Космические кубики: к чему приведет уменьшение размеров космических кораблей

Выход человека в космос в середине XX века требовал таких колоссальных усилий и затрат, которые могли себе позволить только сверхдержавы. И даже в начале третьего тысячелетия стран, входящих в Большой космический клуб, остается немного: чтобы стать полноправным членом этого неформального объединения, государству нужно продемонстрировать на практике собственную технологию космических полетов. То есть запустить спутник собственной разработки и производства, собственной ракетой-носителем, с собственного космодрома. Затраты на такие проекты по силам далеко не каждой экономике. Однако желание не просто вырваться за пределы атмосферы, а получить там новые знания (да и выгоду тоже) заставляет искать новые пути.

Одним из них стала миниатюризация космических аппаратов и новые, рассчитанные на таких малышей, способы доставки на орбиту и методы их использования. В 90-х годах прошлого столетия все чаще стал встречаться термин микроспутник. Началом его истории можно считать появление европейской платформы ASAP, что представляет собой этакую шайбу трехметрового диаметра. Она размещалась между последней ступенью ракеты Ariane и выводимым ею основным космическим аппаратом. На платформе монтировались 6 спутников, значительно меньшего размера по сравнению с основным грузом. После отделения основного спутника и удаления его на безопасную дистанцию присоседившиеся к нему аппараты отделялись в нужном месте один за другим с помощью пружинных толкателей.

РАЗБЕРЕМСЯ С РАЗМЕРАМИ

Деоккупация юга страны – как украинские военные отвоевывают территории

Запрет на передвижение по стране для военнообязанных – все детали

Ракетные удары по мирным украинским городам - июль 2022

Ядерный терроризм россии

Для начала составим некоторое представление о размерах и весе аппаратов, вращающихся на орбитах вокруг Земли. Международная космическая станция — самый дорогостоящий космический объект в истории — весит около 417 т при длине более 100 м. На создание и поддержание жизнедеятельности этого гиганта понадобились усилия многих стран и десятки стартов ракет. Космический телескоп "Хаббл" весит 11 тонн. Каждый из трех десятков спутников, обеспечивающих работу Системы глобального позиционирования (GPS), имеет массу до тонны и размеры с раскрытыми батареями — около 10 метров. Многочисленные аппараты дистанционного зондирования Земли весят до нескольких центнеров. В целом же все, что летает в космосе, но весит меньше полутонны, договорились относить к малым спутникам.

МЕЛЮЗГА. Гигантами среди малых спутников являются мини-спутники: их вес вместе с топливом колеблется в пределах 100—500 кг. Как правило, при их создании используются обкатанные технологии, специально созданные для работы в космосе (а значит более дорогие) электронные компоненты. Отправляют их на орбиту, как правило, по несколько штук достаточно мощными носителями. С уменьшением массы аппарата их разделяют микро- (10—100 кг), нано- (1—10 кг) и пикоспутники (0,1—1 кг).

Кстати, если пользоваться этой классификацией, то первый искусственный спутник Земли (масса — 83,6 кг), выведенный на орбиту в 1957 г. Советским Союзом, принадлежит к микроспутникам. Первый американский спутник Explorer-1, выведенный на орбиту в 1958 г., попадает в класс наноспутников, так как весил 8,3 кг. Следующий американский спутник Vanguard-1 (1958 г.) массой 1,5 кг вообще близок к пикоспутникам. В наши дни именно эта категория миниатюрных космических аппаратов значительно изменила подходы к освоению космоса.

Vanguard-1. Второй спутник США

ПАРАЛЛЕЛЕПИПЕД КАК СТАНДАРТ

В 1999 г. профессор Роберт Твиггс из Стэнфордского университета (США) предложил ввести стандарт для микро- и наноспутников, который вскоре получил название CubeSat. Его особенность — фиксированные габариты аппаратов, которые можно изменять кратно: CubeSat 1U — это кубик 10х10х10 см, 2U — это уже два кубика (10х10х20 см), 3U — 10х10х30 см. И так далее...

Достигнутый в практической работе на сегодняшний момент предел — 6U (10х20х30 см). Появление общего стандарта позволило шаг за шагом наработать множество конструкционных элементов (батареи, платы, датчики, системы коммуникации), которые можно использовать на различных моделях спутников.

Причем беспокойные умы постоянно придумывают что-то новенькое: то сублимационный или плазменный двигатель, то паруса для улавливания солнечного ветра.

Еще одна особенность CubeSat: они создаются из электронных компонентов индустриального класса, т. е. не планировавшихся для использования в космосе. Да, они недолговечны, но для решения задач, поставленных перед малютками, их вполне хватает. Однако тестирование совместимости систем, написание программного обеспечения и отладку работы никто не отменял. Так что у инженеров на создание каждого нового "кубика" уходят месяцы.
На первых поколениях "космокубиков" были отработаны многие технологии, компоновки и научные приборы. Оказалось, что им по силам множество практических задач.

Показательный пример — спутники Dove ("Голубь"), созданные в компании Planet Labs. Эти "птички" вписываются в формат 3U (10х10х30 см). В этот объем втиснуты 90-миллиметровый телескоп, фотоматрица, система ориентации из трех двигателей-маховиков и магнитных катушек. Одним словом — приличный аппарат дистанционного зондирования Земли размером с пару фотокамер-зеркалок.

Cubesat. Под силу создать даже в университетской лаборатории

НАШИ НЕ ОТСТАЮТ

Как уже говорилось, использование небольших по размеру космических аппаратов позволило в ряде случаев заниматься разработкой космической техники и выводом ее на орбиту немногочисленным коллективам энтузиастов при довольно скромном финансировании. Как раз то, что нужно нашему обществу: когда ракетно-космический потенциал, доставшийся от СССР, по большей части утрачен и существует вполне реальная угроза безнадежно выпасть из процессов, происходящих в этой области знаний и техники.

ОПЫТ КПИ. Преподаватели и студенты НТУУ КПИ пошли именно по такому пути: начали создавать спутники формата CubeSat. Тем более что опыт работы в космической отрасли у кафедр и факультетов КПИ имеется. И пока спутник "Лыбедь" Национального космического агентства Украины который год пылится на складах где-то в РФ в ожидании запуска, украинские преподаватели и студенты помаленьку торят собственную дорогу на орбиту.

Первое из их творений, спутник PolyITAN-1, отправился за пределы атмосферы еще в 2014 г. — на конверсионной ракете "Днепр" с космодрома в Оренбургской области. Тогда одним носителем запустили 21 аппарат формата Cubesat и 6 спутников побольше. В ходе работы PolyITAN-1 украинские студенты отрабатывали режимы полета и проверяли работу созданных в КПИ солнечных источников питания. Одним словом — набирали бесценный опыт, который в скором будущем пригодится им при работе над более масштабными системами.

В ближайшее время должен состояться вывод на орбиту еще одного спутника — PolyITAN-2: аппарат имеет форму куба с ребром 20 см и весит 1,9 кг. Спутник будет собирать и транслировать на Землю информацию о нижних слоях атмосферы.

Старт. Ракета-носитель "Днепр"

PolyITAN-1. Обязательный кадр микроспутника перед стартом