На орбиту налегке

Платформа CubeSat. Источник: Мичиганский университет

Российские разработчики могут стать лидерами по доставке в космос микро- и наноспутников нового поколения

Ярослав Рыбаков

30 марта, 2015 15:40

12 мин

Создатели первой в России частной космической ракеты пообещали, что первая презентация проекта широкой публике состоится нынешним летом. В рамках авиакосмического салона МАКС–2015 будет представлен макет будущего носителя, прототип системы управления и нового двигателя собственной разработки. «Русская планета» разбиралась, кому нужна новая ракета — и когда она полетит.

Спутники микро- и нано-

Едва ли не главной тенденцией в околоземной космонавтике последних лет стала миниатюризация спутниковых платформ. На фоне тяжелых, в несколько тонн, аппаратов, системы массой до 100 килограммов принято называть микроспутниками, в пределах от 10 до 100 килограммов — нано-, а между 0,1 и 10 килограммами — пикоспутниками. Однако не стоит считать их чем-то «неполноценным»: современные технологии, совершенные электронные и механические компоненты позволяют решать с их помощью вполне серьезные задачи.

Наноспутники активно используются для научных исследований и дистанционного мониторинга, зондирования Земли, отработки новейших технологий, образования, калибровки наземных и космических систем. Еще больше расширить их функциональность обещают перспективные решения Swarm («рой»), в рамках которого целые группировки таких аппаратов смогут действовать скоординированно, выполняя задачи, которые прежде были по силам лишь крупномасштабным платформам. Такие технологии обещают открыть дорогу еще более миниатюрным космическим аппаратам, вплоть до недорогих «фемтоспутников» массой менее 100 граммов.

В настоящее время настоящий бум переживает область наноспутников. Цифры тут особенно красноречивы: за десять лет вплоть до конца 2013 года на орбиту было отправлено лишь 75 таких аппаратов, но уже через несколько месяцев ситуация изменилась в корне.

Нанобум

19 ноября с ракетного полигона Уоллопс (США, штат Вирджиния) компания Orbital Sciences вывела на низкую околоземную орбиту кластер из 29 микроспутников. Пару дней спустя этот рекорд был побит российской компанией ISC Kosmotras, отправившей сразу 32 миниатюрных аппарата. И уже в январе 2014 года на МКС были доставлены еще 33 микроспутника, впоследствии запущенные в полет прямо с борта космической станции. Таким образом, за считанные месяцы количество таких систем на орбите подскочило на 94.

По существующим прогнозам, в ближайшие пять лет число отправленных в космос наноспутников массой от одного до 10 килограммов может достичь тысячи. Впрочем, в действительности мы можем и вовсе сбиться со счета: миниатюризация и удешевление развиваются невероятно быстрыми темпами.

Достаточно упомянуть, что в апреле 2014 года попытались буквально рассыпать на орбите более сотни спутниковых «спрайтов» — платформ размерами не больше почтовой марки и стоимостью всего 25 долларов. При этом каждый из них имел «на борту» все базовые компоненты спутника: крошечную панель солнечной батареи, антенны с системой связи, датчики для сбора данных. Проект KickSat реализовывался Корнелльским университетом для изучения некоторых аспектов схождения и свободного падения с орбиты — к сожалению, «материнский» корабль не сумел провести их выгрузку, однако разработчики намерены повторить недорогой эксперимент.

Впрочем, едва ли не ключевую роль в спутниковой «микрореволюции» играет новейшая платформа CubeSat, которая представляет собой куб размерами всего 10х10х10 см и «пустой» массой всего 1,3 килограмма. После примерно 10 лет разработки стандарта она быстро превращается в массовый, доступный продукт, на который — в зависимости от конкретных целей и задач — может быть установлено различное дополнительное оборудование. Стандарт позволяет объединять несколько CubeSat в единую систему, выполняющую роль одного спутника.

Проектов использования наноспутников очень много. «Рой» таких аппаратов может непрерывно и в режиме реального времени принимать и ретранслировать навигационные сигналы с морских кораблей и самолетов. IT-гигант Google планирует, что они обеспечат по-настоящему глобальное (и бесплатное) покрытие Земли интернетом. Открыто поле деятельности и для небольших проектов — так, недавно британская компания Surrey Satellite Technology отправила на орбиту платформу CubeSat, «дополненную» обычным смартфоном, компоненты которого успешно прошли испытание космосом, проведя съемку Земли и регистрацию ее магнитного поля.

Стоит сказать, что сегодня существуют и другие микроспутниковые платформы — их разработкой занимаются и государственные, и частные организации, университеты и академии. В московском Институте космических исследований РАН создана платформа «Чибис», на базе которой в прошлом году уже состоялся первый полет: спутник «Чибис-М» провел исследования атмосферы и ионосферы Земли.

Параллельно этому другие разработчики — такие, как российские инновационные компании «Даурия Аэроспейс» и «Спутникс» — ускоренными темпами занимаются созданием и производством отдельных компонентов для уже готовых платформ, включая и CubeSat, и «Чибис». Эта область стремительно развивается — собственные наноспутники проектируют студенты МГУ и МГТУ им. Баумана.

Микроспутник «Даурии Аэроспейс» DX1. Источник: russia.dauria.ru

Необходимый носитель

«Движение к миниатюризации — совершенно объективное, с повышением точности приборов и производства становится возможным реализовывать функционал больших аппаратов в малых массах и габаритах», — сказал доцент кафедры «Космические аппараты и ракеты-носители» МГТУ им. Баумана Александр Шаенко.

На этом фоне сегодня ни в России, ни в мире нет специализированных ракетоносителей сверхлегкого класса, недорогих и надежных средств для выведения на орбиту микро- и наноразмерных космических аппаратов. Как правило, для их выведения используется свободное пространство и нагрузка, остающаяся незанятой при запуске «настоящих» тяжелых аппаратов на тяжелых носителях. Для стартов с борта МКС на ней установлено нечто вроде небольшой катапульты, разработанной компанией NanoRacks.

При этом именно выведение остается ахиллесовой пятой всей области. Разработка и производство наноспутников могут обойтись в несколько тысяч долларов — при этом стоимость доставки на орбиту доходит до 60 и даже 80 тысяч. По некоторым оценкам, уже к 2018 году объем рынка выведения микроспутниковых платформ может достичь 2,5 миллиардов долларов. Однако сложности для производителей микроспутников этим не ограничиваются: отдельная проблема — необходимость постоянно «подстраиваться» под расписание более масштабных запусков.

Получается, что настоящая рыночная и технологическая ниша остается свободной и занять места в ней торопится множество инновационных компаний. Среди таких проектов можно упомянуть перспективную ракету Electron новозеландской компании Rocket Lab, Firefly Alpha американской Firefly Space Systems и анонсированный гигантом частной космонавтики корпорацией Virgin Galactic проект легкой ракеты LauncherOne. Не остается в стороне и Россия, где полным ходом идет создание семейства ракет модульного типа «Таймыр» компании «ЛИН Индастриал».

Летом 2014 года «ЛИН Индастриал» с проектом легкого двухступенчатого ракетоносителя «Адлер» вошла в число резидентов космического кластера фонда «Сколково», однако вскоре идея получила серьезное развитие, вылившись в целое семейство модульных ракет «Таймыр». По планам разработчиков, испытательный полет первой из них может состояться уже в нынешнем году.

«Таймыр» близко

«Само название пришло мне в голову еще лет десять назад, когда я общался на одном из интернет-форумов и придумал такую вымышленную компанию, и в итоге решил взять именно его — оно оказалось счастливым, — рассказал генеральный конструктор «ЛИН Индастриал» Александр Ильин. — Года два назад мы зарегистрировали фирму, которой довольно быстро удалось попасть в Сколково со своим проектом легкого носителя».

Вскоре стало ясно, что для молодой компании проект чересчур амбициозен. «60-тонный «Адлер» для выведения до тонны полезной нагрузки — это вещь очень серьезная и очень дорогая для инвесторов, — продолжает Ильин. — И тут мне встретились российские производители микроспутников, я увидел всю эту впечатляющую статистику — и меня буквально осенило. Уже вскоре мы представили новый проект, сверхлегкий "Таймыр"».

Производство микроспутника «Чибис-М»: Источник: sdelanounas

Проектируемая система включит целое семейство ракет модульного типа, которые смогут при минимальной стоимости выводить на орбиту весь спектр нагрузок от нано- до микрокласса. В «базовой комплектации» «Таймыр» будет нести до 9 килограммов, средняя версия из пяти модулей — до 112 килограммов, а максимально мощная включит уже восемь модулей и сможет брать до 135 килограммов полезной нагрузки.

При этом все ключевые компоненты системы — от топливных баков до системы управления — не только разрабатываются, но и производиться будут в России. В ходе работы электронные детали системы управления «Таймыра» будут подвергаться опасным факторам космического полета (прежде всего, радиации) всего несколько минут. Это позволяет конструкторам «ЛИН Индастриал» дополнительно снизить стоимость своих носителей, устанавливая на них обычную электронику коммерческого класса.

Компактная и легкая, ракета проста в изготовлении и обслуживании, а для старта не нуждается в специально оборудованном космодроме. На место доставить ее можно в стандартном грузовом контейнере. Впрочем, едва ли не главным преимуществом своего проекта Александр Ильин и его коллеги считают двигатель, использующий дешевые, некриогенные и экологически безопасные компоненты — керосин в качестве топлива и пероксид водорода в роли окислителя.

Простой и надежный жидкостный реактивный двигатель для «Таймыра» проектируют инженеры Московского авиационного института — соглашение об этом компания подписала осенью 2014 года. Топливо подаваться в него будет без помощи сложного и дорогого в производстве турбонасосного агрегата, вытесняясь из топливного бака гелием, веществом также совершенно не опасным. «По статистике, три четверти отказов в двигателях приходится именно на турбонасосный агрегат, — добавляет Александр Ильин. — В целом отказ от него позволит нам снизить стоимость производства двигателей примерно в два раза».

«Эти три фактора — вытеснительная подача топлива, недорогая собственная система управления и простые топливные компоненты — позволяют нам рассчитывать на то, что стоимость выведения килограмма полезной нагрузки на орбиту у нас будет самая конкурентоспособная. И в производстве система достаточно проста, изготовить ее можно если не в гараже, но на довольно компактном и несложном производстве, которое нам вполне по силам организовать самостоятельно», — подчеркивает конструктор.

«Таймыр» уже привлек внимание крупных российских институтов, которые ориентируются на использование микро- и наноразмерных спутниковых платформ (МГУ, МАИ, МГТУ, ИКИ РАН), а также частных космических компаний, включая уже упомянутые выше «Даурия Аэроспейс» и «Спутникс». Свой интерес нашли в проекте и белорусские партнеры.

В сентябре 2014 года один из создателей всемирно известной онлайн-игры World of Tanks Сергей Буркатовский инвестировал в разработку «Таймыра» несколько миллионов рублей — и, по данным «Русской планеты», в ближайшее время сделает новые вложения. «Мы рассчитываем уже вскоре проводить как минимум по три старта в год, и в сумме получать порядка 1–1,5 миллионов долларов прибыли», — прогнозирует Александр Ильин. Первые запуски «Таймыра» планируется проводить с полигона Капустин Яр — есть надежда, что прототип может совершить полет уже в 2015 году.

ТЕГИ

поддержать проект

Для поднятия хорошего настроения, вы можете угостить наших редакторов чашечкой кофе

Маленькая чашка кофе