Аэростат для Венеры. Как алтайский школьник попал в программу «Сириус»

Юг России. Основанная президентом федеральная территория «Сириус». Здесь более 400 одаренных детей со всей страны решали не учебные тесты, а реальные, актуальные задачи. Среди них десятиклассник из Алтайского края Тимофей Маслак, который внес свою лепту в изучение планеты Венера.

В воздухе – белый шар

В космически просторном помещении под солнечным светом от стеклянного потолка установлены стенды с работами умников и умниц со всей страны и из Казахстана. Это итоговый фестиваль программы научно-­технологических проектов «Большие вызовы», которая почти весь июль проходила в «Сириусе».

Чего здесь только нет! На одной из площадок по беговой дорожке шагает и ловко переступает через появляющиеся препятствия роботизированная нога – такими видят юные изобретатели протезы будущего. На другой по комнате-­клетке летает умный дрон, который сам планирует маршрут. На третьей железная «рука» хватает и уносит в сторону мяч. Только это не автомат с игрушками, а уникальный манипулятор для очистки карьеров с горной породой от мусора.

Проходя мимо одного из таких стендов, невольно смотришь наверх. Там в воздухе зависает белый шар чуть меньше фитбола. Оказывается, улучшенную версию аэростата для изучения планеты Венера изобрела группа школьников. К аппарату мы вернемся позже. А пока – о юноше с Алтая, который оказался в этой команде.

Уроки физики

Тимофей Маслак сначала прошел этапы конкурса в своем регионе. Как вторая участница программы Диана Колосова, о которой «АП» писала на прошлой неделе, он приехал из Славгорода и тоже является учеником талантливой преподавательницы физики Натальи Бабаниной, рассказавшей ему про «Сириус». Кроме того, помогали детям эксперты «Кванториума.22» в рамках краевой программы «Будущее Алтая».

Однако без рвения самих ребят ничего бы не получилось. Тимофею физика нравилась с самого начала. Примером для него является старший брат, участвующий в олимпиадах по этому предмету. В 10‑м классе будущий ученик «Сириуса» увлекся проектами.

– У нас было небольшое задание на уроке физики, выполняя которое мы с друзьями сумели создать ионный ветер, – рассказывает земляк. – Использовали иглу и кольцо с разными зарядами. Первая очень тонкая, поэтому на ней концентрировалась большая энергия, притягивающая электроны из воздуха. Образовалась тяга, которая ощущалась физически. Мы даже свечку смогли задуть. Этот проект меня заинтересовал, и я решил его развивать.

«Несложный» тест

Тимофей стал изучать, от чего зависит сила полученной тяги и как ее изменить. Например, увеличивал и сокращал расстояние до иглы. Параметры этой системы можно менять сколько угодно, чтобы получить новые данные и определить зависимости.

Ионные двигатели применяются в космических аппаратах для полетов на дальние расстояния. Они бесшумны, экологичны и износостойки за счет отсутствия движущихся частей. Но тяга у них слабая, и если в космосе ее хватает для передачи импульса, то в условиях земной атмосферы они справляются с трудом. К примеру, дрон на ионной тяге продержался в воздухе 4,5 минуты. Так что перспективны космические исследования на эту тему.

Со своим проектом юноша стал участвовать в «Больших вызовах». Всего в крае на конкурс подало заявки 103 школьника. Они проходили заочный отбор, защищали работы перед экспертами в Барнауле. Преодолевших эти этапы 27 человек ожидало тестирование.

– Оно было не очень сложным, – вспоминает Тимофей. – Я не думал о результатах и не ждал ничего. А когда узнал, что прошел, очень обрадовался.

Планета, похожая на Землю

Так алтайский школьник попал на июльскую проектную программу в образовательный центр «Сириус», который ему показался «волшебным местом». Здесь и вправду удивительно: в здании одноименного университета установлены луноход и ракетный двигатель в натуральную величину.

Поскольку исследование молодого славгородца было связано с космосом, парня определили в команду с соответствующим заданием – создать аэростат с изменяемой плавучестью для изучения атмосферы Венеры. Заказчик – Институт космических исследований Российской академии наук.

– Наблюдения за Венерой актуальны, – прокомментировал руководитель проекта, инженер-­конструктор ИКИ РАН Андрей Матюхин. – Она по многим параметрам похожа на Землю, но ее условия радикально отличаются. Температура на поверхности – порядка 500 градусов по Цельсию, а давление достигает 100 земных атмосфер. Перед наукой стоит задача – узнать путь эволюционного развития этой планеты и понять, не грозит ли и нашей подобная судьба.

«Работали героически»

Однако тут возникли сложности, так как земные агрегаты не способны выдерживать такие температуры. Были миссии наши и зарубежные. Рекорд поставил отечественный аппарат «Венера‑13», который продержался на поверхности горячей планеты более двух часов.

Сегодня люди могут изучать ее атмосферу лишь на высоте 55 км, где условия напоминают земные. Туда с космического аппарата запускают аэростат, который дрейфует на одном уровне и собирает данные. Но если бы он мог то взлетать выше, то опускаться, информации было бы больше. Такой «прыгающий» аэростат и пытались сделать ребята в «Сириусе».

В команде было четыре наставника и пять школьников. Коллеги Тимофея прибыли из Красноярского края, Свердловской области, Москвы и Чувашии. Кто‑то расчетами занимался, кто‑то программированием. А наш земляк отвечал за инженерную часть – создавал каркас и крепления под все датчики. Говорит, что для этого пришлось с нуля освоить 3D-моделирование. Но процесс так понравился, что трудностей юноша не заметил.

– Все ребята работали героически, – отметил Андрей Матюхин. – Зачастую оставались после пар, когда нужно было что‑то собирать. Приходилось настойчиво отправлять их на полдник. И сейчас задача выполнена, они могут собой гордиться.

«Было здорово»

Команде удалось создать три разных модуля, которые были представлены на итоговом фестивале проектов.

– Первый вариант – фазовый переход, – рассказывает Тимофей у стенда с готовыми работами. – Мы кипятим воду, она испаряется, меняя объем и силу Архимеда. Шар с паром внутри будет поднимать устройство выше – туда, где прохладнее. Образуется конденсат, и под тяжестью капель аэростат снова опустится. К сожалению, пока не удается протестировать этот вариант. Но на Венере все должно получиться – там атмосфера сама будет испарять жидкость.

Второй модуль – с пропеллером, создающим тягу, как в дронах. Его удалось опробовать на Земле. Третий – это компрессор, перекачивающий гелий в баллон и меняющий объем шара.

– Мне редко нравятся занятия, но здесь было здорово, – делится впечатлениями земляк. – Работать с проектами – одно удовольствие.

Однако сейчас пришло время сделать паузу в такой деятельности. Впереди 11‑й класс. Молодой человек планирует сосредоточиться на олимпиадах, чтобы поступить в хороший вуз. Одним из вариантов стал Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана. Тимофей хочет стать инженером – в этом он в очередной раз убедился, побывав в «Сириусе».

На фестивале было представлено 11 направлений, а исследований и изобретений – 76. И все они созвучны Стратегии научно-­
технологического развития РФ.

– «Большие вызовы» – это программа, где школьник впервые видит, что его работа нужна не учителю, а стране, – подчеркнула председатель Совета федеральной территории «Сириус», руководитель Образовательного Фонда «Талант и успех» Елена Шмелёва, которая ознакомилась с каждым проектом, в том числе и с тем, в котором участвовал наш земляк Тимофей Маслак.

Хотелось бы, чтобы путь от таких проектов школьников до реальных технических воплощений был как можно короче.