В космос из школы: кто разрабатывает малые космические аппараты и чем они полезны

Ракета-носитель "Союз-2.1б" с разгонным блоком "Фрегат" стартовала во вторник с космодрома Байконур. Она вывела на орбиту нашей планеты построенный в России по заказу Ирана спутник "Хайям" и 16 малых космических аппаратов. Последние представляют собой микро- и наноспутники, созданные ведущими вузами, коммерческими компаниями и некоммерческими организациями.

Космонавтика, как всем известно, является одной из самых высокотехнологичных и дорогих отраслей, особенно если это касается ракет-носителей и космических аппаратов. Их стоимость в современном мире составляет десятки, а иногда и сотни миллионов долларов, что создает очень серьезный порог вхождения на рынок.

Однако это не совсем так. Есть определенные ниши, в которых космонавтикой могут заниматься даже совсем небольшие стартапы и студенческие команды.

Самый малый спутник

В 1999 году постепенное уменьшение размеров и веса микроэлектронных компонентов позволили специалистам Калифорнийского политехнического и Стэнфордского университетов разработать единые спецификации и инструкции по созданию сверхмалых космических аппаратов. Тогда было решено делать их из частей, каждая из которых представляла собой куб с ребром 10 см и весом не более 1 кг. Такое маленькое изделие, совершенно теряющееся на фоне большинства космических аппаратов того времени, назвали юнитом (1U). Кубсаты (CubeSat) могут быть как одноюнитовые, так и собираться, словно конструктор, из нескольких частей. На боковых гранях кубсата, как правило, расположены солнечные батареи для питания, а вся электроника крепится в жесткой алюминиевой конструкции, составляющей скелет будущего космического аппарата.

Именно этот формат и стал наиболее востребованным для большинства студенческих проектов. Простота сборки, логичность конструкции, относительная доступность оказались решающими аргументами в пользу кубсатов. Причем для многих малых стран эти аппараты стали началом национальной космической программы, как например ESTCube-1, разработанный студентами Тартуского университета и являющийся первым эстонским спутником и первым в мире спутником, использующим электрический парус.

Так, кубсаты — это не исключительно студенческие поделки, это зачастую демонстраторы реальных технологий. Например, компания Planet (ранее Planet Labs) создала группировку спутников для оптической съемки Земли, опираясь исключительно на кубсаты Dove-2 формата 4U (10x10x40 см). Эти аппараты фотографируют Землю в режиме нон-стоп с разрешением 3–5 м на пиксель.

Наш маленький космос

"Нанокосмическое" движение есть и в нашей стране — оно понемногу развивается и становится все более массовым.

Начать стоит с конструкторов будущих спутников. В России их несколько, например учебные комплексы "ИнтроСат" и "ОрбиКрафт" от компании "Спутникс" или конструкторы "СириусСат" от лаборатории космических систем "Нейро-мастер". Как правило, комплект для сборки спутника содержит множество подробных обучающих материалов и инструкций, тем не менее многие стартапы идут дальше и работают над усовершенствованием базовых моделей с добавлением новых функций.

Дальше остановимся на этапе тестирования. В этих целях часто прибегают к подъему будущих микроспутников на большую высоту при помощи воздушных шаров. Такое тестирование позволяет проверить работоспособность космического аппарата за сравнительно небольшие деньги. В России подобной проверкой занимается, к примеру, компания "Стратонавтика".

А ведь есть еще множество организаций, движений и фондов, которые помогают реализовать первые космические порывы. В их числе и компания "Аэроспейс кэпитал" — разработчик и изготовитель систем отделения для космических аппаратов формата CubeSat. Немало популяризаторских проектов организуют обучение для будущих создателей спутников, предлагая как онлайн-курсы, так и интенсивы офлайн, как это делает Летняя космическая школа. Способствует реализации студенческих спутниковых проектов и общероссийское движение Space π от Фонда содействия инновациям. Отмечу и содействие Роскосмоса молодым инженерам — организация нередко позволяет запускать их космические аппараты в качестве полезной нагрузки вкупе со своими проектами.

По итогу за запуском таких небольших космических аппаратов стоят совместные усилия нескольких организаций.

16 мечтаний о космосе

Сегодня же рано утром в космос отправились 16 малых российских аппаратов: CubeSX-HSE-2, "Монитор-1", UTMN, Cyclops, Siren, КАИ-1, "Кузбасс-300", Skoltech-B1, Skoltech-B2, Polytech Universe-1, Polytech Universe-2, Vizard, "Геоскан-Эдельвейс", MIET-AIS, ИСОИ и ReshUCube. Большая часть из них — университетские проекты, некоторые же созданы российскими компаниями и стартапами. Все они будут выполнять самые разные задачи, в том числе и решать реально существующие проблемы.

Например, у космических аппаратов Skoltech-B1 и Skoltech-B2 главной задачей стоит отработка технологии межспутниковой связи на большой дистанции. КАИ-1 сможет передавать сигнал присутствия для радиолюбительской службы — он станет своеобразным маяком для радиолюбителей нашей планеты. Многие специалисты, которые связали свою жизнь с космосом, вспоминают о том, что их интерес начался во многом именно с таких сеансов радиосвязи.

"Геоскан-Эдельвейс", разработанный ГК "Геоскан", предназначен для летных испытаний спутниковой платформы "Геоскан 3U" — спутнику предстоит изучить возможность перехода наноспутников на более низкие орбиты для уменьшения количества космического мусора в орбитальном пространстве.

Школьники совместно со специалистами ООО "НИС" и ООО "Визард" создали спутник Vizard, который, как ожидается, позволит изучать направление дрейфа льдов и обеспечивать безопасность судоходства в Северном Ледовитом океане.

Космический аппарат студентов и ученых Московского института электронной техники (МИЭТ) MIET-AIS запрограммирован на получение сигнала с передатчиков автоматической информационной системы (АИС), установленных на судах с целью их последующего анализа. Эти сведения необходимы для предупреждения столкновения судов и управления их движением.

Спутник CubeSX-HSE-2 Высшей школы экономики, как ожидается, будет вести мониторинг земной поверхности Арктического региона. А космический аппарат UTMN, разработанный школьниками Тюменской области, а также студентами и сотрудниками Тюменского государственного университета (ТюмГУ), оснащен камерой, которая позволяет исследовать разливы нефти в Арктике и прогнозировать развитие экологической ситуации на этой территории.

За опасными радиационными потоками протонов солнечных вспышек, создающих дополнительные радиационные нагрузки на самолетах, будет следить космический аппарат "Монитор-1", разработанный студентами и учеными НИИ ядерной физики им. Д.В. Скобельцына МГУ.

Еще один спутник займется изучением радиационной обстановки на орбите и исследованиями магнитного поля Земли — ReshUCube, созданный коллективом из Сибирского государственного университета науки и технологий Красноярска.
Дистанционное зондирование Земли будет осуществлять и CubeSat ИСОИ от ИСОИ РАН с помощью гиперспектральной системы. Другими словами, камера этого спутника видит больше цветов, чем человеческий глаз, что увеличивает количество извлекаемой информации из отснятых материалов. Например, таким образом в ближнем инфракрасном спектре можно лучше выделить зеленые растения или определить степень созревания посевов.

В БГТУ "Военмех" им. Д.Ф. Устинова при совместном участии школьников, студентов и сотрудников вуза разработана система Cyclops для изучения деградации характеристик материалов и параметров электронных устройств в условиях космического пространства.

Коллектив ООО "Инжиниринговый центр НИУ "БелГУ" подготовил спутник Siren, основной задачей которого является изучение роста и развития микроклонов растений в культуральной среде в условиях невесомости. В качестве полезной нагрузки на спутнике — модуль, состоящий из капсулы с ростками сирени, зафиксированными специальным питательным гелеобразным раствором, а также с камерами и светодиодами.

Аппаратура спутника "Кузбасс-300", разработанного школьниками Кемеровского региона, студентами и учеными Кузбасского государственного технического университета (КузГТУ), позволит передавать на Землю данные телеметрии, голосовые сообщения и изображения.

Таким образом, даже столь, казалось бы, малые космические аппараты способны на важные и серьезные исследования. Отрадно, что есть и заинтересованная талантливая молодежь, и опытное способствующее развитию ученое сообщество, и разного рода компании и организации, которые вносят свой вклад. В конце концов именно такие проекты и способны постепенно вырастить новое поколение специалистов для космонавтики.