Наноспутники имеют ряд преимуществ перед большими аппаратами. Самое главное — это малобюджетные по сравнению проекты: и по финансам, и по времени разработки, и по стоимости запуска.
От слов — к делу
Наноспутники собирают на базе факультета радиофизики и компьютерных технологий БГУ. Здесь готовят специалистов для работы в космической отрасли: от управления космическими аппаратами до разработки компонентов спутников.— Работа в данном направлении началась с принятием решения о запуске первого белорусского спутника, — вспоминает руководитель Центра аэрокосмического образования БГУ Владимир Саечников. — Нам поручили обеспечить кадрами Белорусскую космическую систему дистанционного зондирования Земли. Затем появились другие проекты. Сейчас активно развиваем тему университетских спутников. Их можно смело назвать летающей учебно-научной лабораторией, потому что, начиная с идеи и создания и заканчивая запуском и эксплуатацией, этим должны заниматься студенты. То есть наша главная задача при создании спутника — научить студентов полному циклу разработки и использования космических аппаратов.
Университетский спутник позволяет выполнять широкий круг образовательных задач. Студенты освоили полный технологический цикл создания и использования собственных космических аппаратов. Вместе с наземным комплексом управления, приема и обработки данных они в реальных условиях осваивают космические технологии и проводят научные исследования. Среди прочего — съемка земной поверхности, контроль радиационного фона в разных точках планеты, также ведут экологический мониторинг, исследование геофизических полей и отработку новейших технологий, методов и программно-аппаратных решений.
— Нам интересны данные телеметрии, — приводит пример Владимир Саечников. — По ним студенты выполняют тематические задания, например, определяют и корректируют параметры орбиты. Существует американская система контроля космических объектов NORAD. Ее точность далека от идеала. Зато, работая непосредственно с сигналами, получаемыми со спутников, можно определить их орбиты с высокой точностью. Этим и занимаются наши студенты во время учебы. Определяют, на какой высоте находится аппарат и рассчитывают его положение через энный промежуток времени. Так они не только по учебникам, но и на практике осваивают навыки, которые им пригодятся для работы в аэрокосмической отрасли.
Наноспутники можно использовать и в научных целях. С их помощью проводится изучение динамики объектов на околоземной орбите, исследование радиационных полей околоземного пространства и радиационной стойкости электронных элементов, дистанционное зондирование Земли. Существует мнение, что будущее космических исследований именно за такими сверхмалыми специализированными аппаратами.
Ребята в Студенческом городке на улице Курчатова принимают сигнал прямо из окна общежития на самодельную антенну. Руководство к действию
Комплекс управления Центра аэрокосмического образования представляет собой распределенную структуру. Одна часть находится в здании факультета радиофизики и компьютерных технологий, вторая расположена в здании факультета международных отношений. Оба центра работают в автоматическом режиме. Здесь и спутниковые антенны, и всевозможные датчики, и большие мониторы. На них в режиме реального времени может выводиться информация с десятков спутников различного назначения, передающих информацию в открытых кодах.
С запуском второго наноспутника и привлечением к проекту все большего числа студентов назрела необходимость в создании дополнительного центра управления. Он сейчас оборудуется в Студенческом городке БГУ на улице Курчатова.
— Реальная возможность сконцентрировать в очень маленьких космических аппаратах все системы больших спутников появилась в 1990-х. В 1999 году в космической лаборатории Стэнфордского университета разработали технологию наноспутника Cube-Sat специально для учебных заведений. Она и легла в основу нашего университетского спутника, — делает краткий экскурс в историю Владимир Саечников.
К наноспутникам относятся космические аппараты массой от одного до десяти килограммов. Они имеют ряд преимуществ перед большими аппаратами. Самое главное — по сравнению с большими это малобюджетные проекты и по финансам, и по времени разработки, и по стоимости запуска. По некоторым подсчетам, стоимость разработки наноспутника обходится приблизительно в 50 000 долларов. Для сравнения: предварительная стоимость создания второго Белорусского космического аппарата оценивалась в 180 миллионов долларов. При этом на университетском спутнике можно опробовать новейшие технологии, которые позже можно использовать на больших аппаратах.
— Наноспутник в базовой комплектации имеет те же системы, обеспечивающие его работу в космосе, что и большой аппарат. Это энергоснабжение, управление, телекоммуникация, системы ориентации и стабилизации и другое, — перечисляет собеседник. — Наноспутник можно оснащать элементами с дополнительной целевой нагрузкой для решения технических, научных или учебных задач. Наш новый аппарат, например, оснащается двумя камерами высокого разрешения и специальной электромеханической системой ориентации и стабилизации для получения качественных снимков.
Первый университетский спутник BSU Sat-1 БГУ уже почти два года кружит в космосе.Полна горница идей
Первый университетский спутник BSU Sat-1 БГУ уже почти два года кружит в космосе. Его вывели на орбиту 29 октября 2018 года в Китае с космодрома Цзюцюань. Он стал первым университетским спутником в системе белорусского образования и третьим объектом отечественного происхождения на околоземной орбите.Программное обеспечение для BSU Sat-1 разработали ученые БГУ. Полетная программа создавалась индивидуально под технические характеристики ракеты-носителя, служебной платформы спутника и задач целевой аппаратуры. Прежде разрабатывать такого рода оборудование не приходилось.
Сейчас готовится к запуску второй университетский спутник. Он весит около 3 килограммов и в отличие от своего предшественника будет больше — 30х10х10 сантиметров. Все основные модули и системы — белорусского производства. Аппарат также оснащен уникальными солнечными батареями, устойчивыми к космической радиации. Они изготовлены в Китае и имеют эффективность 32 процента. Это очень высокий показатель!
Первый спутник БГУ вывели на орбиту 29 октября 2018 года в Китае с космодрома Цзюцюань.— При запуске первого спутника мы ставили себе основной задачей освоить его технологию на всех этапах: разработка, изготовление, испытание, запуск, эксплуатация, — Владимир Саечников обозначил свою позицию. — Университетских спутников во всем мире запущено уже около 150, из них примерно половина — безрезультатно. Причины разные — от перегрузки спутника аппаратурой до небрежности при эксплуатации. Вместе с нашим спутником в 2018 году должны были запустить еще 11 маленьких спутников других стран. До старта дошли только 6 из них. Спустя два года в рабочем состоянии остались два, один из них наш. Чтобы наш аппарат не превратился в очередной космический мусор, перед запуском его тщательно тестировали.
Что касается ударных нагрузок, то вероятность столкновения маленького спутника с космическим мусором на орбите крайне мала. Однако в момент запуска на аппарат действуют колоссальные нагрузки, поэтому наноспутник тщательно тестируют. Он уже успешно прошел термовакуумные испытания. Впереди тестирование на устойчивость к вибрациям. Его проведут на специально созданном для этого стенде на базе факультета радиофизики.
— Наиболее нагревающиеся элементы спутника — передатчики, а наиболее чувствительные к условиям космического пространства — аккумуляторы. Их температура должна находиться в пределах от 10 до 50 градусов. Это непросто, учитывая, что мы говорим об открытом космосе, — вдается в детали Владимир Саечников. — Мы скомпоновали спутник таким образом, чтобы передатчики и элементы питания располагались рядом. Так по контролю температуры мы можем включить повышенную мощность, чтобы подогреть элементы питания, когда спутник пролетает с теневой стороны.
Игра в кубики
Наноспутник BSU Sat-1 передает информацию и принимает команды из центра управления в радиолюбительском диапазоне. При этом информация не кодируется либо кодируется, но с предоставлением кодов для расшифровки. То есть необязательно находиться в центре приема, чтобы принимать информацию с наноспутника.
Информация не кодируется либо кодируется, но с предоставлением кодов для расшифровки. То есть для приема информации необязательно находиться в центре приема.Получать данные со второго спутника — BSU Sat-2 — также смогут все организации и частные лица, у которых есть минимальные средства приема. Собранная радиолюбителями разных стран информация аккумулируется на специально созданном сайте www.bsusat.com. Необходимость создания такого ресурса объяснил Владимир Саечников:
— На этот сайт любой пользователь из любой точки планеты может загрузить свой пакет информации, принятый с нашего спутника, и воспользоваться уже имеющейся информацией на сайте. Для чего это нужно? За тот короткий промежуток времени, пока спутник будет находиться в зоне нашей радиовидимости, мы сумеем собрать лишь небольшой объем данных. Но чем больше радиолюбителей мы подключим по всей планете, тем больший объем данных сможем собрать на портале. Канадский проект, аналогичный нашему, например, смог объединить около 2 миллионов пользователей.
На сервисе нахожу видеоролик, на котором запечатлены ребята, живущие в Студенческом городке на улице Курчатова. Они принимают сигнал прямо из окна общежития на самодельную антенну. Вот это тяга к знаниям! Кстати, все инструкции о том, как раскодировать полученную со спутника информацию, также есть на сайте.
Собеседник показывает мне 3D-модель второго спутника:
— Это свободные места (обводит карандашом пустые области на схеме. — Прим. авт.), которые мы предлагаем всем желающим университетам для размещения их полезной нагрузки. Письма с предложением о сотрудничестве мы разослали в различные университеты России, Китая и других стран. Все-таки между университетами должен быть обмен знаниями и информацией, без этого в науке никак.
3D-модель второго спутника: все основные модули и системы в нем —белорусского производства.Дубль два
При создании нового аппарата учитывается накопленный с BSU Sat-1 опыт, модернизируется система управления, устанавливаются новые камеры. Их будет две. Обе высокого разрешения. Здесь возникает проблема с передачей данных. Чтобы ее решить, на спутник установили дополнительные каналы связи.— Во втором аппарате все модули и элементы — это наша собственная разработка с полной конструкторской документацией. То есть при необходимости производство таких аппаратов можно ставить на поток, — рассказывает Владимир Саечников. — Самое главное во втором спутнике — новые системы управления, то есть микропроцессор со всей обвязкой. Подробно останавливаться не буду: это наше ноу-хау. Скажу только, что особое внимание мы уделили передатчикам. Это ключевой элемент, ведь если нет обмена информацией с аппаратом, то он фактически мертвый…
Двигателей на спутнике нет, так как топливо — это дополнительная угроза для носителя. Идти на риск потери многомиллионной ракеты и ее полезной нагрузки из-за студенческого проекта никто не станет. Поэтому скорректировать орбиту наноспутника не выйдет и, по разным расчетам, примерно через 5 лет аппарат сгорит из-за трения о воздух.
На BSU Sat-1 стоят дополнительные датчики и оборудование. Речь идет о солнечном, инфракрасном сенсоре, гироскопе, магнетометре, акселерометре. Все это используется для контроля ориентации спутника. Электромагнитная система ориентации необходима, чтобы развернуть его в нужную сторону и стабилизировать в пространстве. Существенно модернизированная система на основе маховиков будет применена на втором спутнике.
Обычно аналогичные объекты выводятся в космос с другими аппаратами в качестве попутного груза. Это позволяет существенно уменьшить стоимость запуска. По первому спутнику, например, переговоры о запуске велись с иностранными космическими компаниями около двух лет.
— Это небыстрый процесс, — вспоминает подготовку к запуску первого спутника Владимир Саечников. — Для Беларуси все было в новинку. Как заключать контракт с запускающей организацией? Как регистрировать частоты в Международном союзе электросвязи? Нормативная база отсутствовала. Все пришлось делать с нуля. Сейчас готовим документы, скоро будем объявлять тендер на запуск второго спутника.
Реализация программы движется поэтапно. В БГУ не ставят целью установление рекордов. Главное — обеспечить бесперебойную работу аппарата, получить необходимый опыт и знания.
Запустить второй спутник планируется в 2021 году. Таким образом, на орбите будет сформирована первая белорусская группировка из двух научно-образовательных спутников для отработки их взаимодействия и координации. Успешный пример запуска группировки спутников перед глазами есть — проект Starlink Илона Маска. Его компания SpaceX запустила проект в мае 2019 года. Всего известный инженер планирует запустить в космос до 42 000 спутников, которые обеспечат интернетом всю Землю. Так что недорогой широкополосный интернет в труднодоступных местах за счет группировки малых спутников — ближайшая реальность. Владимир Саечников также считает, что за наноспутниками будущее. Уже сейчас они могут решать практически все задачи, которые еще недавно были доступны только большим космическим аппаратам.
…Центр управления полетом будет работать в круглосуточном режиме. Оба университетских спутника будут пролетать в зоне радиовидимости над нашей территорией 6 раз в сутки в течение 10–11 минут. За эти короткие интервалы необходимо успеть принять информацию телеметрии и целевой нагрузки. На основании данных с орбиты студенты будут ставить научные эксперименты, составлять карты радиационного фона, изучать магнитные аномалии Земли.
Владимир Саечников не исключает, что, доработав технологию, БГУ сможет производить и продавать модули для небольших космических аппаратов:
— Каждый уважающий себя университет сейчас имеет спутники, аналогичные нашему. И мы продолжим двигаться в заданном направлении. Если говорить о дальнейшей перспективе, то это уже коммерческие запуски.
gorbatenko@sb.by
Фото предоставлено героями материала.
