Большие возможности маленького наноспутника

Космическая отрасль для любой страны имеет важное значение. Кроме того, что предприятия этой отрасли поставляют свою продукцию на внутренний и внешний рынки и предоставляют большое количество рабочих мест, в значительной мере степенью развития космических разработок определяется престиж государства на мировой арене.

Впрочем, до последнего времени космическая отрасль была далеко не в центре внимания государственных стратегий развития потенциала Украины. Так, Государственное космическое агентство Украины только в этом году впервые за последние шесть лет было профинансировано из государственного бюджета в полном объеме.

Тем не менее, отечественные ученые уже не раз доказали, что даже в условиях недостаточного финансирования могут достигать успехов в своей отрасли.

Так, 19 июня исполнилось два года, как на космическую орбиту вышел первый украинский наноспутник стандарта CubeSat — PolyITAN-1 формата U1, разработанный преподавателями и студентами НТУУ «Киевский политехнический институт».

Его запуск осуществлялся ракетой-носителем «Днепр-1» украинского происхождения с космодрома «Ясный» в Оренбургской области в составе международного запуска — 33 космических аппарата.

Сегодня наноспутник успешно работает на расстоянии около 620 км от Земли с периодом вращения 97,8 минуты. Также его фиксируют радиолюбители Славутича и Харькова, Японии, Германии и Англии.

А все началось с того, что в 2004 году власть объявила о создании украинского молодежного спутника. Над его разработкой должны были работать три университета — КПИ, Харьковский авиационный институт и Днепропетровский государственный университет. Впрочем, через два года был выпущен лишь отчет о выполненной работе. В 2006 году было объявлено о старте аналогичной программы, которая тоже не дала результата.

Но разработчики КПИ продолжили свою деятельность. В 2010 году была создана Лаборатория наноспутниковых технологий (формализована в 2016 году). Через два года конструкторское бюро «Южное» им. М.К. Янгеля предложило университету принять участие в запуске наноспутника в пусковом контейнере голландской компании ISL. При этом спутник должен был соответствовать формату CubeSat, который разработали ученые Стэнфордского и Калифорнийского университетов. Спутник такого стандарта весит около одного килограмма с минимальными размерами — 10х10 сантиметров.

ЕЩЕ В 2012 ГОДУ УЧЕНЫЕ НАЧАЛИ РАЗРАБОТКУ ВТОРОГО POLYITAN ФОРМАТА U2, КОТОРЫЙ УЖЕ ПРАКТИЧЕСКИ ГОТОВ ОТПРАВИТЬСЯ НА ЗЕМНУЮ ОРБИТУ

Поэтому работники решили изменить конструкцию своего спутника и за два года создали аппарат необходимых стандартов.

Но что важно, все подсистемы PolyITAN-1 были полностью разработаны специалистами КПИ. Ведь большинство зарубежных вузов покупают уже готовые системы и из них собирают космический аппарат.

В целом над разработкой аппарата на протяжении трех лет работало около 20 студентов из четырех факультетов университета.

«Наш спутник PolyITAN-1 — это маленький интеллектуальный робот, который летит со скоростью до 8 тысяч метров в секунду под воздействием вредных факторов космического пространства — вакуумного ультрафиолета, радиации и знакопеременных температур (период Солнца — период тени Земли). Он заряжается от Солнца, аккумулирует электроэнергию, потом выдает ее на все бортовые электронные платы, а также передает информацию со спутника через радиоканал на наземный комплекс, таким образом выполняя все задания большого спутника», — рассказывает кандидат технических наук, старший научный сотрудник Национального технического университета Украины и руководитель Лаборатории наноспутниковых технологий Борис Рассамакин.

Для того чтобы получать сигналы от наноспутника и руководить им, на базе университета (в помещении Теплоэнергетического факультета) была создана специальная наземная станция управления и сбора информации.

«Таким образом, когда спутник пролетает над нами, а делает он это приблизительно четыре раза в день, мы можем исследовать его траекторию движения, а также получать информацию о функционировании отдельных подсистем аппарата и полезной нагрузки наносупутника — параметров от навигационной системы с приемником GPS/GLONASS и датчиков координат Солнца (три образца разработаны в НТУУ КПИ), необходимую для последующей работы», — рассказывает аспирант Института телекоммуникационных систем НТУУ КПИ Назар Бендасюк.

Поскольку устройства космического аппарата и наноспутник работают в жестких условиях открытого космоса, одной из главных задач разработчиков стало его тестирование. На Земле эти условия имитировала специальная установка (стенд) ТВК-0.2, которая была создана вместе с Лабораторией для испытания спутников и космической техники КПИ еще в 1993 году.

«У каждой суверенной территории должен быть наземный цикл воссоздания космических условий, в котором должен быть вакуум, холод, чернота, излучение и тому подобное. Иначе разработка новых космических систем становится невозможной», — рассказывает доцент факультета электротехники и автоматики Виктор Хоминич.

Кстати, таких стендов для тестирования спутниковых систем в Украине всего два. Второй сравнительно недавно появился на КБ «Южное», но он предназначен для тестирования больших спутников. До этого космические аппараты тестировались только на оборудовании в НТУУ КПИ. В том числе — и первый украинский негерметичный микроспутник «Микрон» (МС-1-ТК-ТВ) разработки ДП «КБ «Южное» имени М.К. Янгеля».

«У нас вышла полная космическая система: у нас есть спутник, наземная станция управления и оборудования, которое обеспечивает его подготовку», — рассказывает Борис Рассамакин.

На достигнутом университетские разработчики не остановились. Сразу после запуска PolyITAN-1, еще в 2014 году, они начали работать над новой версией спутника формата CubеSat размером 2 U (10х10х20 см).

«Планируется, что он будет выведен в термосферу Земли (исследование ее параметров на высоте от 415 км до 90 км) с еще 50 спутниками. В новом спутнике усовершенствованная система ориентации, измененная система радиосвязи, доработанная система центрального процессора. Его качество улучшено. Внесены определенные изменения в конструкцию. Мы исправили в этом спутнике те недостатки, которые были в первом», — рассказывает Назар Бендасюк. Предварительно запуск нового спутника планируется осуществить до конца этого года.

К тому же, по словам Бориса Рассамакина, электронная платформа аппарата может быть тиражирована. В таком случае ее стоимость будет составлять 40—50 тысяч долларов.

Финансирование на разработки работники университета привлекают из разных источников. Например, запуск первого спутника был профинансирован Фондом научно-технического развития Украины имени академика Михалевича. На разработку второго выделили средства в фонде Kalinin Invention Fund и ООО «Боинг-Украина».

«Конечно, с финансированием у нас есть определенные проблемы, но есть что-то позитивное в том, что оно не прямое. В нашем спутнике заинтересованы Китай, Латвия, Литва. Интересы Латвии и Литвы — дружественные, а Китай — существенно помогает. Мы уже модернизировали их наземную станцию под наш спутник. Думаем, что Шеньянский авиакосмический университет будет далее с нами сотрудничать, и мы будем вместе решать разные технические задачи», — объясняет Борис Рассамакин.

По его словам, в планах разработчиков — уже через несколько лет вывести на Земную орбиту третью версию электронной платформы серии наноспутников PolyITAN.