Совместная команда инженеров Самарского университета им. Королёва и Северо-Западного политехнического университета (г. Сиань, Китай) разработали систему управления, с помощью которой можно оперативно и очень точно изменять конфигурацию группировки спутников на орбите. Для изменения расположения спутников относительно друг друга разработчики предлагают использовать гибкие тросы – спутники в такой группировке будут находиться как бы "на привязи", словно собаки на выгуле, и по команде с Земли можно будет быстро менять длину их "поводков", подтягивая или разматывая на определенное расстояние соответствующий трос.
Несмотря на простоту идеи, ее реальное воплощение требует большого количества расчетов и уникального оборудования, которое будет отвечать за работу орбитальной системы тросов: не так-то просто с Земли с сантиметровой точностью управлять сразу несколькими спутниками, несущимися по орбите со скоростью, измеряемой километрами в секунду. Проект, получивший название Flex Weave (что можно примерно перевести как "гибкая связь"), был представлен на международном конкурсе научных разработок в Китае China International College Students' Innovation Competition 2025 и завоевал золотую медаль.
Работы по проекту велись в рамках совместной российско-китайской лаборатории "Космические тросовые системы", действующей в Самарском и в Северо-Западном политехническом университетах. Собранные прототипы узлов тросовой системы управления спутниками сейчас проходят наземные испытания на уникальных тестовых стендах.
"Основная идея нашего проекта – организация спутниковой группировки с возможностью оперативного и точного изменения ее конфигурации при помощи гибких тросов, которые будут соединять между собой спутники на орбите. Идея в том, чтобы спутники после вывода на орбиту, разделившись, удалялись друг от друга на заданное расстояние и вставали в стабильную, определенную заранее конфигурацию. С помощью данной системы можно выстроить различные нестандартные фигуры, например, располагать в виде звездочки, по окружности или в виде "буквы Г". Все это возможно путем точной подстройки моментов инерции и центра тяжести системы при вытягивании и подтягивании тросов. Разработанная система управления позволяет достичь сантиметровой точности позиционирования аппаратов относительно друг друга. Особенно ценно, что можно создавать не только статические, покоящиеся системы – мы можем обеспечивать непрерывное вращение всей группы спутников, что может быть полезно при, например, обзорной видеосъемке или экспериментах с микрогравитацией", – рассказал Сергей Ивлев руководитель проекта, сотрудник кафедры динамики полета и систем управления Самарского университета им. Королёва.
По его словам, кроме точности относительного позиционирования и возможности быстро изменять конфигурацию спутниковой группировки, у Flex Weave есть еще одно существенное преимущество: она позволит продлить срок активной эксплуатации спутников на орбите. Как известно, со временем спутники теряют высоту, и их орбиту периодически приходится корректировать, включая двигатели. При этом тратится топливо (или рабочее тело, в зависимости от того, какой двигатель). Когда топливо заканчивается, спутники теряют способность возвращаться на свою рабочую высоту и постепенно сходят с орбиты, заканчивая свою космическую "жизнь".
Flex Weave для сматывания и разматывания тросов использует электродвигатели, а запасы электроэнергии можно пополнять за счет солнечных батарей, то есть спутники "на привязи", в отличие от "свободных", смогут дольше работать на орбите, сохраняя заданную конфигурацию группировки. Кроме того, спутники, которые не нужно оснащать двигателями, существенно дешевле в производстве, и их проще сертифицировать.
Как отметил Сергей Ивлев, точность позиционирования спутников на орбите в составе группировки также позволяет расширить возможности космических аппаратов в плане задач дистанционного зондирования Земли. Например, если с очень высокой точностью синхронизировать данные радиолокационной съемки, сделанной двумя разными спутниками одной группировки, и при этом знать точное положение этих спутников, то с помощью математической обработки можно получить общее изображение, сравнимое по качеству и детализации с тем, что сделал бы огромный космический радар, равный по размерам расстоянию между этими спутниками на орбите.
"Связать спутники в единую систему планируется с помощью очень легкого и тонкого, но при этом очень прочного троса, созданного в рамках совместной лаборатории. Особое внимание при разработке обращено на подавление колебаний, распространяющихся по тросу при его развертывании и изменении конфигурации спутниковой группировки. Для отработки системы был создан целый ряд исследовательских и испытательных стендов. Мы надеемся, что победа в конкурсе такого высокого уровня позволит продолжить исследовательские и практические работы в области динамики полёта в сотрудничестве Китая и России", – отметил профессор Лу Ханши, руководитель лаборатории космических тросовых систем Северо-Западного политехнического университета.
В перспективе систему управления планируется испытать в реальном космическом полете – вначале ее протестируют на группировке минимальной конфигурации, состоящей всего лишь из двух спутников. Спутниковую платформу для первого запуска сотрудники Самарского университета разрабатывают совместно с китайскими коллегами. Разработчики надеются, что испытать тросовую систему на орбите удастся в ближайшие годы.
