Кубики на орбіті: серйозна наука завдяки майже іграшковим космічним супутникам

Кубики на орбіті: серйозна наука завдяки майже іграшковим космічним супутникам

Українські вчені досліджують найменш вивчену частину атмосфери Землі за допомогою наносупутника в рамках великого міжнародного проекту QB50

Борис Михайлович Рассамакін керує науковою групою, що створила два наносупутника стандарту CubeSat, які сьогодні працюють на навколоземній орбіті

Борис Михайлович Рассамакін керує науковою групою, що створила два наносупутника стандарту CubeSat, які сьогодні працюють на навколоземній орбіті

Ми не знаємо, що робиться на тих висотах

– Ми не знаємо, що робиться на тих висотах. Адже літаки так високо не літають, а великі супутники так низько не опускаються, – молодий чоловік на пальцях пояснює, як наносупутники відкривають нові горизонти в дослідженні космосу. Назарій Бендасюк – аспірант Інституту телекомунікаційних систем при НТУУ «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» і член наукової групи, що створила другий український наносупутник «PolyITAN-2-SAU».

У квітні цього року його разом з іншими подібними апаратами запустили із космодрому на мисі Канаверал (США), а 26 травня він розпочав свою подорож по навколоземній орбіті. В той самий момент, коли ми з оператором слухаємо Назарія, у центрі керування наносупутником, нас від нього відділяє понад 6 тисяч кілометрів.

Довгожитель із КПІ

Перший в історії український наносупутник «PolyITAN-1» стандарту CubeSat був запущений у червні 2014 року. Приставка «нано-» в даному разі означає, що вага апарату не перевищує 10 кілограмів. Якщо більше – то вже буде мікросупутник (аж до 200  кілограмів).

Створила перший наносупутник група вчених із Київського політехнічного інституту під керівництвом Бориса Михайловича Рассамакіна, що завідує лабораторією наносупутникових технологій та лабораторією теплових труб теплоенергетичного факультету. Особливої  «корисної роботи» цей супутник не виконує і не повинен був виконувати. Його головна мета – відпрацювати нові технології.  Адже перед тим, як виконувати у космосі будь-яку роботу, треба навчитися літати у космосі. З цією задачею «PolyITAN-1» впорався навіть занадто добре.

– Ми трішки не те що розгубилися, а не можемо до кінця зрозуміти, що призвело до такої тривалої роботи нашого першого супутника, – каже Борис Рассамакін. – Адже при заявленому ресурсі в один рік і при прогнозованому на основі випробувань ресурсі – два роки, він працює на орбіті вже понад три роки.

Складна висота

А вже другий наносупутник, створений цією ж групою, призначений для збору унікальної  наукової інформації. Він – один із учасників проекту QB50, що фінансується Європейським Союзом. Одна із основних цілей цього проекту – дослідити Земну атмосферу на висоті від 90 до 300 кілометрів.

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

Сьогодні існують теоретичні моделі, які показують, що відбувається у цій частині атмосфери. Але інформації, зібраної безпосередньо «на місці», щоб перевірити чи відкоригувати розрахунки, не вистачає. Адже спеціальні ракети, що запускаються для дослідження цих шарів атмосфери, пролітають там лише протягом кількох хвилин. Використовуються і супутники, що літають по дуже витягнутій орбіті (наприклад, по такій, що відстань від Землі варіює від 200 кілометрів до 3 тис. кілометрів). Але час їх перебування у цих самих шарах атмосфери вимірюється десятками хвилин. Дослідження цих висот із вищих орбіт чи наземних станцій також мають суттєві недоліки.

Ідеальний варіант – запустити цілу мережу супутників, що будуть літати на потрібних висотах упродовж тривалого часу і робити необхідні вимірювання. Проблема в тому, що вартість такої «зграї» із десятків апаратів буде захмарною, а «житимуть» вони не довго через гальмування в атмосфері (хоч вона і розріджена на таких висотах) – до півтора року, або трішки довше.

Єдиний можливий шлях реалізувати цю концепцію – використати супутники формату CubeSat.

Для початку нам треба знати, що супутники CubeSat виглядають як кубики. Розмір кожного – строго 10 х 10 х 11,35 см. Маса – не більше 1,33 кг. А з повною специфікацією формату CubeSat, що займає 22 сторінки, можна ознайомитися на спеціальному сайті.

Такі кубики (чи майже кубики) можна ставити один на одного. Так виходить «подвійний», або «потрійний» CubeSat. Наприклад, другий український наносупутник складається із двох юнітів, а всього можна об’єднати не  більше шести юнітів.

Одна з головних переваг наносупутників – їх ціна.

Готовий серійний апарат можна придбати починаючи від 60 тис. доларів. Це майже нічого у порівнянні із великими апаратами, що виготовляються в одиничному екземплярі, або невеликими серіями.

Запускають їх також по кілька десятків за раз, що дозволяє розділити вартість запуску між учасниками. За словами Бориса Рассамакіна, запуск «одинарного» наносупутника коштує від 60 тис. доларів, хоча, «PolyITAN-1» вдалося запустити за 20 тис. доларів завдяки спонсорській підтримці Державного космічного агентства та ДКБ «Південне». Запуск апарата із двох чи більше юнітів буде коштувати дорожче.

Мисливець на О

Спочатку передбачалося, що в рамках проекту QB50 запустять 50 супутників, але частина учасників зійшла з дистанції, не діставшись до космодрому. Першу партію із 28 наносупутників, серед яких був і український, запустили з мису Канаверал за допомогою ракети Atlas V у вантажному кораблі «Cygnus CRS OA-7». Він доставив їх на Міжнародну космічну станцію, а вже звідти 26 травня їх запустили на навколоземну орбіту. Другу партію – 8 наносупутників – запустили з індійського Космодрому імені Сатіша Дхавана за допомогою ракети PSLV і також успішно вивели на орбіту.

Тому, сьогодні на своїх орбітах навколо Землі в рамках проекту QB50 працює 36 наносупутників. Інформацію про атмосферу вони збирають за допомогою одного із наукових приладів. Наприклад, на «PolyITAN-2-SAU» встановлений датчик аналізу зустрічного потоку газу FIPEX (Flux-Φ-ProbeExperiment). Його задача – вимірювати характеристики молекулярного і атомарного кисню (саме атомарний кисень є основним елементом на цих висотах).

Крім Київського політехнічного інституту в проекті беруть участь університети з США, Франції, Німеччини – всього 23 країни, а координує їх роботу Фон Карманівський інститут гідродинаміки (Бельгія).

Планується, що супутники працюватимуть на орбіті від одного до двох років.

Отримані ними дані дозолять побудувати більш точні моделі поведінки атмосфери на цих висотах. З прикладної точки зору це допоможе краще розуміти, як космічна погода може впливати, наприклад, на сигнали GPS, а також, як сонячна активність може зашкодити роботі електромереж і космічних супутників. Крім того, QB50 дозволить удосконалити самі по собі космічні технології.

Команда Бориса Рассамакіна вже планує наступні проекти.

Зокрема, третій наносупутник буде призначений для дистанційного зондування поверхні Землі. А за півтора-два роки при наявному фінансуванні вчені з Київського політехнічного інституту готові сконструювати супутник для унікального космобіологічного експерименту.

Підписуйтесь на наш канал у Telegram