Пилотируемые космические полеты в зеркале науки
Специально ко Дню космонавтики1 Институт статистических исследований и экономики знаний НИУ ВШЭ с помощью системы анализа больших данных iFORA сопоставил российскую и международную научную повестку в области пилотируемых космических полетов и выявил ведущие мировые центры компетенций по данной тематике.
Эпоха пилотируемой космонавтики, которую в апреле 1961 г. открыл Юрий Гагарин своим полетом на корабле «Восток», продолжается по сей день, принося новые знания и способствуя развитию инновационных технологий, в том числе земного применения.
Первые научные публикации по тематике пилотируемых космических полетов, обеспечившие возможность экспедиций на околоземной орбите, появились в 1950-х годах. К концу XX века массив работ, связанных с данной исследовательской повесткой, достиг 60,5 тыс. Еще более интенсивными темпами он пополнялся в XXI веке: с его начала по анализируемой теме вышло около 137 тыс. публикаций, что уже более чем вдвое превысило уровень предыдущего периода.
В этот массив исследователи из России вносят заметный вклад, который особенно повысился за последнее десятилетие: если в 2013 г. доля публикаций, подготовленных отечественными авторами, составляла 4,6%, то в 2020–2022 гг. она приближается уже к 10% (рис. 1).
Наибольшая доля научных публикаций, вышедших в мире за последнее десятилетие по теме пилотируемых космических полетов, относится к предметной области технических наук (около 64,3%), опережая науки о Земле, а также физику и астрономию (40,3 и 35,9% соответственно).
В России дисциплинарная структура публикаций отличается от мировой: больше всего публикаций относятся к физике и астрономии (49%), за которыми следуют технические науки (48,6%) и науки о Земле (38%).
В настоящее время лишь три страны — Россия, США и Китай — способны осуществлять пилотируемые космические полеты. Другие экономически развитые государства активно изучают фундаментальные и практические вопросы, связанные с различными аспектами подготовки и осуществления пилотируемых космических полетов. Эти усилия находят отражение в структуре мировых публикаций по странам, среди которых лидируют США, Китай, Германия и Россия (табл. 1).
Среди профильных организаций в первой десятке — представители США, Китая, Франции, Германии (табл. 2).
Космические исследования, в силу их технологической и экономической сложности, являются сферой активного международного сотрудничества. В структуре научных публикаций на тему пилотируемых космических полетов, подготовленных российскими авторами, 24% выполнены в формате международной коллаборации. Наиболее активное сотрудничество было выстроено с исследователями из США, Германии и Франции (табл. 3).
Ключевые направления научных исследований, которые проводятся по анализируемой тематике в России и в мире, схожи (рис. 2).
Если в первые годы космической эры значительная часть публикаций была посвящена системам управления, работавшим на механических и электронных принципах, то в 1970-х годах появились более совершенные технологии на базе компьютерной техники.
В середине 1980-х годов стало возможным управление космическими кораблями с Земли, использование маховиковых систем, методов доводки квантовых систем до идеальной стабилизации, механизмов дистанционного управления навигацией и моделирования орбит.
В массиве научных публикаций, выпущенных за последнее десятилетие, выделяется тематическое направление, связанное с созданием автоматизированных систем управления для поддержки различных космических миссий (в том числе выполняемых без участия человека). Современная наука об управляемых полетах в космос предполагает использование нейросетей и автоматических гидравлических систем, которые обеспечивают высокую точность позиционирования, более сложную траекторию движения космических кораблей, а также быструю и надежную доставку грузов на орбиту Земли и обратно.
Целый кластер исследований посвящен различным аспектам подготовки масштабных космических миссий, предполагающих длительное пребывание человека в условиях повышенной радиации и отсутствия гравитации. В частности, он включает создание более экономически эффективных и устойчивых космических кораблей, оптимизацию оборудования, систем жизнеобеспечения и безопасности экипажа. В тренировках будущих пилотов важную роль играют технологии виртуальной и дополненной реальности, помогающие оттачивать функции управления космическим кораблем, проведение научных экспериментов и др. Наконец, данные, получаемые при изучении влияния факторов космической среды на объекты живой природы, позволяют разрабатывать новые методы лечения.
Источники: расчеты на основе системы интеллектуального анализа больших данных iFORA (правообладатель — ИСИЭЗ НИУ ВШЭ); результаты проекта «Выявление фронтиров науки, отражающих наиболее значимые тематики глобальной научно-технологической повестки» государственного задания НИУ ВШЭ.
Материал подготовил Сергей Ревякин
Предыдущий выпуск серии «iFORA-экспресс»: «Повестка научно-технической политики России»