Кубсаты: как микроспутники завоёвывают космос
Как известно, первый большой шаг в освоении космоса сделали искусственные спутники. Сегодня они уверенно держат пальму первенства в коммерческой эксплуатации космоса.
Об этом рассказал руководитель проекта малых космических аппаратов Центра космических технологий МАИ Александр Бон.
Когда размер имеет значение
Бум на кубсаты в космической сфере можно в чём-то сравнить с бумом на беспилотные летательные аппараты: дешёвые, доступные, они позволяют решать множество задач широкому кругу пользователей. Так, если раньше в космический клуб входили только «великие державы», такие как Россия, США, Великобритания, Франция, КНР, то теперь запускать свои микроспутники могут не только развивающиеся страны Азии, Африки, Латинской Америки, но и отдельные частные стартап — компании, университеты и научные центры. Так, по оценкам экспертов, одноюнитовый кубсат на сегодняшний день обойдётся всего в 100 тысяч рублей. В результате, сейчас кубсаты занимают порядка 20% рынка космических спутников.
Дешевизна кубсатов напрямую связана с их размерами. Самый маленький из них имеет величину в один юнит, 10 см³, «гиганты» составляют аж 27 юнитов, т.е. почти 3 кубических метра. Но это исключение. В России, например, в основном запускают 6-юнитные кубсаты.
Такие «малыши», однако, мало чем уступают спутникам традиционных размеров — они также могут проводить съёмку из космоса, наблюдать за объектами на Земле.
— Современные достижения в электронике и миниатюризация этой электроники позволяют получать высококачественные снимки с космоса на аппаратах размером до трёх юнитов. Таким образом, кубсаты размером 30×10×10 см могут получать снимки с орбиты разрешением до 3 метров на 1 пиксель, — отмечает руководитель проекта малых космических аппаратов Центра космических технологий МАИ Александр Бон.
Помимо фотосъёмки, кубсаты проводят мониторинг погодных явлений, экологический мониторинг и являются платформами для научных экспериментов в космосе, используются для налаживания спутниковой связи в труднодоступных регионах. Так, американская компания Swarm Technologies, связанная со SpaceX Илона Маска, серийно запускает одноюнитовые аппараты ретрансляции связи. Да, отдельно взятые аппараты уступают по мощности традиционным спутникам связи, но зато они берут количеством и все в совокупности обеспечивают те же объёмы.
Горячие тренды
Одной из перспективных возможностей использования кубсатов является обеспечение навигации беспилотных аппаратов — как летательных, так и наземных. Стартаперы уже проводят эксперименты с беспилотным такси.
— Например, в США сейчас существует стартап, который предлагает использовать спутниковые снимки дистанционного зондирования Земли для беспилотных автомобилей. Работает это так: с орбиты производится фотосъёмка дороги, а информация о ситуации на дороге передаётся тоже по спутникам на компьютер беспилотного автомобиля, что позволяет ему понимать и оценивать, где он находится. Это один из вариантов реализации в будущем беспилотного такси, — отмечает эксперт.
Ещё одно перспективное направление для кубсатов — это средство наблюдения за другими космическими объектами, такими как Луна или Марс. Благодаря малым размерам их легко доставить туда в комплекте с луноходами или марсоходами и использовать, например, для поиска воды или полезных ископаемых.
Отечественные решения
Российские разработчики кубсатов также идут в тренде. Здесь лидерство уверенно держат три компании: новосибирское ОКБ «Пятое поколение», московская частная компания «Спутникс» и калужская компания «Нелакт», которые предоставляют и услуги дистанционного зондирования земли, и спутниковой связи.
Свои проекты в этой области реализует и МАИ. Ещё в 2019 году студенты Московского авиационного института одними из первых стране запустили свой кубсат размером в три юнита. Он был оснащён микрокамерой, с которой удалось произвести съёмки в космосе. Сегодня в институте разрабатывают уникальный для российского рынка 16-юнитовый кубсат, который будет оснащён передовыми отечественными IT-решениями.
Цифра для «малыша»
Для решения сложных задач в космосе кубсатам нужны хорошие электронные «мозги». Однако написание программ для них представляет такую же большую проблему, как и для автономных БЛА: ввиду малых размеров кубсаты имеют малый запас энергии, что объективно снижает производительность бортовой электроники. К этому следует добавить и специфическую проблему космических аппаратов — наличие сильного радиационного фона, которое способно вызывать ошибки.
Программисты находят решения всех этих проблем. Для борьбы с ошибками от радиации создаются специальные алгоритмы, которые сканируют программный код и ищут изменения в значениях. Для ускорения работы электроники разрабатываются алгоритмы, позволяющие сжимать код, увеличивать скорость его выполнения.
И в этом отношении отечественные компании не отстают от мировых трендов:
— Меня приятно удивило, что ОКБ «Пятое поколение» из Новосибирска умудрилось на достаточно маломощный процессор STM32, который обладает некоторой радиационной стойкостью, написать ПО на ядре Linux. Обычно программное обеспечение контроллеров кубсатов всегда было каким-то самодельным. Нужно было сильно разбираться в ассемблере, так что человеку со стороны довольно сложно было разобраться в программировании контроллера. А решение «Пятого поколения» позволяет буквально открыть свой ПК и программировать при помощи доступного пользовательского интерфейса. Я считаю это довольно большим достижением, — отметил эксперт.
На пике инноваций
Ещё одно преимущество кубсатов является, как ни странно, оборотной стороной его недостатка. Спутники — «малыши» недолговечны. Средний срок их орбитальной жизни составляет всего 5 лет, после чего они неминуемо сходят с орбиты и сгорают в плотных слоях атмосферы. Однако этот недостаток оборачивается достоинством: благодаря тому, что их запускают намного чаще обычных спутников, на них устанавливают самое современное оборудование, которые не успевает устаревать.
Таким образом кубообразных «малышей» можно назвать носителями самых инновационных решений в аэрокосмической отрасли.
Материал подготовлен при поддержке Минобрнауки России
