Команда молодых ученых Самарского национального исследовательского университета им. С.П. Королева воплощает в жизнь спутниковую разработку, получившую господдержку в конкурсной части проекта "Кадры для космоса". Студенты сконструируют, соберут и подготовят к запуску восемь аппаратов, меняющих парадигму орбитальной работы. Сроки сжатые, задачи сложные. О них корреспондент samara.aif.ru поговорил с главным конструктором проекта, аспирантом Сергеем Ивлевым.
На острие Большого Космоса
Микроминиатюризация орбитальных аппаратов — один из ключевых трендов мировой космонавтики, которая уже не дрейфует, а стремительно летит в направлении коммерциализации — максимум отдачи при минимуме затрат. Большие многотонные аппараты, несущие сложную аппаратуру, конечно, нужны, но, если часть задач можно решить сверхмалыми, почему бы не сберечь миллионы рублей?
Технология Кубсат была поставлена на поток на рубеже тысячелетий. Эти аппараты мало похожи на огромные спутники XX века. Они представляют собой каркас со стороной 10 см, начиненный электроникой. Такие базовые кубики (или "юниты") можно запускать на орбиту отдельно или собирать из них наборы. В зависимости от задач. Выводятся в космос они, как правило, не самостоятельно, а крепятся к более крупному аппарату.
"После того, как большой аппарат отделяется, эти спутники, которые к нему крепятся в большом количестве, отделяются, выбрасываются из специального пускового контейнера, выходят на свою орбиту и начинают собственную миссию. Чаще всего это целевые эксперименты, которые можно реализовать в рамках небольших аппаратов. Ими сейчас занимаются как большие компании и университеты, так и малые стартапы. Есть даже школьные аппараты", — рассказывает Сергей Ивлев.
Эта технология — день сегодняшний. Но в редакции "АиФ-Самара" Сергей Ивлев извлекает из внушительного кейса день завтрашний. Имя ему — тайнисат (от английского tiny — "крохотный"). Этот аппарат длиной в 10 и шириной всего 5 — полноценный космический аппарат. В проекте Самарского университета им. Королева таких аппаратов будет восемь, запускаемых из одного спутника-носителя, как "космическая матрешка".
"Формат апробирован в 2023 году, когда состоялся тестовый запуск по проекту Space-π. Наш коллектив работал над „малышами“ в составе космической миссии СтратоСат-ТК1 (ООО „Стартонавтика“), где на практике проведен эксперимент по доставке таких аппаратов на орбиту и разделении при помощи контейнера. Основная идея такого формата — запуск целой группировки спутников по цене одного кубсата, не теряя функционала или даже наращивая его", — поясняет Сергей Ивлев.
Малые и полезные
Основная сложность — поместить в ограниченные габариты каждого из аппаратов сложную электронику. Ведь это уже не просто эксперимент, а техника, которая должна приносить практическую пользу.
"Уменьшая габариты, мы вынуждены уменьшать и бортовую аппаратуру. В данном аппарате у нас половина его, то есть один юнит, выделен под служебные системы: бортовой компьютер, система ориентации, электропитания. Второй кубик полностью выделен под полезную нагрузку, тут располагается фотокамера", — показывает нам будущий спутник его главный конструктор.
Сергей Ивлев поясняет: один из основных практических вариантов применения аппарата — "интернет вещей". Это технология, в которой по сети общаются не люди друг с другом, не человек с машиной, а сами устройства обмениваются данными между собой.
"К примеру, это может быть мониторинг газопроводов, трубной инфраструктуры. На Крайнем Севере или Дальнем Востоке невозможно проложить интернет к каждому сегменту трубы. Наша идея в том, что мы создаем небольшой наземный терминал с солнечной панелью и датчиками, запускаем группировку наших аппаратов, каждый из которых оснащен радиоприемником „интернета вещей“, который может принимать сигнал одновременно от нескольких абонентов и накапливать данные у себя на борту. Пролетая над центром управления полетами, аппарат при помощи высокоскоростного передатчика отправляет информацию на Землю. Таким образом, мы следим за состоянием газопровода в труднодоступных местах практически непрерывно", — рассказывает ученый.
Преимущество группировки сверхмалых перед большим спутником не только в дешевизне, но и в частоте сеансов связи с аппаратами.
"Один аппарат совершает оборот вокруг Земли примерно за полтора часа. Получается, что до полутора часов может доходить и задержка в передаче данных. Мы же запускаем восемь тайнисатов. Группировка равномерно разведена по всей планете. То есть, полтора часа можно разделить на восемь аппаратов. Мы получим, что в течение 10–20 минут над каждым абонентом будет пролетать наш аппарат", — объясняет конструктор.
Также спутники оснащены полезной нагрузкой в виде фотокамеры. За счет частоты пролетов изображения позволят отслеживать наземные процессы в динамике. Например, движение арктических льдов на Северном морском пути.
Вызовы и решения
Замышляя проект, молодые ученые бросили себе сразу несколько вызовов, которые могут стать ответом на целый ряд вопросов, стоящих перед мировой космонавтикой.
Один из них — управление. Ни один из восьми аппаратов не имеет собственных реактивных двигателей. Их просто некуда ставить. Однако после отделения от носителя группировку надо равномерно развести по орбите.
"Это одно из ключевых направлений современной космической работы — пассивные системы ориентации. На орбите вакуум, но там есть остатки атмосферы — редкие атомы воздуха из атмосферы, которые дают лобовое сопротивление. Ориентируя аппарат, мы можем это лобовое сопротивление увеличивать или уменьшать. У аппарата есть маленькие электродвигатели-маховики, которые мы можем вращать и благодаря которым можем сориентировать его более узкой стороной вперед. Испытывая меньшее сопротивление, он будет замедляться медленнее остальных. Тогда как, например, его „сосед“, которого мы сориентируем иначе, будет испытывать лобовое сопротивление по большей площади, то есть и тормозить сильнее. Таким образом, по нашим расчетам, за 10 дней мы сможем получить группировку, которая будет равномерно разведена по всей планете и обеспечит частые пролеты", — рассказал Сергей Ивлев.
Еще одна сложнейшая задача — обмен данными внутри самой группировки.
"У нас есть командно-телеметрический передатчик, предназначенный для передачи базовой информации о функциях аппарата на Землю, для управления, для получения команд. При его же помощи „соседи“ по группировке смогут общаться по сети подобно общению по сети через роутеры. Эта задача в основном связана с программным обеспечением", — пояснил главный конструктор.
Команда и дедлайны
Костяк команды состоит из восьми студентов: электронщики, программисты, конструкторы, математики. Проектирование, расчеты, документация, воплощение "в железе" — все в их руках. Привлекаются и дополнительные сотрудники из числа учащихся. Преподаватели выступают в роли наставников и экспертов.
Сроки очень сжатые. Но и условия для быстрой и качественной работы созданы: победа в конкурсе проекта "Кадры для космоса" и получение государственного финансирования позволили университету приобрести новое оборудование для работы с электроникой сверхмалых спутников и их испытания на Земле.
"Сейчас завершен этап проектирования аппарата. Вы видите уже технологические образцы, — рассказывает Сергей Ивлев. — Теперь запускаем их тиражирование. Нужно собрать 12 — 15 таких аппаратов, из которых полетит восемь. Часть останется на Земле для дальнейшей отработки технологии. Весь проект должен быть завершен в 2026 году и будет ожидать своего запуска на орбиту".
Источник: samara.aif.ru
Фото: Марина Ефременко
