать притоки нефти. В наши дни на пласты воздействуют более безопасными — для человека и природы — способами.Гидроразрыв пласта (ГРП) — технология, основанная на создании в подземных породах трещин за счет закачиваемой в недра под давлением жидкости. По трещинам скованная в пластах нефть попадает в скважину. ГРП широко применяется по всему миру и остается главной технологией добычи трудноизвлекаемых углеводородов, а также используется для повышения нефтеотдачи на зрелых месторождениях.

Моя первая специализация связана с созданием цифровых двойников пласта. Это физико-математические модели, которые отражают свойства недр. С их помощью можно виртуально проводить эксперименты до начала бурения или гидроразрыва.

Мы работаем с объектами на глубинах нескольких километров. Их не видно, не потрогать. Как и при исследовании космоса «идем» по приборам и обрывочным данным. Чем точнее создаваемая нами виртуальная модель, тем выше вероятность, что мы доберемся до цели. В этом есть азарт первооткрывателя и творчество — когда по второстепенным деталям воссоздаешь всю картину. Результат приносит огромное удовлетворение.

Второе образование я получал по разработке месторождений. Вообще, обучение — процесс непрерывный. Работа в «Газпром нефти» подразумевает постоянное изучение нового. Мой ежегодный план включает не менее десяти курсов. Недостаточно образования инженера: ты должен быть математиком и айтишником. Например, ГРП совершенствовался десятилетиями, но суть не менялась — создание трещин в породе с помощью давления. Но сегодня мы задаем этим трещинам дизайн, форму и направление. И для этого применяем специальный софт — цифровой симулятор гидроразрыва «КиберГРП».

Недавно я получил дополнительное образование в сфере data science. Мы научились извлекать огромные объемы данных о недрах. Но, чтобы не заблудиться в них, надо понимать, как структурировать эти петабайты информации и находить в них закономерности.

Значительная часть космических полетов связана с транспортировкой грузов на МКС. Корабли «Прогресс» и Dragon доставляют грузы, а «Союзы» и пилотируемые Crew Dragon — космонавтов. Цели определяют исходя из миссий, согласованных научно-исследовательскими институтами.

Рассказывает космонавт Андрей Борисенко

Орбитальные эксперименты, проводимые космонавтами, постоянно дают земной науке большой пласт новых данных. Не говоря уже о том, что сама практика полета позволяет поддерживать опытный отряд космонавтов, способный выполнить самые разные задачи. В последнее время, благодаря появлению на российском сегменте МКС нового научного модуля, потенциал российской космонавтики, то, что она может дать науке, дополнительно вырос.

Космонавты, используя оборудование, доставляемое «грузовиками», проводят на станции научные эксперименты. Подавляющее большинство таких рейсов к станции идут по десятилетиями отработанным схемам и траекториям. Однако, кроме «повседневного» выбора целей для полетов, есть еще долгосрочный, «стратегический». Например, в последние годы идут дискуссии о том, к какой именно орбитальной станции должны летать космонавты — постоянно обитаемой, как сегодня, или посещаемой, какой она может стать завтра.

Если орбитальная станция околополярная — летает близко к полюсам Земли, где выше радиационный фон, — то с медицинской точки зрения более оправданным может быть посещаемый режим работы станции. Не исключено, что будущая российская орбитальная станция будет именно такой, а не как МКС, у которой орбита ближе к экваториальной.

Если говорить именно об МКС, то ее орбиты далеки от полюсов, и тут я лично — сторонник постоянно обитаемой станции. Там дозы радиации не несут угрозы здоровью человека. Здесь очень много факторов, и только учтя их все, можно принять решение о том, какая именно станция нам нужна — посещаемая или постоянно обитаемая.

Иное дело — полеты к другим космическим объектам. Например, при полетах на другие планеты важен выбор места посадки. При его определении и работе на поверхности применяют те же подходы, что и в современной геологоразведке. Перед спуском марсохода или спускаемого лунного аппарата анализируют изменения силы притяжения. Сила тяжести указывает на концентрацию массы, гравитационные аномалии — масконы, — которые могут указывать на потенциально значимые для исследований участки. Схожий принцип используют нефтяники. Гравиразведка основана на изучении строения Земли за счет измерения ускорения силы тяжести. Оно указывает на неоднородности геологических тел по плотности.Как и в земной геологоразведке, для космонавтики большое значение имеет водород. Специальные аппараты вроде искусственного спутника Марса TGO с помощью нейтронных детекторов выявляют в грунте атомы Н2. Только если на Земле по водороду ищут нефть, то на Марсе и Луне — участки, где может или могла быть вода.После обнаружения атомов водорода планетоходы проводят доразведку теми же методами, что и нефтяники. На борту Curiosity стоит российский нейтронный детектор ДАН, с помощью которого выбирают самые богатые водой «пятна». На части из них проводят неглубокое бурение.

Рассказывает нефтяник Александр Угрюмов

Сегодня тайгу и тундру покоряют не только бородатые геологи, но и беспилотники. Мы выполняем воздушно-лазерное сканирование местности, грави- и магниторазведку с дронов. Фиксируем интенсивности магнитного поля и силы притяжения. Эти данные помогают оценить геологический потенциал участка.

Следующий этап — сейсморазведка. С помощью специального оборудования мы направляем под землю упругие волны, которые отражаются от пород на глубине. Фиксируя сигнал на поверхности, получаем понимание состава и особенностей залегания пластов.

Завершающий этап — поисково-оценочное бурение. С многокилометровой глубины поднимаем на поверхность керн — образцы горных пород, которые, по сути, можно назвать «паспортом» пласта.

Проводим скважинные исследования. За долотом — буровым инструментом — идет блок оборудования для исследований. Оно передает информацию о движении инструмента и изменении свойств окружающей среды. Оцениваем в том числе естественную радиоактивность, давление, температуру, удельное электрическое сопротивление пород — у нефтеносных пластов оно отличается от «сухих» участков.

Нефтегаз — одна из самых передовых отраслей промышленности сегодня. При поиске нефти используют и космические технологии. Например, нейтронные детекторы помогают нам в поиске атомов водорода, которые характеризуют пустотное пространство породы — один из важнейших параметров для нефтяников. Такой «след» указывает на крупные залежи и служит для нас ориентиром при бурении. Такое же оборудование применяют при выборе мест для посадки марсоходов типа Curiosity, которые ищут водород на Марсе.

Драгоценные алмазы как один из прочнейших материалов, созданных природой, используются в наконечниках бурового инструмента нефтяников, а также аэрокосмической промышленности для резки, шлифования, сверления.

Метод магнитно-ядерного резонанса также помогает выявлять атомы водорода. Технология востребована как в нефтегазе, так и в космонавтике.

Центр управления полетами в городе Королёв Московской области обеспечивает практическое управление полетами до 20 космических аппаратов разных классов — пилотируемых орбитальных комплексов, космических кораблей, автоматических межпланетных станций и искусственных спутников Земли. ЦУП, как навигатор, выстраивает и контролирует маршрут движения корабля от точки взлета до МКС. Также центр ведет научные и проектные исследования, анализирует информацию о полетах и работает над их совершенствованием. В ЦУП работают специалисты всех организаций, участвующих в полетной программе, — от операторов до инженеров.

Рассказывает космонавт Андрей Борисенко

Центр управления полетами — довольно большая организация, в которой есть главная оперативная группа управления, собственно, и занимающаяся полетами. Это непростая работа, которая требует не только знаний, но и умения находить психологический контакт с космонавтами, понимать их. Для решения той же проблемы космонавты тоже регулярно посещают ЦУП, присутствуют при его работе — это неотъемлемая часть их подготовки.

При нештатных ситуациях решения могут приниматься как ЦУПом, так и командиром космического корабля (сегмента станции). У ЦУПа — приоритет, если ситуация не угрожает жизни и здоровью космонавтов, не нарушена связь и есть время для принятия решений. Командир «наверху» принимает решения — вплоть до возвращения с орбиты, если это необходимо — в более острых ситуациях, когда нет связи или есть угроза жизни.

Тут надо понимать, что с кораблями «Союз» раньше связь была по десять минут на каждые 90 минут витка — только через наземные станции. Сейчас есть связь через спутники-ретрансляторы, но звуковая все еще идет ограниченно, только через наземные станции.

Рассказывает космонавт Андрей Борисенко

По окончании подготовки экипаж космического корабля прибывает на Байконур за две недели до старта. Продолжается работа на тренажерах, одновременно выдерживается обсервационный период. Это время, когда космонавты оказываются в изоляции. С ними контактирует мало людей, которых жестко контролируют на предмет любых заболеваний, вплоть до простуд. За две недели подавляющее большинство инфекций либо проявят себя, либо космонавт покажет, что ничем не болен и может лететь.

Наконец, экипаж попадает на стартовый стол. Это тоже не очень простая история. Известно, что второго американского астронавта Алана Шепарда «промариновали» на стартовом столе много часов. Туалета в его корабле не было, у него возникли гигиенические проблемы (из-за этого пришлось выполнить команду «Do It in the suit»), что нарушило работу части датчиков.

Сейчас, конечно, это уже неактуально: подгузники для взрослых, вышедшие в современном виде именно из космической индустрии, решили проблему. Однако космонавт все еще проводит по два-три часа на стартовом столе, на протяжении которых ему надо сохранять спокойствие — в том числе при неожиданных переносах старта.

Все это время стартовая группа, находящаяся на Байконуре (а не в ЦУП в Королёве), проводит по специальному графику проверки и этапы предпусковой подготовки. Они же дают команду на обратный отсчет: час до запуска, десять минут до запуска и саму команду на пуск.

В подготовке ракеты и космического корабля участвуют сотни людей. Весь цикл предполетных проверок занимает два месяца. Двигатели, системы жизнеобеспечения и многое другое проверяют на заводе. Затем — перед запуском. Корабль устанавливают на ракету в горизонтальном положении (в монтажно-испытательном комплексе на Байконуре). Финальные проверки идут после того, как ракету и корабль специальным поездом выводят из комплекса, а затем медленно поднимают 50-метровую ракету из горизонтального положения в вертикальное. Если ветер слишком сильный, эта операция небезопасна. Тогда на космодроме ждут смены погоды.

Последние поверки проходят удаленно: последние несколько часов перед стартом рядом с ракетой и кораблем запрещено находиться всем, кроме космонавтов. Специалисты наблюдают за пуском с расстояния в сотни метров, из «сердца космодрома» — командного пункта. Фактически проверки (в основном автоматические) идут вплоть до команды «пуск», когда начинается подача топлива в двигатели. Автоматика может отменить старт при любом «неправильном» сигнале от оборудования ракеты и корабля — вплоть до команды «зажигание», следующей сразу за пуском.

Рассказывает нефтяник Александр Угрюмов

Подготовка к бурению включает обустройство кустовой площадки. Это участок размером от 100 на 100 метров, на котором разместится буровое и вспомогательное оборудование.

Площадку «отсыпают» песком, под который подложен геотекстиль, обваловывают — защищают по краям песчаным валом высотой до полутора метров (это барьер, предусмотренный на случай потенциальных утечек жидкостей). Участок вокруг зачищается от леса, чтобы обеспечить пожарную безопасность. Затем мы, кстати, проводим высадку, которая позволит компенсировать объем затронутых в каждом из проектов деревьев. Обустройство всей площадки занимает до трех месяцев.

Потом доставляют буровое оборудование. Это требует не менее ста рейсов грузовиков со специальными внедорожными шинами. Они тянут открытые платформы с оборудованием. Зачастую к новым кустам нет дорог, ведь мы работаем и в тайге, и в тундре. Часто это совсем дикие места. Поэтому первый завоз оборудования, как правило, идет по зимникам — это главные пути сообщения буровой с цивилизацией с декабря по март. По сложности процесс установки буровой (или, если говорить правильно, вышкомонтажных работ) сравним с тем, как устанавливают ракету на стартовом столе Байконура.

По сути, буровая — огромный кран без «стрелы», внутри которого подвешена лебедка весом до 500 тонн. На ее конце — колонна бурильных труб

Буровая команда включает около 40 человек. Сложные скважины требуют от 35-40 суток работ. При разработке баженовской свиты нам мало построить скважину, нужен многостадийный ГРП. К скважине прибывает флот ГРП — это комплекс машин с насосным и иным оборудованием для закачки жидкостей в недра, центр управления. Многостадийный ГРП также выполняется не в один день — работы могут занимать еще 30 суток. Разработка «трудной» нефти — сложный процесс, в котором задействованы разнообразная техника и множество профессионалов.

Рассказывает нефтяник Александр Угрюмов

Как мы себе представляем результат бурения? Как показывают в кино, бьющие из-под земли фонтаны и покрытые с ног до головы нефтью старатели. Последние десятилетия это совсем не так. Под своим давлением недра могут выталкивать нефть. Особенно если залежь близко к поверхности. В середине XIX века первые скважины в Баку были глубиной чуть больше 20 метров. Но мы сегодня работаем на глубинах от двух-трех до пяти-шести километров. И, чтобы поднять нефть наверх, часто используем не силу недр, а современное насосное оборудование, точный инженерный расчет и неукоснительное следование инструкциям на буровой.

Иногда встречаются участки с аномально высоким пластовым давлением. На проектах «Газпром нефти» есть и месторождения, где тысяча и более атмосфер. Но это совсем не облегчает работу.

После того как мы пробурили скважину, проводим ГРП. Дело в геологических особенностях баженовской свиты. В традиционных залежах нефть находится в «ловушках» — природных резервуарах. В бажене она заточена в миллиардах изолированных одна от другой пор. Чтобы извлечь нефть, нужно создать трещины, по которым она попадет в скважину. Главный инструмент для этого — гидроразрыв пласта. В Ханты-Мансийском автономном округе (ХМАО) мы выполняем до 30 операций на одной скважине. Чтобы создаваемые трещины «дотянулись» до нужных пластов, используем специальное программное обеспечение — «КиберГРП». Программа помогает моделировать дизайн трещин и повышает эффективность операции.

Поиск и добыча нефти — это не только технологии, но и жизнь в условиях изоляции. Часто — полной автономии. Буровые команды работают вахтами — месяц через месяц. Как и космонавты, мы оказываемся оторваны от цивилизации. Часто — в уголках, куда ни один турист не доберется. Это и якутская тайга, и ямальская тундра, и полярные участки на Гыдане и Таймыре, и арктический шельф. Месяц изоляции — это трудно и психологически. Но прошедшие проверку вахтой коллеги — люди определенного склада характера: они всегда готовы помочь, на них можно положиться. Этому учит работа в автономии среди дикой природы.

Свежий воздух Сибири часто идет в комплекте с медведями. Поэтому вахтовики знают, что протяженный сигнал тревоги означает присутствие рядом дикого животного. Нужно срочно покинуть открытые площадки. На салымских месторождениях в ХМАО — Югре даже предусмотрены клетки, в которых можно в безопасности переждать угрозу, если ты увидел медведя или услышал ревун.

Неотъемлемая часть образа вахтовика — СИЗы, средства индивидуальной защиты, спецодежда. Как и скафандр космонавта, она помогает нам работать безопасно, защищает от вредных и опасных факторов окружающей среды. Наши СИЗы выполнены из огнестойких и теплостойких материалов: он не только не горят, но и защищают от жара и холода. Обувь идет с укрепленными подошвой и подноском.

Учитывая, что мы работаем в сибирских лесах, где много мошки, слепней, комаров и клещей, есть разновидность спецодежды с защитой от всей этой фауны. Ну и, конечно, все это дополняется каской, очками, перчатками. Если находимся на участках с повышенным содержанием сероводорода в нефти или природном газе, то для допуска необходимо иметь автоматический газоанализатор и кислородное оборудование. По сути, наш комплект одежды выполняет те же функции, что и аварийный скафандр типа «Сокол».

Зимний комплект СИЗ выглядит громоздко и состоит из нескольких слоев, но помогает работать даже в мороз. Зимой на Гыданском полуострове или в Якутии столбик термометра регулярно падает ниже минус 40 градусов Цельсия. Наши «скафандры» позволяют в относительном комфорте нести вахту даже в Заполярье.

Традиционная нефть, которую мы умеем добывать, которая питала промышленность и экономики стран, уходит в прошлое. Говорят, наши предшественники так хорошо работали, что уже к 90-м годам прошлого века открыли все крупнейшие месторождения. Это похоже на правду. Открытий сибирских гигантов вроде Самотлора, Ромашкинского или Приобского месторождений с запасами в миллиарды тонн не было уже очень давно. И ждать не приходится. Сегодня в России доля «трудных» углеводородов составляет свыше 65% от оставшихся запасов. Главный вызов и «приз» среди всех видов трудноизвлекаемых ресурсов — баженовская свита. Это огромные и самые неприступные запасы «трудной» нефти в России. И их разработка требует действительно технологий космического уровня.

Рассказывает нефтяник Александр Угрюмов

Наша команда в «Газпром нефти» создала прототип технологии добычи бажена на существующих месторождениях. Следующий шаг — ее совершенствование до уровня, который позволит начать разработку на новых участках. Это поможет создать тысячи рабочих мест и станет источником развития экономик многих российских регионов.

Для страны это и вопрос энергобезопасности, и сохранение позиций на мировом рынке энергоресурсов. Очевидно, что углеводороды будут сохранять значимость для развитых и развивающихся экономик. Проект «Бажен» — один из самых сложных в мировой нефтегазодобыче. И для его реализации мы используем решения по-настоящему космического уровня. Участие в проекте для меня и предмет гордости, и масштабный вызов, возможность почувствовать себя первооткрывателем.