Миссии и проекты СГАУ

В начале июня в Самаре на базе СГАУ пройдёт первый Российский симпозиум по наноспутникам с международным участием «RusNanoSat-2015». Организаторами мероприятия выступают СГАУ, АО «РКЦ «Прогресс», Поволжское отделение Российской академии космонавтики имени К.Э. Циолковского. Симпозиум проводился при поддержке Российского федерального космического агентства, Правительства Самарской области, Совета по космосу РАН, Международной астронавтической федерации.О перспективах нового для России научного направления и задачах национальных исследовательских университетов в области проектирования, создания и использования наноспутников рассказал заведующий межвузовской кафедрой космических исследований СГАУ профессор Игорь Белоконов.
 

- Игорь Витальевич, с чем связано возникновение в России работ по созданию студенческого наноспутника? На какой стадии сегодня находится данное научное направление, и чем оно привлекательно для российских вузов?

 

- Прежде всего, хочется остановиться на терминологии. Под понятием «наноспутники» мировое космическое сообщество договорилось понимать космические аппараты, имеющие массу до 10 кг. Первый наноспутник в России был сделан организацией РНИИКП (ныне это ОАО «Российские космические системы») и был запущен в 2005 г. с борта МКС космонавтом Толгатом Мусабаевым. В последнее время под наноспутниками всё чаще понимаются КА стандарта CubeSat, имеющие унифицированное конструктивное решение в виде параллелепипеда с сечением в форме квадрата со стороной 10 см и длиной ребра, кратной 10 см. 
 

До недавнего времени такие наноспутники у нас в стране не разрабатывались, хотя в мире их создаётся до сотни в год. Этому есть объяснение. Во-первых, все университетские спутники изготавливаются силами предприятий Роскосмоса, которые привыкли создавать и достаточно долго тяжёлые крупногабаритные космические аппараты в рамках ведомственных стандартов из комплектующих, производимых внутри страны. Во-вторых, существенное отставание нашей микромеханики и микроэлектроники от западных технологий. 
 

Первый запуск студенческого наноспутника, созданного от начала и до конца в СГАУ, планируется в конце 2015 года с космодрома «Восточный». Это новое и перспективное для нас дело, ведь раньше в университете КА силами студентов и аспирантовне создавались, и мы очень горды, что наш первый наноспутник SamSat-218 предполагается запустить самарской ракетой  с нового российского космодрома. 

 

- Что этому предшествовало и почему это так важно для нас? 

 

Дело в том, что новый мировой тренд – создание университетами наноспутников стандарта CubeSat, начал формироваться еще в 1999 году. Калифорнийским политехническим и Стэнфордским университетами, а в 2003 г. был уже запущен на орбиту первый кубик. Тогда были заложены геометрические и массовые стандарты наноспутников.
 

Следующее условие стандартизации, обеспечивающее дешевизну таких спутников – мелкосерийное производство обеспечивающих систем, унифицированный механический и электрический интерфейсы. Сегодня каждый университет может купить необходимый набор элементов в специализированных интернет-магазинах и собрать наноспутник, добавив в него свой блок или научную аппаратуру. Это чрезвычайно привлекательно для университетов, так как даёт возможность широкому кругу молодёжи приобщиться к космическим технологиям.

Разумеется, мы не могли остаться в стороне от нового тренда. Мы видим, насколько сильно развито данное направление за рубежом. К тому же, в области развития космической техники западные вузы перешли к новой форме образования, так называемому проектному обучению – обучению через участие в конкретном проекте, в реальных научных исследованиях, имеющих относительно короткие сроки реализации. Здесь выгодно сочетаются два естественных фактора: время обучения и стоимость проекта. Молодежь не любит долго ждать, ей хочется увидеть результат своей работы во время пребывания в стенах университета. И в рамках, например, магистерской программы, рассчитанной на два года, можно реально осуществить проект по созданию наноспутника, причём при относительно небольших финансовых затратах. Сочетание необходимости перевода космического образования на новый качественный уровень и возможностей развития микроэлектроники, которые сегодня появились, породило новое для нас направление – наноспутники.

 

Сегодня наноспутники из разряда «игрушки» перешли в самостоятельный тип космических аппаратов. И уже решают на орбите определенный круг полезных задач, например, мониторинг геофизических полей, сбор и передачу на Землю данных о транспортных перевозках по воде и суше, получение снимков Земли из космоса.
 

Сейчас происходит стремительный переход к созданию группировок наноспутников. Примером является проект PlanetLab, представляющий группировку наноспутников, используемую учеными для тестирования новых сетевых сервисов или модификации уже существующих – прообраз будущего космического интернета. На западе сейчас начинает реализовываться проект вывода на орбиту до 100 наноспутников для создания сети вокруг Земли, которая позволит любому человеку через мобильное приложение получить снимок нужного района земной поверхности. Подобные спутники активно запускаются при помощи манипулятора с японского сегмента МКС.

 

- Что сейчас происходит в СГАУ в части создания наноспутников?

 

- В нашем университете межвузовской кафедрой космических исследований параллельно создаются два наноспутника. Первый, упомянутый ранее SamSat-218, находится в лаборатории университета и будет готов к августу текущего года. Сейчас активно проводится комплекс необходимых испытаний его подсистем. При этом мы используем возможности созданного при финансовой поддержке администрации Самарской области Центра испытаний и комплексной отработки наноспутников, который оснащён современным испытательным оборудованием.
 

Второй спутник - SamSat-QB50 - готовится для участия в масштабном международном проекте под эгидой Института гидродинамики Теодора фон Кармана (Бельгия) и при финансовой поддержке Евросоюза. Задача проекта QB50 - построение и изучение пространственно-временной модели термосферы Земли – нижних слоев верхней атмосферы. Уникальность этого проекта состоит в том, что все 50 наноспутников создаются ведущими университетами мира. Мы вошли в этот проект в 2011 г., и стали разрабатывать наноспутник SamSat-QB50, который победил в конкурсе, после чего наш университет подписал договор об участии в проекте. У нашего наноспутника есть особенность – изменяемая геометрия. Начальная форма имеет форму «двойного» кубика (размеры 10 см х 10 см х 20 см), а после выхода на орбиту он раздвигается и приобретает форму «тройного» кубика. Это делается для того, чтобы использовать аэродинамическую силу, которая заметно действует на этих высотах – порядка 380 км - для стабилизации продольной оси по вектору скорости полёта. Идея трансформации спутника и позволила нам выиграть конкурс на участие в международном проекте. В самом проекте участвует 50 университетских спутников из 27. В некоторых странах в проекте участвуют несколько университетов,каждый из которых делает свой спутник. Например, США делают четыре спутника, Франция - пять, а Китай является рекордсменом - делает семь спутников. К сожалению, от России участвуем только мы.
 

Проект непростой, и главная проблема сейчас это запуск. Первоначально предполагался вывод группировки наноспутников на орбиту российской конверсионной ракетой «Штиль», но потом был подписан контракт с Украиной об использовании ракеты-носителя «Циклон-4» с космодрома Алкантара в Бразилии в феврале 2016 года. Но совсем недавно было сообщено, что Бразилия приняла решение отказаться от сотрудничества с Украиной в рамках проекта «Циклон-4». Сейчас организаторы проекта активно занимаются поиском новых пусковых возможностей. Но пока проблема не решена и проект, образно говоря, «завис». 

 

- Какие спутники будут участвовать в запуске с Восточного?

 

- К первому запуску с космодрома «Восточный» в Самаре готовят сразу два объекта. Первый – это космический аппарат «Аист-2», который сейчас разрабатывается специалистами РКЦ «Прогресс» при участии ученых и студентов СГАУ, второй - это наноспутник SamSat-218, создающийся на межвузовской кафедре космических исследований. Университет уже изготовил и передал в РКЦ «Прогресс» шесть комплектов научной аппаратуры на «Аист-2». Межвузовская кафедра космических исследований также участвует и в проекте «Аист-2» - мы разработали и изготовили для этого спутника научную аппаратуру «Контакт-МКА». В настоящее время она проходит входной контроль и испытания.

 

- В чем специфика Вашей аппаратуры для «Аиста-2», и какие задачи ей предстоит решать на орбите?

 

- Прежде всего, аппаратура «Контакт-МКА» предназначена для решения проблемы связи с космическими аппаратами. Спутников много, а наземных центров управления мало. В будущем количество космических аппаратов увеличится, поэтому уже сегодня необходимо искать новые возможности для управления аппаратами. Постановщики экспериментов и владельцы сами хотели бы управлять своими спутниками, но у них нет специализированных станций управления для этого. Сегодня на низких высотах существует несколько крупных группировок спутников связи численностью от 40 до 66 аппаратов в каждой. В принципе, используя интернет, конечный пользователь через эти спутники можетполучать информацию и посылать команды на свой спутник, минуя традиционный центр управления. Иными словами, не выходя из дома, используя только технологические возможности спутниковой связи, можно будет отправлять сообщения с  мобильного устройства, имеющего выход в интернет, на свой космический аппарат. И получать с борта информацию, нужную для его владельца. По сути, это приближает космос к людям, позволяет использовать космическую информацию в максимальном объёме для любого человека, снять с космоса флёр таинственности или эксклюзивности. Это произойдет уже в скором времени – лет через пять. И наша аппаратура предназначена для оценки этих возможностей.
 

Аппаратура «Контакт-МКА» будет собирать и передавать информацию о динамике движения космического аппарата «Аист-2», используя комплект собственных датчиков, фактически автономно. От борта спутника наша аппаратура будет получать только питание. По сути, с мобильного устройства мы сможем «позвонить» на борт, получить информацию и при необходимости изменить программу работы аппаратуры. Отмечу, пока мы отрабатываем только технологию связи. Для чего это необходимо? Например, для снижения рисков от падения на Землю крупногабаритного мусора, такого как, выполнившие задачу верхние ступени ракет-носителей, совершающие неуправляемое движение. Сейчас этим занимаются наземные службы контроля космического пространства, однако заблаговременно определить точку входа объекта в плотные слои атмосферы не предоставляется возможным, момент входа в атмосферу может быть вне зоны действия наземных станций наблюдения. Наш модуль сможет передавать нужную информацию о параметрах движения непосредственно с орбиты, обеспечивая мониторинг за состоянием космического мусора до момента возникновения плазменного облака и разрушения конструкции.

 

- Предполагается ли организация на базе СГАУ серийного производства наноспутников? И какие задачи смогут решать группировки наноспутников?

 

- Следует понимать, что пока мы находимся в начале пути и ориентируемся в основном на зарубежный опыт. Приобретя необходимый опыт, мы постараемся не только реализовать проектное обучение для магистров и аспирантов, создавая каждый год наноспутник, но и организовывать коллективные проекты с привлечением российских и зарубежных университетов.Сейчас мы создали хорошую основу для организации мелкосерийного производства наноспутников в рамках Самарского аэрокосмического кластера.

Прорабатывается проект «Фабрика наноспутников», отправной точкой которого будет Международная летняя космическая школа «Перспективные технологии и эксперименты в космосе», которая проходит ежегодно, начиная  с 2003 года.  Надеемся, что Минобрнауки, Роскосмос, Совет по космосу РАН поддержат эти усилия, которые позволят «заразить» молодёжь космосом и решать не только кадровые проблемы космической промышленности, но быстро отрабатывать новые технологии для космонавтики. В передовых странах такая поддержка весьма значительна. Так, Национальное космическое агентство США реализует специальную программу по созданию наноспутников. Университеты получают заказы на изготовление наноспутников различного назначения для нужд агентства. Такая же ситуация и в Китае. Полагаю, есть область прикладных и научных задач, в которых без наноспутников не обойтись. Например, это демонстрирует европейский проект QB50, в котором мы участвуем. Он предполагает одновременное проведение однотипных измерений в разных точках околоземного пространства. Только так можно изучать геофизические поля. Одним или несколькими большими спутниками сделать такую работу практически невозможно. А вот при помощи нескольких десятков наноспутников возможно одновременное проведение многоточечных измерений и получение целостной картины, например,термосферы Земли. Пусть эти измерения и исследования будут продолжаться до года (это обычный срок жизни наноспутника), но они дадут уникальный фундаментальный результат. 
 

Далее прикладное применение – сбор информации с удалённых терминалов. Например, сегодня все морские суда посылают в космос информацию о себе и о перевозимом грузе, предназначенную для логистических и транспортных компаний, а также береговых служб. Наноспутники могут собирать эту информацию, сохранять ее и отправлять по запросу на Землю. Аналогичная информация оперативно может собираться с морских буёв, которые используются метеорологами, датчиков нефте-, газо- , продуктопроводов. Так, ОАО «Российские космические системы» уже испытывают подобную аппаратуру на спутнике «Ресурс-П». Она проходит тестирование, а затем будет тиражироваться и использоваться для сбора и распространения информации с морских судов. Также они разработали и наноспутник, предназначенный для решения этих задач.
 

Перспективы нанспутниковых технологий очень большие. В июне этого года мы провели первый российский симпозиум по наноспутникам с международным участием «RusNanoSat-2015». Он показал, какая ситуация в России в этой сфере и в каком направлении нам следует развиваться, какие задачи могут решать наноспутники уже сегодня.

 

- Какие задачи ставит перед собой оргкомитет симпозиума?

 

- Цель мероприятия – своеобразная ревизия наших возможностей, всего научного сообщества ведущих российских вузов, академических организаций и промышленности. Хотелось бы посмотреть, что мы уже умеем, каким опытом обладаем. Это хорошая возможность сплотиться нашему сообществу в рамках нового инновационного проекта. К участию в симпозиуме мы привлекаем также коллег из Белоруссии и Казахстана. Кстати, на нашей кафедре существует магистерская программа «Космические информационные системы и наноспутники. Навигация и дистанционное зондирование Земли», которая пользуется большой популярностью у молодёжи из Казахстана. 
 

На симпозиуме мы планируем провести круглый стол, в котором будут участвовать и евразийские партнеры. Ведь в этих странах также ведутся разработки в области создания наноспутников. Белоруссия, Казахстан и Россия вполне смогли бы предложить и реализовать собственный проект группировки наноспутников. Пусть не такой масштабный, как у Евросоюза,  но способный решить достаточно нетривиальную задачу. Вот эти возможности и перспективы и будут являться предметом обсуждения на заключительном заседании симпозиума. В симпозиуме активно участвуют учёные из институтов РАН - Института космических исследований, Института прикладной физики, Института прикладном механики. 
 

В программу симпозиума включено 44 доклада, в том числе от головного научного института Роскосмоса - ЦНИИМАШ, самарского ракетно-космического центра «Прогресс», Научно-исследовательского института космических систем - филиала центра Хруничева и др. Будет много докладов, подготовленных учеными СГАУ – мы уже имеем серьезные наработки по этой тематике. Но есть и еще один принципиальный момент в пользу возможности СГАУ стать лидером этого движения в России – это сильная поддержка со стороны правительства Самарской области наших начинаний и проектов.

 

- В чем она заключается?

 

- Любой космический аппарат должен тестироваться, а после этого получить сертификат летной годности. Для этого на базе государственного автономного учреждения Самарской области «Центр инновационного развития и кластерных инициатив» создан центр испытаний и отработки систем наноспутников (ЦИОН). Этотцентр сформирован при непосредственном участии администрации Самарской области, и находится на площадке кампуса СГАУ. В центре есть лаборатория исследования влияния факторов космического пространства, лаборатория тестирования систем управления движением наноспутников, лаборатория изготовления, сборки и тестирования электронных систем наноспутников, лаборатория исследования влияния динамики движения наноспутников на навигацию и связь, оснащённые современным испытательным оборудованием. В этом году ожидается дооснащение лабораторий. Благодаря поддержке регионального правительства мы получили возможность отработать различные технологии по испытанию космических аппаратов и их систем. Отмечу, в России нет подобных центров испытаний именно для наноспутников. В этом плане Самара стал пионером.

 

- Центр создан и уже испытал какой-либо космический аппарат или всё впереди?

 

- Да, центр работает, но в силу последних событий в стране и мире возникли некие проблемы, которые  мы сегодня преодолеваем. Суть в следующем – ранее мы использовали в работе импортные комплектующие и подсистемы. В конце прошлого года пытались купить ряд комплектующих за рубежом, но натолкнулись на санкции и бюрократические преграды со стороны иностранных поставщиков. Мы поняли, что надо действовать самостоятельно, и сегодня практически все бортовые системы наноспутника  SamSat-218 разработаны и созданы нашими руками. В настоящее время в центре мы тестируем все наши разработки, а именно, бортовой компьютер, антенну, панели солнечных батарей, систему стабилизации и т.д. За последние два года наши студенты приобрели бесценный опыт разработки, изготовления и испытаний наноспутников. Они все без исключения «заболели» космосом и с большим энтузиазмом решают поставленные задачи. Они резко отличаются по уровню знаний, по опыту самостоятельной практической работы, по уровню владения современными технологиями от обычных студентов. Фактически формируется новая категория современных инженеров-исследователей, уверенных в своих силах, которым по плечу будет решить новые задачи, стоящие перед российской космонавтикой. А планов впереди у нас очень много, но об этом поговорим в следующий раз.

 

Беседовал Дмитрий Попов