Самарский университет уже 30 лет отправляет в космос студенческие спутники

Ровно 30 лет назад началась история студенческого спутникостроения в Самарском национальном исследовательском университете имени академика С.П. Королева. За эти годы в на орбиту Земли было выведено 10 космических аппаратов, созданных при непосредственном участии студентов, молодых специалистов, ученых и инженеров Самарского университета. 

ПИОНеры в борьбе с космическим мусором

25 мая 1989 года на орбиту своеобразным "автостопом" отправились два первых спутника — "ПИОН" № 1 и № 2. Они были разработаны и созданы коллективом студенческого конструкторского бюро Куйбышевского авиационного института под руководством Юрия Тарасова и Владимира Шахмистова совместно с учеными вузовского научно-технического центра "Наука" по заданию ЦСКБ (ныне ракетно-космический центр "Прогресс"). В космосе с 1989-го по 1992 год работали шесть космических аппаратов серии "ПИОН".

"ПИОНы" — пассивные искусственные объекты наблюдения — были созданы для получения данных о плотности и уточнения существующих моделей верхней атмосферы, а также аэродинамических характеристик космического аппарата.

Аппараты были изготовлены в виде сфер из стеклопластика диаметром 330 мм и массой 50 кг и отличались лишь коэффициентами аэродинамического сопротивления. Спутники, оседлав космические аппараты "Ресурс-Ф", выводились на околокруговые орбиты высотой около 270 км и работали там до 40 суток.

По сути, "ПИОНы" стали одними из первых спутников-исследователей, задачей которых было повышение точности прогнозирования движения спутников, в том числе неуправляемых. Их появление было связано с необходимостью оперативного определения мест возможного падения несгоревших остатков космических объектов в случае неуправляемого входа в плотные слои атмосферы. К тому времени уже произошел ряд таких ситуаций — с американской орбитальной станцией "Скайлэб" и искусственными спутниками Земли (ИСЗ) "Космос-954", "Космос-1402", "Космос-1900". На орбите также скопилось множество объектов, сопутствующих процессу выведения на орбиту, — обтекатели, стяжные ленты, пироболты, пружины и т. д.

Для обеспечения измерения параметров орбиты наземными средствами внутри микроспутника был установлен восьмиуголковый отражатель. Разработчики использовали в конструкции аппарата сферическую форму, чтобы гарантировать стабильность его баллистического коэффициента и оптимально решить задачи определения плотности верхней атмосферы, уточнить модели взаимодействия атмосферы с конструкционными материалами покрытия оболочки спутника. Эталонное покрытие поверхности спутников было выбрано в результате серии экспериментов на моделях этих ИСЗ в лабораториях Института технической механики Украины и в Центральном аэрогидродинамическом институте имени профессора Н.Е. Жуковского. 

Полученные с помощью ИСЗ "ПИОН" результаты измерений плотности верхней атмосферы были использованы немецкими и английскими учеными в исследовании процессов техногенного засорения на околоземных орбитах. Доклады они предоставили в 1993 году на I Международной конференции по космическому мусору (space debris) в Дармштадте (ФРГ).

Фантазия без границ

Работа над реальными космическими аппаратами как особая образовательная траектория в подготовке будущих инженеров в 90-е годы прошлого столетия получила свое продолжение. В 1990 году в СКБ-1 по заказу ЦСКБ разработаны технические предложения по конструктивно-компоновочной схеме космического аппарата для исследования космической среды (КА ИКС). Инженеры и студенты под руководством Николая Семкина предложили оригинальную схему космического аппарата для регистрации на низких орбитах малоразмерной фракции космического мусора, состоящего из высокоскоростных частиц естественного и искусственного происхождения. 

Также в 90-е студенты работали над несколькими международными проектами. В 1992 году самарские студенты и молодые ученые Мюнхенского технического университета (Германия) участвовали в разработке аппаратов "Рапунцель" и "Фиеста", головными разработчиками которых были ЦСКБ с российской стороны и германская фирма "Кайзер-Треде" (сейчас — OHB System AG). Спустя год в СКБ-1 исследовали возможность создания простейшего студенческого спутника "ESPY" ("Наблюдатель"). Проект предусматривал использование российских базовых космических аппаратов типа "Ресурс" для выведения на орбиту совместно разработанного, но изготовленного в Великобритании космического аппарата.

В 1993 году студенты СКБ-ЛА Самарского аэрокосмического университета совместно со студентами и специалистами Харбинского политехнического института (ХПИ) разработали проект радиолокационно-оптической спутниковой системы (проект "РОСС"). Система предназначалась для натурных исследований в области гиперзвуковой аэродинамики разреженных сред, отработки методик навигационно-баллистического обеспечения околоземных космических объектов, проведения высокоточных измерений для решения исследовательских и прикладных геодезических задач. "РОСС" виделся создателям продолжением проекта "ПИОН".

Под действием Солнца

В 1989 году юбилейной комиссией Конгресса США в честь 500-летия открытия Америки был объявлен конкурс о выведении на орбиту нескольких солнечных парусных кораблей, разработанных в разных странах, и проведении гонки под парусами к Марсу. Весь путь планировалось пройти за 500 дней. Свои заявки на участие в конкурсе подали США, Канада, Великобритания, Италия, Китай, Япония и Советский Союз. Старт должен был состояться в 1992 году. Грандиозное шоу не состоялось. Однако солнечный парус российского производства был создан (единственный из всех) совместно НПО "Энергия" и Долгопрудненским конструкторским бюро автоматики и получил первую премию конкурса.

В российском этапе конкурса, который организовала Академия наук совместно с Мосстройэкономбанком участвовали и студенты Самарского государственного аэрокосмического университета. 

Коллектив студенческого конструкторского бюро факультета летательных аппаратов и кафедры динамики и полета и систем управления совместно со специалистами ЦСКБ представили свой проект космического аппарата с солнечным парусом. Основной особенностью, а точнее, трудностью конкурса было требование к техническому уровню проекта: проект должен был быть оригинальным, то есть выполнен на уровне изобретения. Второй трудностью для самарских студентов и специалистов была абсолютная новизна проблемы, решать которую предстояло в короткие сроки. 

Общее руководство разработкой осуществляли профессора Виктор Балакин и Вадим Салмин. Разработкой баллистической схемы перелета руководил к.т.н. Сергей Ишков, разработкой конструктивно-компоновочных схем и систем КА — к.т.н. Владимир Шахмистов. Специалисты ЦСКБ курировали такие вопросы, как разработка механизмов развертывания солнечных парусов и системы управления движением КА.

Разработанный в СГАУ проект выиграл российский этап открытого конкурса.

Семейство "АИСТов"

Следующий этап активного спутникостроения в Самарском университете стартовал в 2006 году. Тогда группа молодых энтузиастов предложила ракетно-космическому центру "Прогресс" создать малогабаритную космическую платформу массой до 100 кг для проведения длительных (до 3-х лет) научных исследований, технологических экспериментов, а так как над спутником предстояло работать студентам и молодым ученым, то речь шла и о реализации уникальных образовательных технологий. Кстати, к 2007 году было уже защищено 10 дипломных работ, посвященных решению практических задач по созданию спутника. В результате появился проект малого космического аппарата "АИСТ", два аппарата были запущены в 2013 году. Спустя еще три года, в 2016-м, на орбиту отправился аппарат следующего поколения — "Аист-2Д". Он создавался специалистами РКЦ "Прогресс" при участии ученых вуза. Весил спутник больше 500 кг; кроме научных экспериментов он должен был доказать, что малый аппарат способен качественно проводить съемку земной поверхности. За три года "АИСТ" прекрасно себя зарекомендовал как спутник ДЗЗ и отснял территорию площадью 39 млн кв. км.

История семейства "АИСТ" продолжается. Причем как первого поколения, так и второго.

Так, первые МКА "АИСТ" (весили всего 39 кг) работают на орбите уже 6-й год при заявленных трех и показали себя как надежная и универсальная платформа, на базе которой может быть создана линейка недорогих аппаратов для технологических и биологических экспериментов. И молодые ученые предложили три варианта оснащения аппарата целевой аппаратурой: "АИСТ-Т" можно использовать для технологических экспериментов, "АИСТ-Р" — для отработки перспективной радиолокационной аппаратуры, а "АИСТ-М" — для проведения медико-биологических экспериментов, в том числе по определению уровней радиации на высоких орбитах. 

"АИСТ-3" — тоже продолжение первого поколения, это легкий (до 300 кг) спутник для дистанционного зондирования Земли и проведения научных экспериментов. Он призван обеспечить разрешение снимков около 5 м в оптическом диапазоне с полосой захвата 60 км.

Специалисты "Прогресса" и молодые ученые кафедры космического машиностроения предлагают другие проекты на основе платформы "АИСТ-2Д". Так, назначение "АИСТ-2М" заключается также в дистанционном зондировании Земли, но снимки будут другими, стереоскопическими; такие изображения станут основой построения объемных топографических карт местности с высоким разрешением. Согласно проектным характеристикам его вес не должен превышать 750 кг, а срок активного существования на орбите составит не менее 5 лет. 

Наноспутник формирует инженера будущего

В середине 2000-х в Самарском университете выделилась новая научно-инженерная школа, занявшаяся разработкой сверхмалых космических аппаратов. На межвузовской кафедре космических исследований молодая и амбициозная команда работает над наноспутниками — космическими аппаратами, состоящими из одного или нескольких модулей размером 10×10 см и весом до 10 кг. Во всем мире такие "малыши" используются университетами для отработки новых технологий на орбите, а также как возможность приобщить к космосу студентов и аспирантов: для создания аппаратов не требуется производственных цехов больших предприятий, да и затраты сравнительно малы.

Молодые ученые кафедры выступили единственными российскими участниками амбициозного международного проекта по созданию группировки наноспутников QB-50. В 2016 году во время первого запуска с космодрома Восточный вместе с "АИСТом-2Д" на орбиту отправился наноспутник Самарского университета SamSat-218Д — один из первых отечественных студенческих спутников класса CubeSat. Спутник успешно отделился от разгонного блока и даже стал передавать робкие сигналы с орбиты. Однако передать команды для управления экспериментальным аппаратом с Земли так и не удалось. Спутник должен сойти с орбиты в 2021 году, а пока его положение отслеживает Система контроля космического пространства Центра космической разведки войск Воздушно-космической обороны РФ, а также NORAD (США).

В 2018 году самарские ученые выступили инициаторами организации консорциума российских вузов по созданию постоянно действующей группировки наноспутников, которые бы занялись изучением ионосферы Земли.

Спустя год кафедра космических исследований подключилась к международному проекту по созданию группировки нового типа космических аппаратов — фемтоспутников — весом до 100 граммов. Проект инициирован Каталонским политехническим университетом. Фактически эти аппараты являются продолжением проекта "ПИОН" — они тоже сферические, перед ними стоят примерно те же задачи — исследование верхних слоев атмосферы. Правда, они в несколько раз меньше спутников (диаметр составляет 10 см), запущенных студентами Самарского университета в 1989 году, и насыщены современными миниатюрными электронными системами. 

История студенческих спутников отечественных вузов

Несмотря на бурную космическую историю страны, можно буквально по пальцам пересчитать вузы, которые когда-либо разрабатывали либо запускали собственные аппараты на орбиту. Информацию о них сложно найти даже на сайтах самих университетов. 

В открытых источниках, можно найти отрывочные сведения о 20 космических аппаратах, созданных при участии вузов и запускавшихся в космос в разные годы. По этим данным можно сложить следующую краткую хронологию студенческого и университетского спутникостроения СССР и России.
 

Год	КА	Вуз	Разработчики
1978	"ИСКРА-4а" ("Радио-2")	МАИ	СКБ (МАИ)
	"Радио-1"	МЭИ	СКБ (МЭИ)
1989	"ПИОН" (№1, №2, №3, №4)	Самарский университет (на тот момент -  КуАИ)	СКБ (Самарский университет)
1992	"ПИОН" (№5, №6)	Самарский университет (на тот момент - СГАУ)	СКБ (Самарский университет)
1997	"Можаец-2"	Военный инженерно-космический университет им. А. Ф. Можайского	ФГУП "НПО ПМ" имени академика М. Ф. Решетнева
2005	"Университетский - Татьяна"	МГУ им. М.В. Ломоносова	КБ "Полет"
2006	"Бауманец" (неудачный пуск)	МГТУ им. Н.Э. Баумана	"НПО машиностроения"
2009	"Университетский - Татьяна 1"	МГУ им. М.В. Ломоносова	Корпорация ВНИИЭМ
2013	МКА "АИСТ" (2 аппарата на орбите)	Самарский университет (на тот момент - СГАУ)	Самарский университет, ЦСКБ "Прогресс"
2014	"Часки-1"	ЮзГУ	ЮзГУ, РКК "ЭНЕРГИЯ", Национальный инженерный университет республики Перу
2016	"Михайло Ломоносов"	МГУ им. М.В. Ломоносова	Корпорация ВНИИЭМ
	"АИСТ-2Д"	Самарский университет	Самарский университет при поддержке ЦСКБ "Прогресс"
	SamSat-218D (наноспутник)	Самарский университет	Самарский университет
2017	"Бауманец-2"	МГТУ им. Н.Э. Баумана	КБ "Полет" (Омск)
	Томск-ТПУ120 (наноспутник)	ТПУ	ТПУ
	Танюша-1 (наноспутник)	ЮзГУ	ЮзГУ
	Танюша-2 (наноспутник)	ЮзГУ	ЮзГУ

Елена Памурзина