Наноспутники для миниракет

Еще совсем недавно космос оставался уделом небольшого клуба государств. США, СССР (Россия), Китай, Япония, страны Евросоюза – вот практически и весь перечень тех, кто до сравнительно недавнего времени имел возможность создавать сложные космические аппараты и обладал средствами их доставки на орбиту. Но за последние десятилетия ситуация радикально изменилась. Наступила эпоха, когда частные компании могут запустить автомобиль к Марсу, а на коммерческие туристические рейсы за пределы атмосферы уже вовсю продаются билеты.

Однако изменился не только пусковой рынок — изменилась и сама космическая техника. Конечно, большие, сложные и крайне дорогостоящие аппараты никуда не делись. Но теперь к ним добавился абсолютно новый класс малых спутников (их еще принято называть наноспутниками).

Как правило, подобные аппараты строятся на базе платформы «кубсат» (CubeSat). Она была разработана в 1999 г. Калифорнийским политехническим университетом и Стэнфордским университетом с целью упрощения создания сверхмалых студенческих и любительских спутников. Тем не менее, проект, изначально имевший образовательную направленность, оказался весьма успешным с финансовой точки зрения.

Популярность платформы обусловлена ее стандартизированностью. Спутники-кубсаты собираются из типовых блоков (юнитов), имеющих размер 10x10x10 см и массу не более 1,33 кг. В зависимости от поставленных задач они могут состоять из одного или нескольких юнитов. За годы существования платформы под нее были разработаны многие стандартные конструкционные элементы (батареи, платы, датчики, системы коммуникации), что позволило существенно снизить их стоимость.

Еще один немаловажный фактор, способствовавший успеху платформы — упрощенная процедура отправки в космос. При запуске обычных спутников, даже самых небольших, заказчику приходится платить пусковому оператору за адаптацию своего аппарата к пространству под головным обтекателем ракеты-носителя и разработку под него индивидуального пускового контейнера. Стоимость подобных операций может даже превышать стоимость создания самого аппарата.

Для размещения же кубсатов используются типовые транспортные контейнеры. Соответственно отпадает необходимость платить за их адаптацию, вдобавок они позволяют вывести на орбиту большое количество аппаратов за один пуск. Порой такие спутники и вовсе запускаются «вручную» — путем их выброса в космическое пространство членами экипажа МКС во время выходов в открытый космос или через специальные шлюзы.

Благодаря перечисленным факторам средняя стоимость одного кубсата в настоящее время составляет 40-50 тыс. долларов. Это привело к тому, что строительство космических аппаратов перестало быть привилегией, доступной лишь небольшому клубу избранных стран. Теперь их могут создавать практически все – от частных компаний до школьников.

Все это произвело настоящую революцию на космическом рынке. На основе платформы CubeSat стали создаваться целые спутниковые созвездия, состоящие из десятков и даже сотен малых аппаратов. По состоянию на апрель 2018 г. на околоземные орбиты выведено уже свыше 800 спутников-кубсатов, и их количество продолжает увеличиваться.

Конечно, даже с учетом названных обстоятельств может создаться впечатление, что к малым спутникам не стоит относиться всерьез. Казалось бы, какие важные задачи может выполнять аппарат, по размерам ненамного превышающий кубик Рубика?

Тем не менее, сфера потенциального применения малых спутников весьма велика. В силу своей дешевизны подобные аппараты являются идеальным средством для отработки различных перспективных технологий, начиная солнечным парусом и заканчивая гарпуном для уборки фрагментов космического мусора.

Помимо испытаний новой техники и проведения экспериментов, малые аппараты также имеют солидный коммерческий потенциал. Прорыв в электронике и технологиях миниатюризации позволил создать небольшие, относительно дешевые, но вместе с тем достаточно мощные инструменты, которые можно устанавливать даже на весьма компактные спутники. В качестве наглядного примера лучше всего привести компанию Planet Labs. На данный момент она обладает группировкой из почти двух сотен спутников Dove, собранных из трех юнитов CubeSat. Каждый из них оснащен мощным телескопом и камерой для съемки земной поверхности. Это крупнейшая спутниковая группировка, когда-либо существовавшая на околоземной орбите. Благодаря ей Planet Labs может раз в сутки получать полное изображение всей поверхности Земли с разрешением до 5 м. Такой возможности нет даже у американских военных.

Съемка поверхности – лишь один из многочисленных вариантов применения малых аппаратов. Их можно использовать для наблюдений за погодой, сельскохозяйственными угодьями, предупреждения о стихийных бедствиях, раздачи Интернета, регулирования транспортных потоков и многих других задач. Более того, поскольку прогресс не стоит на месте, технические возможности наноспутников постепенно приближаются к возможностям их «больших братьев». Для них разрабатываются новые системы управления, более эффективные солнечные батареи, аккумуляторы, двигатели, которые позволяют заметно увеличить срок их службы. Все это еще сильнее размывает традиционную границу между различными классами спутников.

Неудивительно, что многие космические агентства уже всерьез изучают идею использования таких аппаратов в межпланетных миссиях. Логика весьма проста: зачем тратить годы на строительство и запуск одной дорогостоящей станции, потеря которой поставит крест на всей программе, если можно запустить в космос множество весьма дешевых однотипных зондов, оснастив каждый каким-то научным инструментом. Да, часть из них будет потеряна во время перелета. Но благодаря массовости достаточно много их все же доберется до пункта назначения и выполнит поставленные задачи.

Именно такая концепция легла в основу нашумевшего проекта Breakthrough Starshot, инициированного пару лет назад Юрием Мильнером и Стивеном Хокингом (Stephen Hawking). Его цель — отправка к ближайшей звезде Проксиме Центавра целого роя наноспутников весом около грамма, которые смогли бы добраться до нее за время жизни одного поколения.

Звучит как фантастика? Безусловно. Но еще в конце прошлого века заявление о том, что частные компании научаться запускать ракеты и сажать их отработанные ступени, а спутники размером с коробку из-под обуви, собранные из компонентов, которые продаются в магазине электроники, смогут составить конкуренцию разведывательным аппаратам государственных спецслужб, вероятно, показалось бы такой же фантастикой. Для нас же это уже вполне обыденные вещи.

В мае прошлого года NASA в очередной раз произвела сенсацию, отправив к Марсу два аппарата MarCO (Mars Cube One), построенных на базе платформы CubeSat. Цель миссии — проверка того, как зонды, не имеющие никакой специализированной защиты от радиации, выдержат полет в межпланетном пространстве. Если они доберутся до Марса в работоспособном состоянии, то примут участие в эксперименте по ретрансляции посадочной телеметрии основного аппарата InSight на Землю. Успех MarCO должен открыть новую главу в летописи освоения космоса.

В будущем подобные аппараты-попутчики, скорее всего, станут неотъемлемой частью многих межпланетных экспедиций. Так, во время запланированного на 2020 г. первого запуска тяжелой ракеты SLS американское аэрокосмическое ведомство собирается отправить в окрестности Луны целую флотилию зондов стандарта CubeSat. Аналогичные планы имеет и ESA: в следующем десятилетии европейцы планируют запустить исследовательский аппарат к двойному астероиду Дидим (65803 Didymos). И как знать… возможно, подобным миниатюрным автоматическим разведчикам действительно удастся проложить дорогу к звездам?