Кубики на орбите: серьезная наука благодаря почти игрушечным космическим спутникам

Кубики на орбіті: серйозна наука завдяки майже іграшковим космічним супутникам

Украинские ученые исследуют наименее изученную часть атмосферы Земли с помощью наноспутника в рамках большого международного проекта QB50

Борис Михайлович Рассамакин руководит научной группой, создавшей два наноспутника стандарта CubeSat, которые сегодня работают на околоземной орбите

Борис Михайлович Рассамакин руководит научной группой, создавшей два наноспутника стандарта CubeSat, которые сегодня работают на околоземной орбите

Мы не знаем, что делается на тех высотах

– Мы не знаем, что делается на тех высотах. Ведь самолеты так высоко не летают, а большие спутники так низко не опускаются, – молодой человек на пальцах объясняет, как наноспутники открывают новые горизонты в исследовании космоса. Назарий Бендасюк – аспирант Института телекоммуникационных систем при НТУУ «Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского» и член научной группы, создавшей второй украинский наноспутник «PolyITAN-2-SAU».

В апреле этого года его вместе с другими подобными аппаратами запустили с космодрома на мысе Канаверал (США), а 26-го мая он начал свое путешествие по околоземной орбите. В тот самый момент, когда мы с оператором слушаем Назария, в центре управления наноспутником, нас от него отделяет более 6000 километров.

Долгожитель из КПИ

Первый в истории украинский наноспутник «PolyITAN-1» стандарта CubeSat был запущен в июне 2014 года. Приставка «нано» в данном случае означает, что вес аппарата не превышает 10 килограммов. Если больше – то уже будет микроспутник (до 200 килограммов).

Создала первый наноспутник группа ученых из Киевского политехнического института под руководством Бориса Михайловича Рассамакина, заведующего лабораторией наносупутникових технологий и лабораторией тепловых труб теплоэнергетического факультета. Особой «полезной работы» этот спутник не выполняет и не должен был выполнять. Его главная цель – отработать новые технологии. Ведь перед тем, как выполнять в космосе любую работу, надо научиться летать в космосе. С этой задачей «PolyITAN-1» справился даже слишком хорошо.

– Мы немного не то что растерялись, а не можем до конца понять, что привело к такой длительной работе нашего первого спутника, – говорит Борис Рассамакин. – Ведь при заявленном ресурсе в один год и при прогнозируемом на основе испытаний ресурсе – два года, он работает на орбите уже более трех лет.

Сложная высота

А уже второй наноспутник, созданный этой же группой, предназначен для сбора уникальной научной информации. Он – один из участников проекта QB50, финансируемого Европейским Союзом. Одна из основных целей этого проекта – исследовать Земную атмосферу на высоте от 90 до 300 километров.

PolyITAN-1 запустили влітку 2014 року з російської пускової бази «Ясний», а PolyITAN-2-SAU – у квітні цього року з космодрому на мисі Канаверал

Сегодня существуют теоретические модели, которые показывают, что происходит в этой части атмосферы. Но информации, собранной непосредственно «на месте», чтобы проверить или откорректировать расчеты, не хватает. Ведь специальные ракеты, запускаемые для исследования этих слоев атмосферы, пролетают там только в течение нескольких минут. Используются и спутники, летающие по очень вытянутой орбите (например, по такой, что расстояние от Земли варьирует от 200 километров до 3 тыс. километров). Но время их пребывания в этих самых слоях атмосферы измеряется десятками минут. Исследования этих высот с высших орбит или наземных станций также имеют существенные недостатки.

Идеальный вариант – запустить целую сеть спутников, которые будут летать на нужных высотах в течение длительного времени и делать необходимые измерения. Проблема в том, что стоимость такой «стаи» из десятков аппаратов будет заоблачной, а «жить» они будут недолго из-за торможения в атмосфере (хоть она и разрежена на таких высотах) – до полутора лет, или немного дольше.

Единственный возможный путь реализовать эту концепцию – использовать спутники формата CubeSat

Для начала нам надо знать, что спутники CubeSat выглядят как кубики. Размер каждого – строго 10 х 10 х 11,35 см. Масса – не более 1,33 кг. А с полной спецификацией формата CubeSat, занимающей 22 страницы, можно ознакомиться на специальном сайте.

Такие кубики (или почти кубики) можно ставить друг на друга. Так получается «двойной», или «тройной» CubeSat. Например, второй украинский наноспутник состоит из двух юнитов, а всего можно объединить не более шести юнитов.

Одним из главных преимуществ наноспутников является их цена. Готовый серийный аппарат можно приобрести начиная от 60 тысяч долларов. Это почти ничего по сравнению с большими аппаратами, изготавливаемыми в единичном экземпляре, или небольшими сериями.

Запускают их также по несколько десятков за раз, что позволяет разделить стоимость запуска между участниками. По словам Бориса Рассамакина, запуск «одинарного» наноспутника стоит от 60 тыс. долларов, хотя, «PolyITAN-1» удалось запустить за 20 тыс. долларов благодаря спонсорской поддержке Государственного космического агентства и ГКБ «Южное». Запуск аппарата из двух или более юнитов будет стоить дороже.

Охотник на О

Первоначально предполагалось, что в рамках проекта QB50 запустят 50 спутников, но часть участников сошла с дистанции, не добравшись до космодрома. Первую партию из 28 наноспутников, среди которых был и украинский, запустили с мыса Канаверал с помощью ракеты Atlas V в грузовом корабле «Cygnus CRS OA-7». Он доставил их на Международную космическую станцию, а оттуда 26 мая их запустили на околоземную орбиту. Вторую партию – 8 наноспутников – запустили с индийского космодрома имени Сатиш Дхавана с помощью ракеты PSLV и также успешно вывели на орбиту.

Поэтому сегодня на своих орбитах вокруг Земли в рамках проекта QB50 работает 36 наноспутников.

Информацию об атмосфере они собирают с помощью одного из научных приборов. Например, на «PolyITAN-2-SAU» установлен датчик анализа встречного потока газа FIPEX (Flux-Φ-ProbeExperiment). Его задача – измерять характеристики молекулярного и атомарного кислорода (именно атомарный кислород является основным элементом на этих высотах).

Кроме Киевского политехнического института в проекте участвуют университеты из США, Франции, Германии – всего 23 страны, а координирует их работу Фон Кармановський институт гидродинамики (Бельгия).

Планируется, что спутники будут работать на орбите от одного до двух лет.

Полученные ими данные позволят построить более точные модели поведения атмосферы на этих высотах. С прикладной точки зрения это поможет лучше понимать, как космическая погода может влиять, например, на сигналы GPS, а также, как солнечная активность может помешать работе электросетей и космических спутников. Кроме того, QB50 позволит усовершенствовать сами по себе космические технологии.

Команда Бориса Рассамакина уже планирует следующие проекты.

В частности, третий наноспутник будет предназначен для дистанционного зондирования поверхности Земли. А за полтора-два года при имеющемся финансировании ученые из Киевского политехнического института готовы сконструировать спутник для уникального космобиологического эксперимента.



Добавить комментарий