Космос — дело дорогое. Это знает каждый. Дорогое и сложное: не каждая страна может создать собственный спутник. Да что там создать — не каждая способна эксплуатировать уже созданный.
Летящий в космосе спутник — вершина космонавтики: как в прямом, так и в переносном смысле. Покоится она на прочном основании: инфраструктуре и кадрах. И то и другое формируется годами, стоит куда дороже, чем сам спутник, а со временем, увы, стареет.
Специалисты, выросшие вместе с космонавтикой, постепенно отходят от дел. Готовить кадры без реальных практических занятий равносильно обучению плаванию на суше. С другой стороны, проектирование спутника занимает несколько лет, а требуемый бюджет составляет миллионы долларов — ноша, непосильная даже для самых богатых мировых ВУЗов.
Как же быть? Нужно, чтобы создание спутника укладывалось в 1-2 года (подобные курсовые проекты начинаются не раньше 3-го года обучения, так что при более длительных сроках студенты просто не смогут увидеть конечный результат до своего выпуска). Ориентировочный бюджет — несколько десятков тысяч долларов (учтем, что вывод одного килограмма груза на орбиту стоит около 10 тыс. долларов).
Такими или примерно такими соображениями руководствовался профессор Стэндфордского университета Роберт Твиггс, предложивший в 1999 г. стандарт миниатюрного студенческого спутника — Cubesat — кубик, размером 10х10х10 см и массой 1 кг. Кроме стандарта было разработано устройство для интеграции спутника с ракетой-носителем, что позволило выводить Cubesat-ы попутным грузом при запуске «больших» космических аппаратов. Теперь молодые проектировщики могли сосредоточиться исключительно на разработке спутника.
Genesat-1 — миниатюрная автономная биологическая лаборатория
XI-IV (Университет Токио)
Первые запуски Cubesat-ов состоялись в июне 2003 г. Особенного успеха добились японцы: их аппараты CUTE-1 и XI-IV работают на орбите до сих пор — солидный срок даже для «больших» спутников. Связаться с ними может любой радиолюбитель (сигнал XI-IV:
Или же web-сайт спутников XI-IV и XI-V. Существенную роль в успехе сыграли многочисленные наземные испытания, выполненные под руководством специалистов японского космического агентства JAXA (кровно заинтересованного в подготовке кадров). Например, для проверки аппаратуры связи, прототип спутника запускали на метеозонде.
Замечательно, скажет скептик, — студенты сделали спутник, серьезные дяди (и тети) его проверили, запустили, он работает, специалисты подготовлены — какой теперь прок со спутника? Может не стоит его запускать — достаточно всесторонней наземной проверки и «пятерки» в дипломе?
Миниатюрный спутник может стать полигоном для отработки новых технологий: на нем можно проверять все то, для чего слишком дорого или рискованно использовать «большие» спутники. Так, на канадском Cubesat-е Can-X проходил испытания новый звездный датчик, на американском ION-е — ионный двигатель и т. д. Собирать студенческие спутники не гнушаются такие гиганты как Boeing (CSTB1), Aerospace Corporation (AeroCube 1,2) и Northrop Grumman (Mayflower). Не оставляют их своим вниманием и военные. Вот, например, вывод микроспутников MEPSI, связанных тросом, с борта «шаттла»:
Возможности первых Cubesat-ов, по сегодняшним меркам, не впечатляют. Так, уже упоминавшийся XI-IV выполнял снимки Земли с разрешением 256 x 240 пикселей, а объем памяти на его борту оставлял целых 64 Кб! Все это так, но: разработка спутников началась в 2000 г. Вспомните, какие тогда были мобильные телефоны и компьютеры — и попробуйте оценить возможный прогресс в оборудовании. Например, в 2002 г. самые маленькие двигатели-маховики для управления ориентацией спутника имели массу 0.77 кг и энергопотребление более 3 Вт. Если бы такой двигатель был установлен на Cubesat, то он не оставил бы места для других систем и потреблял бы всю энергию, вырабатываемую солнечными батареями спутника. А спустя всего пять лет аналогичный двигатель уже имел массу 44 г и энергопотребление 0.7 Вт. Так что специалисты прогнозируют, что в ближайшие пять лет начнется коммерческое использование Cubesat-ов.
А теперь поговорим о деньгах. Во сколько обходится создание Cubesat-а? Твиггс ориентировался на бюджет в 50 тыс. долл. Первые спутники, обходились даже дороже (только изготовление XI-IV обошлось в 10 тыс. долларов), что вполне естественно. Но, по мере накопления опыта, стоимость разработки стала снижаться, и сейчас она составляет примерно 10 тыс. долл. Сумма тоже приличная, но отнюдь не заоблачная (свои Cubesat-ы запустили, например, Эквадор и Колумбия). Кроме того, сейчас на рынке существует несколько готовых решений для корпуса спутника и отдельных его подсистем.
Но самое главное — в интернете накопилось множество отчетов проектировщиков (ведь это обычные студенты!), описывающих модели, состав и марки датчиков и исполнительных органов, исходный код программ, полезную литературу — то есть содержащих ту информацию, которая никогда не была (и не будет) доступна в «большой» космонавтике.
Но если резоны «больших» космических стран более или менее понятны — подготовка специалистов, отработка новых технологий, — то что нужно «маленьким» странам?
Обратите внимание на Данию. Датчане уже запустили четыре Cubesat-а (DTUsat, AAU CubeSat, AAUSAT-II, AAUSAT3) и планируют в ближайшее время запустить еще несколько. Зачем это маленькой Дании? Неужели она всерьез собирается конкурировать с США, Россией или Японией?
Нужно это затем, что космонавтика является отраслью, интегрирующей усилия специалистов десятков других отраслей. Для создания спутника, помимо собственно проектировщиков, а также баллистиков, динамиков, и специалистов других «космических» профессий, нужны также электронщики, связисты, программисты — их тоже нужно готовить и, желательно, на реальных задачах. А еще нужны специалисты по прочностным и температурным расчетам, материаловеды… Поступившую со спутников информацию нужно обрабатывать, а это еще десятки специальностей. В конце концов, прикинуть при каких условиях станет возможной коммерческая эксплуатация миниатюрных спутников — чем не задача для молодых экономистов?
Впрочем, можно и подождать. Еще в начале 1990-х американское агентство DARPA поддерживало программу по созданию малых спутников — массой до 100 кг и стоимостью до 1 млн. долл. На волне интереса к таким спутникам поднялась британская компания Surrey Satellite Technology — сейчас на ее счету уже более десятка созданных космических аппаратов. Это по-прежнему малые спутники, только решают они теперь большие задачи. В начале 2000-х появились килограммовые Cubesat-ы и скоро мы увидим их коммерческое применение. А в 2011 г. Зак Манчестер из университета Корнуэлла предложил вывести на орбиту спутники размером с почтовую марку и стоимостью около 300 долл. Пока такой спутник должен всего лишь выйти на связь и передать в эфир свои координаты, но это только пока. Так что подождем… Или все-таки не стоит ждать?
Дмитрий Храмов
Комментарии
Автор спрашивает:
И отвечает:
Хорошая статья.
Сколько перечислено разных стран от самых больших до самых маленьких! И НИ РАЗУ про Россию, где студенты тоже давно спутники разрабатывают! У автора аллергия на слово "Россия"?
Спасибо за комментарии!
У автора нет аллергий, просто в России нет аналогичных проектов (посмотрите список спутников Cubesat в Википедии). Есть малые спутники, в эксплуатации которых предполагается участие студентов, но проектируют и изготавливают эти аппараты профессионалы. Это гораздо более крупные спутники, сделать которые силами студентов (и средствами университетов) просто невозможно. Например, «Бауманец» имеет массу 87 кг. Значит только запуск его (даже если он будет просто чугунной болванкой) обойдется примерно в 870 тыс. долл. Такие проекты нужны и полезны (и счастье, что в России есть возможность их выполнять), но это не означает, что они - единственно возможная форма участия студентов в космических разработках.
У «них» это распространено еще и потому, что, начиная с 3-го курса, студенты большую часть времени занимаются подобными проектами, тогда как число лекций сокращается. Преподаватели, выступающие в роли консультантов, также делают свою основную работу, а не тянут нагрузку, дополнительную к лекционной. Получается, что это выгодно всем.
Можно организовать конкурс прототипов малых спутников. Если делать их на бытовых микросхемах, то получится еще дешевле. Специалисты проанализируют проекты (Документация и критический разбор выкладываются в сети – это важно, т.к. информации на русском языке по этой теме недостаточно), а победитель – летит в космос.
14.04.2015 Когда кубсаты стали большими — российская частная компания «Даурия Аэроспейс» совместно с НПО им. Лавочкина ведет работу по адаптации контейнеров CubeSat на межорбитальный буксир «Фрегат».
31.03.2016. Наноспутник "Томск-ТПУ-120" запущен с Байконура на МКС. Спутник, разработанный Томским политехническим университетом (ТПУ), относится к типу CubSat 3U (размеры 300х100х100 мм). Он изготовлен на 3D-принтере из термопластика, а электронные компоненты разработаны ТПУ совместно с Юго-Западным государственным университетом (ЮЗГУ). Целью запуска спутника является оценка возможностей подобных аппаратов стабильно работать на орбите. Аппарат предполагается запустить с наружной поверхности МКС, после чего он должен проработать на орбите около полугода.
28.04.2016. Выведен на орбиту наноспутник "SamSat-218" -- один из трёх первых спутников, запущенных с нового космодрома "Восточный". Особенностью аппарата, разработанного в Самарском аэрокосмическом госуниверситете, является возможность контроля посредством звонка с мобильного спутникового телефона. Наноспутник является частью комплекса «Контакт», также управляемого с мобильных терминалов по спутниковой связи "GlobStar". Другая часть комплекса «Контакт» размещена на спутнике «Аист-2», ещё одном аппарате, запущенном с "Восточного".