Как запустить собственный микроспутник
Есть два варианта. Первый — если у вас много денег и есть полезная нагрузка (оборудование, ради которого создается и запускается космический аппарат). Вы можете прийти в спутникостроительную компанию или договориться с ВУЗом, который занимается разработкой спутниковых платформ, и принести им свою полезную нагрузку. Дальше начнется процесс интегрирования вашего оборудования на кубсат (форма малых искусственных спутников), который больше всего подойдет по размерам. После организация договорится с оператором транспортно-пусковых контейнеров (в России такие услуги, например, предоставляет «Главкосмос» и ряд частных компаний).
Дальше уже вопрос денег и времени: вы запускаетесь побочным грузом вместе с большим спутником, ваш кубсат устанавливают на разгонный блок, и все — он в космосе. Это дорогой вариант. Среднемировая стоимость запуска одного килограмма груза на орбиту — приблизительно 50−70 тысяч долларов. К этому также прибавляются дорогостоящие услуги компании, которая интегрирует вас, расходы на создание полезной нагрузки и покупку спутника.
Второй способ подойдет, если у вас ограничен бюджет, но есть передовая нагрузка. В этом случае можно обратиться в программу «Space-π» или Фонд Бортника, которые поддерживают образовательные и исследовательские проекты в космосе. Это более длительный процесс: сначала вам нужно будет доказать, что ваша полезная нагрузка обладает научным потенциалом, после чего вы выберете, на платформе какой компании полетит ваше оборудование. Эта компания и получит финансирование. Также будет оплачен пуск. Институты чаще всего так и запускают спутники. Но вот Сколтех, например, делает свою платформу, МГТУ им. Баумана, МГУ тоже, что-то есть у СибГУ.
Из чего состоят микроспутники
На 99 процентов — это алюминиевые сплавы. Из них состоит каркас — силовая часть объекта. Внутри микроспутник начинен электроникой: печатными платами с микросхемами. Какие-то редкие металлы, вроде титана, бериллия, если и используются, то очень ограниченно и строго для конкретной задачи внутри спутника. Бериллиевый сплав, например, может входить в состав звездного датчика, потому что для него нужна высокая температурная стабильность, а температура внутри спутника постоянно колеблется. Из экзотики можно назвать японские деревянные спутники — их всего три штуки запустили. Но эксперимент с деревянными элементами имел скорее демонстрационный характер: металла в спутниках ничуть не меньше, чем в обычном алюминиевом, силовой каркас у них металлический, а то, что японцы заменили шесть пластиковых крышечек деревянными — ни на что не повлияло.
Главный секрет легкости микроспутников — развитие электроники и микроэлектроники. Обычно «начинка» является самой тяжелой частью спутника. Например, в 3U кубсате (3-х частная форма микроспутника) из 4,5−5 килограммов общего веса половина — это электроника, полезная нагрузка, остальное — аккумулятор и пятисотграммовый каркас.
Энергия микроспутников
Аккумуляторы — насущная проблема спутникостроителей. Во-первых, у большинства энергоносителей небольшой оптимальный температурный режим. Их нельзя ни перегревать, ни тем более переохлаждать. Для кубсата это непросто: системы терморегулирования внутри спутника чаще всего нет, если только мы не говорим о самых крупных формах. Поэтому на солнце он перегревается, а в тени сильно остывает. Существует два решения, они чаще всего комбинируются.
Первый вариант — теплоизоляция аккумулятора: закрытие батареи экранно-вакуумной теплоизоляцией. Это позволяет стабилизировать температурный диапазон. Второй способ — подогреватели аккумуляторов. Практически все кубсаты имеют систему подогрева, при которой аккумулятор сам себя греет. Второй момент: так как аккумулятор — один из самых тяжелых элементов спутника, и его вес, особенно смещенный от центра, усложняет управление, необходимы более легкие решения.
Также важен ресурс батареи: на низких орбитах спутник совершает около 15 циклов заряда-разряда в сутки, в таком режиме аккумулятор должен проработать минимум два года, но такой долговечности сложно добиться. Глубокий разряд литий-ионных аккумуляторов ускоряет деградацию, поэтому их нельзя разряжать более чем на 30%.
Что касается внедрения новых видов батарей, применять их страшно. С литий-ионными аккумуляторами, по крайней мере, мы уже знакомы. Ставить новый аккумулятор — крайне рискованно. Он может убить весь спутник, а значит и всю миссию. В этом плане мы сначала смотрим на коллег-первопроходцев, на их запуски с экзотическими аккумуляторами и только потом уже сами внедряем подобные технологии.
Микроспутники и космический мусор
Очистка околоземного пространства — это вопрос не размера спутника, а того, куда его запустили. Если мы запускаем спутник, например, на 400 километров вверх, то он достаточно быстро сгорает в атмосфере. Неважно, будет он весить тонну или килограмм. Если же мы запускаем его очень высоко, например, на тысячу километров, и при этом у него нет системы сведения с орбиты, то, конечно, околоземное пространство засоряется. Главная проблема возникает, если аппарат в кого-нибудь врезается. В таком случае спутник разбивается на мелкие кусочки. Здесь опять же не так важен размер. Для космоса с орбитальными скоростями нет большой разницы, врежется в вас гаечка М3 или килограммовый кусок алюминия.
Если говорить о кубсатах как об «экологичной альтернативе», то вряд ли засилье маленьких спутников улучшит ситуацию. Более того, малогабаритный, но тяжелый спутник будет летать на орбите гораздо дольше, чем большой. Также кубсаты сложнее контролировать, потому что их трудно увидеть, и в большинстве случаев у них не бывает системы сведения с орбиты.
Преимущество микроспутников
Раньше спутник — это что-то безумно дорогое, что делает целое конструкторское бюро десяток лет, поэтому его надо беречь. Он должен быть очень надежным, и желательно его запустить повыше, чтобы он 20 лет давал информацию. Проблема в том, что такой спутник, во-первых, значительно устаревает. Во-вторых, он безумно дорог, поэтому он один — скорость получения информации может оказаться очень низкой. В этом смысле у малых спутников есть колоссальное преимущество.
С развитием кубсатов и электроники, начали появляться спутниковые группировки, которые гораздо дешевле и эффективнее. Благодаря им оперативность получения данных резко возросла. Не всегда надо получать детализированную информацию, иногда ее просто нужно получать быстро. В таком случае кубсаты — идеальное решение.
Микроспутники за пределами Земной орбиты
Микроспутники уже запускали дальше земной орбиты. Например, два аппарата MarCO долетели до Марса побочной нагрузкой с космическим аппаратом NASA InSight. На таких расстояниях радиосвязь работает с огромными задержками и с энергией большие проблемы, поэтому на MarCO установлена сложная электроника и уникальная для кубсатов система антенн. Вообще внеземных миссий с кубсатами очень мало, это единичные проекты серьезных коллективов (NASA, EKA). Как таковой практической пользы от них нет — эти миссии носят в основном демонстрационный и исследовательский характер и сопряжены с повышенными рисками.
Анонс запуска нового спутника Сколтеха
В 2026 году планируется третий запуск. Новая платформа перепроектирована с учетом опыта предыдущих моделей Skoltech B1 и B2. В ней изменена компоновка основных бортовых систем и антенн, а полезной нагрузкой станет тестирование электронной памяти.
Дмитрий Рис был главным спикером фестиваля «Выходного со спутниками», где посетители, интересующиеся космической отраслью, могли узнать подробности создания микроспутников и вдохновиться профессией. Наука Mail узнала у Дмитрия о тонкостях его сферы деятельности.
Система кубсата имеет одну важную особенность — она абсолютно автономна. Все, что вы в нее вложили на земле: диагностические механизмы, программные заглушки, методы, невозможно будет изменить после запуска. Поэтому работа с кубсатами — это настоящая детективная история. Если в полете что-то пошло не так, выяснить точную причину ошибки будет сложно.
Имея минимальную информацию, полученную со спутника, и наземную копию объекта, вы должны понять, что произошло и как это исправить. Поэтому любая неисправность в микроспутнике — это расследование: вы додумываете, что могло случиться, а потом еще и проектируете новый спутник так, чтобы исправить недочеты. Нужно быть готовым анализировать информацию, копаться в мелочах, бесконечно отлаживать систему. Для этого нужен особый склад характера. Нужны усидчивость и активность, нет ничего хуже пассивного специалиста.
Как становятся кубсатостроителями
Когда я учился в институте, я не предполагал, что буду заниматься кубсатами. Тогда это было что-то абсолютно новое, это не воспринимали всерьез, это была игрушка. В принципе кубсат — это инженерное изделие. Как телевизор, автомобиль, самолет. Сложное изделие, со своими особенностями эксплуатации, которые нужно учитывать, но при этом нет какой-то отдельной профессии «кубсатостроитель». Вы можете быть конструктором, математиком, баллистиком, вы можете заниматься электроникой, радиоинженерией, оптикой и так далее.
С чего начать? В ряде университетов — включая Сколтех, МГТУ им. Баумана и МГУ — действуют программы стажировок и лабораторные проекты, где студенты могут работать с микроспутниками. Я не могу гарантировать взаимодействие со спутником, если у вас мало опыта, но вы сможете принять участие в работе с антенной, испытательными стендами, программным обеспечением, электроникой. Всегда что-нибудь найдется, как для студентов, так и для школьников.
