На национальный проект «Космос*», по данным газеты «Коммерсантъ», Правительство России намерено выделить 2,2 трлн рублей в 2026–2030 годах и более 5 трлн рублей до 2036 года. В рамках нацпроекта в том числе планируется снизить стоимость выведения на орбиту одного килограмма полезного груза с 500 тыс. рублей до 200 тыс. рублей к 2036 году.

Программный комплекс PAINeT, разработанный учеными СПбГУ, может стать полезным инструментом для решения этой задачи. Благодаря ему инженеры смогут уточнить расчеты тепловой нагрузки, которые помогут спроектировать облегченную тепловую защиту многоразовых космических аппаратов. За счет этого уменьшится масса корабля, в него станет возможным загрузить больше припасов, следовательно, за прежнюю цену получится отправить больше полезного груза. Таким образом, себестоимость доставки в космос одного килограмма снизится.

Как рассказал Владимир Андреевич Истомин, руководитель проекта, старший научный сотрудник СПбГУ (кафедра гидроаэромеханики), тепловая защита нужна, чтобы аппарат не разрушился от перегрева (например, при входе в атмосферу или во время движения на высоте 10–20 км от Земли). При проектировании тепловой защиты надо учитывать множество физико-химических процессов, которые приводят к неравновесностям (отклонениям от термодинамического и физико-химического равновесия. — Прим. ред.) в потоках высокотемпературных смесей атмосферных газов.

До недавнего времени эффекты неравновесности газов не учитывались, а инженеры усредняли доступные экспериментальные сведения и проводили необходимые расчеты по приближенным формулам. Программный комплекс PAINeT позволит получить точные результаты.

PAINeT включает несколько расчетных модулей и баз данных, в том числе отдельный модуль обучения нейросети для ускорения расчетов. Работает комплекс следующим образом. Например, для моделирования физико-химических процессов в атмосфере при возвращении корабля на Землю сначала потребуется провести вычисления с помощью одного из модулей программного комплекса, затем по полученным результатам другой модуль PAINeT обучит специальную нейросеть, и она рассчитает все, что нужно, фактически в режиме реального времени.

PAINeT может использоваться конструкторами аэрокосмических предприятий в расчетах тепловых нагрузок при проектировании не только многоразовых кораблей для доставки грузов на МКС и в дальнейшем на российскую орбитальную станцию, но и при подготовке полетов к другим небесным объектам.

Кроме того, программный комплекс может быть полезен инженерам, которые проектируют высокоскоростные летательные аппараты, в том числе гиперзвуковые, осуществляющие полет в плотных слоях атмосферы (на высоте 10–50 км). Для такого моделирования важно знать точные параметры протекания неравновесных процессов за фронтом головной ударной волны, образующейся перед летательным аппаратом при движении. Конечно, PAINeT также пригодится при проведении научных исследований.

Еще больше расширяет возможности применения разработки тот факт, что модули и базы данных комплекса могут использоваться отдельно в различных вычислительных инженерных программах для повышения точности вычислений.

«Разработанный программный комплекс — это готовый инструмент для работы, которым можно пользоваться уже сейчас», — подчеркивает Владимир Истомин. Сегодня ученые СПбГУ сами используют PAINeT и его модули в рамках научных исследований, а также продолжают расширять функциональные возможности PAINeT и увеличивать скорость проводимых расчетов посредством внедрения нейронных сетей-регрессоров.

«Важно отметить, что программа написана на широко распространенном языке программирования С#. Поэтому PAINeT можно устанавливать и использовать не только в России, но и в любых дружественных странах», — говорит Владимир Истомин. Если потребуется, специалисты СПбГУ готовы адаптировать программный комплекс под любые задачи заказчика.