Возрождение легенды: 3D-сканирование космического корабля "Буран"

Верхняя Пышма — небольшой промышленный город к северу от Екатеринбурга. Это сердце Уральской горно-металлургической компании, но известен город не только этим. Здесь расположен Музейный комплекс гражданской и военной техники, учреждённый в 2005 году. Это, наверное, самая крупная, подробная и прекрасно организованная постоянная выставка отечественной и зарубежной техники: на площади 13 га расположены четыре выставочных корпуса и обширная экспозиция под открытым небом. Коллекция музея насчитывает 15 тысяч экспонатов, в том числе 1500 образцов военной и гражданской техники.
В этом году музей планирует пополнить свою экспозицию во всех смыслах весомым экспонатом. Это единственный сохранившийся в России лётный экземпляр космического корабля «Буран». Космический челнок, который сейчас находится в довольно удручающем состоянии, будет полностью отреставрирован и помещён в выстроенный специально для него новый павильон. Но сначала нужно восстановить значительную часть его корпуса.

Легендарный орбитальный челнок «Буран» совершил свой первый и единственный полёт в 15 ноября 1988 года. Это был настоящий прорыв в мировой космонавтике, который мог бы стать началом новой эры освоения космоса. Повторить достижение советских конструкторов — автоматический возвращаемый космический аппарат — на сегодняшний день никто не смог. К сожалению, в 1993 году после распада СССР программа была окончательно свёрнута.

В рамках программы «Энергия — Буран» успели выпустить только три лётных корабля такого типа. «Бураном» назывался лишь первый из них: второй был «Бурей», а третий — герой этой истории — назывался Изделием 2.01 «Байкал».

Космический корабль прибыл в Музейный комплекс в августе 2024 года. Его транспортировка из Москвы в Верхнюю Пышму сама по себе тянет на увлекательный приключенческий фильм: на барже по каналам Москвы, затем по Волге через Нижний Новгород и Казань, дальше по Каме до Перми, в конце на тягачах по объездным дорогам до Верхней Пышмы.

Подготовка многоэтапного проекта реставрации космического корабля шла несколько месяцев. Из-за того, что проект «Буран» был секретным, конструкторская документация и чертежи практически полностью отсутствуют. Единственный вариант реконструкции — создать полную цифровую копию челнока. На основе полученных данных будут спроектированы и изготовлены недостающие детали: внешние элементы маршевых двигателей и двигателей управления, створка носового шасси, часть остекления, носовой обтекатель и обтекатель кромки крыла.

По словам директора Музейного комплекса Николая Резинских, реставрация «Бурана» — это уникальный проект. Практически никто раньше не пробовал реставрировать космическую технику, таких специалистов — считанные единицы. При этом музей планирует не просто создать макет челнока, а максимально полно восстановить всю его конструкцию, включая оригинальные узлы и агрегаты, приборы, интерьер, чтобы посетители экспозиции смогли максимально полно ощутить себя пилотами настоящего орбитального челнока.

Главный специалист по реставрации «Бурана» Ярослав Чемоданов проделал огромную работу, собирая всю доступную техническую информацию о челноке по разным конструкторским бюро и институтам. Но всё равно многие конструктивные элементы придётся изобретать заново, опираясь на имеющуюся конструкцию — например, воссоздавать потерянную створку люка отсека шасси.
Первый этап реконструкции — 3D-сканирование корпуса и крыльев для создания базовой цифровой модели «Бурана». Именно в сканировании нам посчастливилось принять деятельное участие.

План работ по реконструкции очень плотный, поэтому 3D-сканирование «Бурана» начали как можно раньше — 25 января 2025 года. К весне специалисты музея собираются установить крылья и приступить к дальнейшей реставрации.

Уральский январь выдался бодрящим: сугробы, мороз -15 и пронизывающий ветер. Специалисты музея обеспечили максимально возможные комфортные условия: расчистили снег, возвели леса и установили обогреваемые шатры.

Для сканирования «Бурана» применялись ручные лазерные 3D-сканеры Helix и фирменное ПО RV 3D Studio. Сканировали одновременно двумя сканерами: данные собирали на разных участках, в том числе на разных этажах лесов, а затем полученные сканы совмещали в программе, чтобы убедиться, что вся нужная геометрия собрана.

Перед сканированием корпус челнока обклеили 6-миллиметровыми метками. Корпус практически целиком изготовлен из титана и алюминия, поэтому магнитные метки использовать было невозможно. По примерным подсчётам, на «Буран» вручную нанесли более 5000 самоклеящихся маркеров.

Сам процесс сканирования занял две полноценные рабочие смены, притом что сканеры Helix показали впечатляющую скорость оцифровки, несмотря на мороз. Самым крупным по площади объектом сканирования стал задний торец корпуса размерами примерно 6х6 метров. Пришлось работать на трёхэтажных лесах.

У «Бурана» отсутствуют носовой обтекатель и крышка отсека переднего шасси. Их необходимо будет изготовить заново и установить на свои законные места. В ходе сканирования мы оцифровали люк и кронштейны крепления, чтобы можно было сконструировать эти детали заново.

Помимо корпуса, отсканировали снятые с челнока и сложенные рядом крылья. Их размеры не менее впечатляют, чем корпус. При этом крылья — комплексные конструкции со множеством разнообразных элементов и сложной геометрией. В течение срока службы «Бурана» крылья снимались и ставились на него неоднократно, поэтому места крепления крыльев были частично повреждены и деформированы. Даже наличие полной документации не позволило бы корректно воссоздать запасные части — требовалась подгонка по месту.

В фокус сканеров попали кронштейны крепления к корпусу. Это типовые детали: достаточно создать цифровую копию одного целого кронштейна, чтобы скопировать его и заменить повреждённые или утерянные.

В RV 3D Studio прямо на месте производилось первичное совмещение сканов. Более глубокую обработку делали уже в тёплом помещении без спешки. Вся собранная геометрия отлично сошлась в пределах озвученной заказчиком точности.

Весь запланированный объём работ был выполнен за два дня. Мы отсканировали четыре крупных и ответственных части объекта:

• узлы крепления крыльев
• носовой обтекатель
• стойку переднего шасси
• сечение хвостовой части

Построенные и обработанные 3D-модели являются отличной базой для проектирования сопрягающихся деталей и узлов.

Реставрационные работы займут целый год. За это время реставраторы найдут недостающие детали или хотя бы документацию на них — или же создадут заново. После этого «Буран» вернётся в свой первоначальный вид: его ожидают удаление загрязнений, локальный ремонт повреждений, доукомплектование интерьера.

Задачи по 3D-сканированию космического корабля не закончились. В феврале 2025 года мы снова поедем сканировать — на этот раз полноразмерный испытательный стенд «Бурана», известный как ОК-КС (изделие 0.03). Это практически полная копия настоящего челнока, на которой проводились наземные испытания перед реальным запуском. Этот макет, расположенный в Сочи на территории образовательного центра «Сириус», максимально сохранился. Он станет «3D-донором» для своего брата «Байкала»: будут отсканированы все детали, отсутствующие у уральского челнока, в первую очередь корма с маршевыми двигателями и двигателями управления.

Мы продолжим рассказывать о проекте реставрации «Бурана» в следующих выпусках блога.