13:55 Миниатюризация Космических Систем | |
 Важнейшей тенденцией в области развития современной космической техники является миниатюризация всех ее компонентов и систем. Именно, благодаря внедрению передовых технологий миниатюризации станет возможным резкое уменьшение массы, объема космического аппарата и расхода топлива, что обеспечит снижение затрат на каждый пуск и откроет новые возможности для космических транспортных систем. Другое существенное преимущество, вытекающее из использования технологии миниатюризации, – это обеспечения значительно более высокой надежности полётов и повышение их безопасности. Миниатюризация позволяет создавать КА ( космические аппараты ) массой в сотни, десятки килограмм и даже грамм, которые способны выполнять задачи, которые 20 лет назад были по силам лишь многотонным спутникам. Одними из первых миниатюрных аппаратов были запущены 4 четыре спутника массой по 12 кг для решения задач радиосвязи в США в 1990-м году. Позже подобные спутники запускали Япония, Германия, Италия, Китай, Швеция и даже Мексика... Условно миниатюризация изделий РКТ ( ракетно- космической техники ) предусматривает создание: - Пикоспутников (англ. Picosatellite, picosat ) с массой менее 1 кг; - Наноспутников массой до 10 кг; - Микроспутников массой до 100 кг; - Малых спутников массой от 100 до 500 кг... Разновидность пикоспутника, персональный спутник, на сегодняшний день пробившись сквозь заслоны космических монополистов в лице государства и военных ведомств, обретает реальные очертания. Освоение космоса, как ближнего, так и дальнего, бурное развитие средств телекоммуникаций через космос, высоких технологий затребовало специалистов высокого уровня, что в свою очередь выводит на качественно новый уровень всей науки и образования. Так студенты аэрокосмических специальностей и смежных с ними, были привлечены к практическим разработкам в космической отрасли и, в частности к разработкам спутников сверхмалых габаритов (нано и пикоспутники). Но длительный процесс осуществления проекта (разработка проектной документации, изготовление устройства, его тестирование, отправка в космос и эксплуатация) выходили за рамки учебных программ и требовали больших финансовых затрат от учебных заведений. Необходимо было выработать отдельную модель алгоритма практических занятий, с достижением конечных целей на протяжении учебного процесса. В 1999г. профессор Стендфордского университета Р. Твигс предлагает концепцию построения пикоспутников, определив главные тезисы: - время создания спутника должно укладываться в срок 1-2 года; - все затраты на достижение цели не должны превышать 50тыс. дол.; - на всех этапах проекта должны активно привлекаться к работе как студенты, так и аспиранты и молодые специалисты; Руководствуясь этими тезисами, специалисты Стендфордского (Б.Твиггс- руководитель лаборатории космических и системных разработок) и Калифорнийского политехнического (Дж. Пуиг-Суари) университетов в 2000г. создают стандарт на пикоспутник «CubeSat» (название определила форма спутника в виде кубика, оговоренная стандартом) и устройство P-POD (Poly Picosatellit Orbital Deployer) для его интеграции (совмещения) с ракетой-носителем. Теперь студенты имели возможность на протяжении 1-2 лет принять участие в полном цикле работ по производству персонального спутника от выработки концепции, конструирования, изготовления и наземного тестирования, до эксплуатации спутника в космосе. Вместе с тем студенты обретали опыт в подготовке документации, правильном использовании денег, рабочей силы и рабочего времени т.е. подготовки и внедрения проекта в жизнь. Также обучались планировать риск, организовывать совещания приобретали навыки работы в коллективе. После первых разработок вдруг выяснилось, что «CubeSat» надолго обучающей программой оставаться не будет. Предпринимательский глаз различных организаций и предприятий, узрел в этом стандарте привлекательный, с финансовой стороны и простоты реализации, вариант использования космоса для выведения своих разработок и технологий на качественно новый уровень. В настоящее время уже есть успешно осуществленные запуски наноспутников. К ним относятся: проект TUBSAT Технического университета в Берлине, серия наноспутников американских университетов, наноспутник SNAP-1 Суррейского университета. Популярность персонального спутника стандарта «CubeSat» неизменно растет. Если на начальной стадии в 2001г. проектированием и производством этих спутников занимались всего 7 организаций, то до 2009г. их уже было 95. В космосе уже побывало 38 пикоспутников. Этим стандартом заинтересовались Дания, Норвегия, Израиль, Нидерланды, Швейцария, Турция, Колумбия, - государства, занимающие скромные позиции в освоении космоса. Появляются на свет совместные проекты, зарождаются новые формы сотрудничества. Координационные действия этих программ реализуются с помощью Интернета. В обозримом будущем количество работающих на околоземной орбите пикоспутников достигнет тысячной отметки, а это уже потребует упорядочения действий по запуску, расположению на орбите, регистрации, снятию с эксплуатации. Нужна координация и жесткий контроль по использованию космического пространства, дабы не превратить космос в хаотичный, разобщенный мир движущихся на пересекающихся орбитах космических монстров и крошечных малюток. Ибо и те и другие представляют смертельную опасность друг другу на космических скоростях... Почитать Полетим в "Пузыре" к Звездам В России пионером в области МКСс можно считать ФГУП РНИИ КП, которое разработало и уже осуществляет программу создания и применения технологических наноспутников серии «ТНС», предназначенных для летной отработки перспективных космических аппаратов и базовых технологий для них. На наноспутнике ТНС-0 №1, успешно запущенным с борта МКС, уже испытана новая технология управления полетом космических аппаратов через спутниковую систему ГЛОБАЛСТАР. Сейчас специалисты института работают над следующими образцами наноспутников: ТНС-0 №2, на котором также будет отрабатываться технология управления космическими аппаратами через глобальные телекоммуникационные сети, ТНС-1 и ТНС-2 – для проведения целого комплекса различных технологических и исследовательских задач. Новое перспективное направление применения микроспутников – использование их в качестве базовой платформы для проведения экспериментов в области нанотехнологий, испытаний нанокомпонентов и материалов. Академик РАН Анатолий Коротеев, директор ФГУП «ИЦ им. М.В. Келдыша», рассказал о возможных применениях наноматериалов в космической отрасли. В частности, речь идет об использовании покрытий из наночастиц диоксида кремния для солнечных батарей. Такие нанопокрытия оптически прозрачны и одновременно «отталкивают» любые загрязняющие вещества. Перспективными для космической техники станут наноматериалы, обладающие одновременно высокими твердостью, прочностью и пластичностью, что недостижимо в материалах, построенных из «обычных» макрочастиц. Почитать Суператомы с магнитной оболочкой Основная сегодняшняя задача – уменьшение массы, габаритов и энергетических характеристик пико- и наноспутников (аппараты весом менее 10 кг). Другая проблема – выведение наноспутников на орбиту. Сейчас осуществляются кластерные запуски «малышей» на больших ракетах-носителях, но этот способ имеет свои недостатки. «Хотелось бы иметь специальное ракетное средство для их выведения», – сказал Арнольд Селиванов. В качестве кандидатов в средства выведения миниатюрных космических аппаратов рассматриваются авиационно-космический комплекс на базе самолета МИГ-3, на базе оперативно-тактических ракет (ОТР «Искандер»), а также ракеты-носители легкого класса типа «Штиль-2.1» (разработка Государственного ракетного центра «КБ им. академика В.П. Макеева»), пуск которой производится из шахт подводных лодок. Однако стоимость выведения спутников с помощью таких сверхлегких ракет-носителей пока слишком высока. ФГУП «РНИИ КП» предложил проект пушечной системы запуска, которая, по мнению автора разработки А. Фионова, позволяет существенно снизить эти затраты. Автор предложил использовать совокупность электромагнитных пушек, которые питаются от одной и той же батареи конденсаторов. В числе других вопросов – миниатюризация бортовых подсистем и элементов космических аппаратов, двигательные установки для миниатюрных аппаратов, создание спутников-инспекторов для диагностики и устранения причин выхода из строя космических аппаратов. Недавно частная компания "Даурия", резидент "Сколково", выиграла тендер Роскосмоса на создание наноспутников. Согласно техническому заданию, победитель должен будет до 25 ноября 2015 года разработать и запустить два наноспутника, получивших обозначение МКА-Н (малогабаритный космический аппарат нанокласса). Масса спутников не должна превышать 10 килограммов, а сами аппараты должны быть максимально унифицированы с платформой CubeSat. Срок их жизни на высоте 450 километров должен быть не менее трех месяцев. Помимо самих спутников, должна быть разработана унифицированная система размещения и отделения аппаратов от ракет-носителей. Эта система должна позволить выводить наноспутники на ракете "Союз" — до 24 аппаратов за один запуск. Кроме того, должна быть проработана возможность выведения на грузовых кораблях "Прогресс" и с использованием разгонного блока "Фрегат". "Роскосмос просит нас разработать интерфейс, с помощью которого эти спутники можно запускать. Это новое слово, и на российских носителях их еще не запускали. Роскосмос сможет запускать затем не только наши спутники, но и спутники других компаний, соответствующие стандарту CubeSat", — пояснил Кокорич. На двух спутниках будет установлена фотосъемочная аппаратура, которая позволит делать съемку поверхности Земли с разрешением около 20 метров. В случае успеха "Даурия" планирует затем создать собственную группировку из таких спутников. "Если эта модель хорошо себя покажет, мы собираемся с помощью собственных средств развернуть на базе этой модели целую группировку, и, возможно, затем договориться с Роскосмосом о коммерческом использовании этой группировки", — сказал Кокорич. В США давно проводятся работы по созданию наноспутников для запуска в околоземное пространство на эллиптическую орбиту в несколько десятков радиусов Земли. Задача создать и запустить созвездие из сотни наноспутников с изменяемыми орбитами, которые позволяют получить пространственно-временную картину возмущений космического пространства. В 2003 году РН ( ракетоноситель ) «Рокот» вывел на орбиту 2 микроспутника и 4 наноспутника, масса каждого из них составляет 1 кг. Кроме того, примером миниатюризации может служить и британский спутник SNAP - 1, запущенный в 1999 году, массой 6,5 кг, который имеет двигательную установку с силой тяги 10 г/с. Миниатюризация изделий даёт толчок к развитию нанотехнологии, в первую очередь для элементов систем управления, на примере микроэлектромеханических систем (МЭМС). Миниатюрность изделий МЭМС, являющаяся их характерной особенностью, обуславливает такие исключительно важные с точки зрения применения в космической технике свойства изделий, как портативность, высокий срок службы (предельно малые массы элементов минимизируют вибрационные и инерционные перегрузки), низкое потребление энергии, простота в обслуживание и замене. Применение МЭМС позволяет приблизительно на порядок уменьшить размеры, массу и потребление энергии аэрокосмических систем. В качестве примеров успешного применения МЭМС в космической технике можно упомянуть кремневые гироскопы, акселерометры, клапаны, микроисточники энергии, системы химического и биологического анализа, высокочастотные оптические и механические фильтры и др. Приводы и двигатели, созданные по технологии МЭМС, будут способны обеспечить значительные силы и крутящие моменты и заменят обычные механизмы. Особый интерес для космоса представляет применение электростатических приводов в качестве микропереключателей СВЧ – сигналов, перспективных для использования в космических системах связи, построенных из пикоспутников. Возможность изготовления электромеханических переключателей на одном кристалле с наноэлектронными компонентами открывает перспективу создания систем с более высокой функциональностью. Миниатюризация изделий РКТ требует применения новых материалов. Это в первую очередь материалов имеющих наноразмерную структуру, которые имеют возможность, используя процессы самоорганизации и самосборки, получать материалы не методом «сверху - вниз», а методом «снизу - вверх». Такие материалы могут быть в 10 раз прочнее стали, и обладать малой массой. К таким материалам можно отнести фуллерены – производные графитов, которые имеют кристаллическую гранецентрированную кубическую решетку с молекулами С60. фуллерены обладают уникальными свойствами – упругостью, пластичностью и высокой твёрдостью (алмаза). При испытании на удар со скоростью 27000 км/час (орбитальная скорость Шаттла) фуллереновые шарики отскакивали от стальной поверхности как резиновые. Уникальным конструктивным материалом, который может применяться на малых КА ( космический аппарат ), является нанофазная «гибкая» керамика, которая включает в себя оксидную и нитридную составляющие с величиной зерна менее 70 нанометров. Направлениями в нанотехнологии, применяемыми в изделиях РКТ, является повышение производительности базовых компьютеров в системах управления в миллионы раз за счет применения наноэлектроники, также создание высокоотражательных систем (солнечное, лазерное излучения, зеркала космических телескопов). Почитать Космическая Солнечная Электростанция В 1997-м году NASA утвердила стратегический план «Быстрее, лучше, дешевле», направленный на активизацию внедрения в создание микроузлов космической техники современных достижений нанотехнологий, микромехатроники и молекулярной электроники. В 1998 г. эксперты и аналитики Агентства новейших оборонных исследований МО США DARPA (Defence Advanced Research Project Agency) совместно с головным НИИ ВВС США AFOSR (Air Force Office of Scientific Research) пришли к выводу о необходимости создания новых космических средств на основе последних достижений микроэлектроники. В XXI веке многие задачи в космосе будут решаться с помощью кластеров наноспутников. Так появилась программа TechSat – 21. Характерно, что программа развития наноспутников является совместной программой ВВС США и университетской науки. Университетская составляющая – способ поддержки программы в части проектирования, создания и проведения экспериментов с помощью наноспутников. Конечной целью программы является – исследовать возможности военного использования наноспутников. Другим существенным моментом стратегии создания принципиально новых космических систем на основе наноспутников в США является поддержка разработок фирмами, сотрудничающими с Минобороны. Эти фирмы предоставляют бесплатно консультации, установки для испытаний и спонсорскую помощь в виде комплектующих типа солнечных батарей и других типовых элементов КА. Это говорит о том, что фирмы видят перспективу в развитии рассматриваемых проектов и помогают им развиваться на ранних стадиях проектирования, когда о непосредственной отдаче от вложенных инвестиций говорить еще преждевременно. Следует отметить, что в США 10 университетов заявили о 100 проектах, касающихся наноспутников. Это говорит о том, что американская наука и даже государственные ведомства давно прошли стадию теоретического осмысливания целесообразности и возможности осуществления подобных проектов и начинают осуществлять крупномасштабное наступление в области новейших технологий. При этом военный аспект, как обычно, оказывается превалирующим. Ниже представлены несколько проектов в области миниатюрной космонавтики «3^Sat», «Three Corners Satellites» («3 спутника по углам») – демонстрация стереосъемки, межспутниковой связи типа сотовой телефонной связи и новой системы команд управления и сбора данных. Каждый спутник будет иметь микродвигатель с использованием стандартной схемы: рабочее тело-окислитель, микропроцессор, который обеспечивает все функции спутника и межспутниковую связь. Для удешевления и упрощения конструкции используются также опробованные решения – подсистема ориентации на базе гравитационных штанг, ориентации по GPS-приемнику и звездному датчику, солнечные батареи с ФЭП на арсениде галлия размещены на корпусе. Четыре CMOS-камеры, каждая из которых с раскрытием 15°, образуют композитный кадр с углом обзора 54°. «ION-F» имеет целью ионосферные наблюдения с разнесенных спутников с малой базой. Основная научная задача – измерение параметров ионосферы сразу из трех разнесенных точек. Тем самым удается получить очень высокое временное и пространственное разрешение. В эксперименте ставится и технологическая задача – отработать маневрирование спутников на орбите. Два КА будут иметь плазменные ДУ, и по командам с Земли будет реализовано маневрирование относительно третьего спутника. Высота орбиты этих спутников будет составлять 360 км. Все остальные параметры спутников стандартные. Они будут иметь системы электропитания, ориентации, навигации и связи. В системе ориентации будут использованы микродвигатели по технологии микроэлектромеханических систем (MEMS, micro-electro-mechanical systems), будет опробован гравитационный стабилизатор в виде длинной ленты. «Эмеральд» – разработка и испытания технологий управления движением спутников. На двух спутниках будут опробованы изменения орбиты за счет торможения специальными панелями и работы микротрастеров. Конструктив спутников сделан так, что позволяет менять полезную нагрузку, не меняя общие размеры и технологические системы. Средняя электрическая мощность на борту – 7 Вт, питание – 5 В, линия телеметрии – 9600 бод. Система управления построена на базе микропроцессора с радиационной защитой. Терморегулирование пассивное, с использованием тканевой термоизоляции. «Constellation Pathfinder» («Первопроходец созвездий») – пример самого простого наноспутника, предназначенного для отработки технологических задач, возникших при постановке проекта, который заключается в следующем. Предполагается запустить в околоземное пространство на эллиптическую орбиту в несколько радиусов Земли около сотни наноспутников. Они позволят получить детальную пространственно-временную картину возмущений космического пространства. Задача создать и запустить созвездие из сотни спутников с изменяемыми орбитами представляется не простой, для отработки некоторых технологических задач и предполагается использовать наноспутник. Масса спутника составит всего 1 кг, но он будет иметь все функции полноразмерного аппарата. Предполагается запустить его с шаттла. В эксперименте будет опробован простой и экономичный магнитометр, технология передачи данных с малой мощностью бортового передатчика и система приема и обработки данных с большого числа идентичных аппаратов. «Солнечная вертушка» – реализация идеи солнечного паруса: Solar Blade Heliogyro Nanosatellite. Разработчики утверждают, что построить солнечный парус для аппарата массой в несколько сот килограмм невозможно, а для наноспутника массой в 5 кг – вполне реальная задача. Самое важное в этом эксперимента, кроме самого паруса – оперативное управление спутником и слежение за его орбитальным положением. Поэтому он будет иметь весь набор приборов для определения параметров орбиты. Расчетная мощность солнечных батарей должна составить 28 Вт. По программе NASA при участии Пентагона отрабатывается компьютерная программа КАСПЕР, которая должна управлять 3-мя спутниками массой по 15 кг, как единым распределенным объектом без участия человека. Это говорит о том, что американские разработчики понимают важность создания систем управления многоспутниковыми орбитальными группировками из миниатюрных КА. В качестве одного из компонентов американской Национальной противоракетной обороны (НПРО) предполагается использовать орбитальную группировку из 15¸20 тысяч спутников массой 8¸10 кг, называемых наноперехватчиками. Один шаттл способен доставить на орбиту за один раз 3 тысячи таких аппаратов. Кстати, это уже не информационная задача, хотя без информационной поддержки такая система функционировать не может. Есть основания полагать, что стратегический курс на миниатюризацию в космосе американцы взяли еще при разработке программы СОИ. Советские ученые в 80-е годы говорили о невозможности осуществления СОИ прежде всего в виду огромных затрат на ее реализацию. Но, использование сверхмалых аппаратов позволяет всерьез говорить о практическом выполнении проектов создания глобальных систем противоспутниковой и противоракетной обороны. Президент США Л. Джонсон сказал: «Британцы господствовали на море и руководили миром. Мы господствовали в воздухе и были руководителями свободного мира с тех пор, как установили это господство. Теперь это положение займет тот, кто будет господствовать в космосе». Опоздание в создании принципиально новых космических систем равносильно потере стратегического равновесия и безопасности страны. Почитать Антилазер Рассмотрение проектов, разрабатываемых в США, позволяет увидеть тенденцию, заключающуюся в том, что МО США активно сотрудничает с научными структурами и, преследуя военные цели, участвует в проведении чисто научных экспериментов. Это позволяет, во-первых, привлечь дополнительные средства, во-вторых, создать рынок новых технологий в космические разработки. К участию в этой работе повернулось и NASA, и ведущие фирмы США. Кроме того, университеты совместно с МО начинают подготовку молодых кадров в области разработки и эксплуатации наноспутников и непосредственное «обучение на живых спутниках» студентов университетов. Все начиналось с Микроспутников ( МС )... Первый советский ИСЗ "Спутник", запущенный в космос 4 октября 1957 г., стал первым микроспутником в мире. Его задачи: исследование прохождения радиоволн через ионосферу, по торможению определить косвенную оценку плотности верхних слоев атмосферы. Спутник диаметром 0.58 м и массой 83.6 кг просуществовал на орбите три месяца. Второй микроспутник, американский "Explorer-1" (масса 13 кг), выведен на орбиту 1 февраля 1958 г. Результаты наблюдений за возмущением его орбиты также использовались при расчете плотности атмосферы на различных высотах и для определения формы планеты. Технологии того времени еще не позволяли выводить в космос многотонные аппараты, а на спутниках начала 1960-х гг. в силу небольших размеров и веса невозможно было разместить сложную бортовую аппаратуру. Далее постепенно возрастала масса выводимых на орбиту аппаратов. Но и микроспутники играли существенную роль в космической отрасли. Они регулярно выводились на орбиты для решения конкретных задач. В СССР микроспутники создавались в основном для решения задач связи. Долгое время, начиная с конца 1960-х гг. и до 1992 г., Советский Союз использовал микроспутники серии "Стрела-1" и "Стрела-1М", запускавшиеся под индексом "Космос". Они передавали информацию из одной точки Земли в другую. Зная время прохождения спутника над определенной точкой, абонент мог быстро передать по радиоканалу на спутник накопленную информацию, а когда спутник проходил над территорией СССР, эту информацию "сбрасывали" на наземные пункты командно-измерительного комплекса. Спутники серии "Стрела-1 М" регулярно выводились по 8 штук одновременно и равномерно разводились в плоскости орбиты. Это позволяло поддерживать постоянную связь с абонентами, находящимися за пределами нашей страны. Данная система использовалась в интересах специальных служб. Уже более десяти лет она не эксплуатируется и не обновляется, ее заменили более совершенные средства. Использование космических аппаратов для ретрансляции голосовых сообщений началось с микроспутника "Telstar-1" (США) массой 77 кг, выведенного на орбиту 10 июля 1962 г. Возможности этого аппарата позволяли ретранслировать информацию по 600 голосовым каналам и одному телевизионному. Начало его работы можно считать рождением эры спутникового телевидения. Спутник не всегда находился в зоне видимости приемопередающих пунктов, поэтому невозможно было осуществлять постоянную связь. 19 августа 1964 г. запустили первый геостационарный спутник "Syncom-3" (США) мaccoй 39 кг. Это привело к установлению первого постоянного канала дальней связи. Следует заметить, что через данный микроспутник напрямую проходила трансляция соревнований Олимпийских игр в Токио. Кроме этого, с его помощью осуществлялась телетайпная связь с самолетами, следующими по курсу Сан-Франциско — Гонолулу. С самого начала космической эры были очевидны преимущества спутников для точного определения местоположения объектов на Земле. Первые микроспутники, которые решали эту задачу, — МС серии "Transit" (первые эксперименты в навигации произвел "Transit-10" в августе 1966 г.). Первый микроспутник такого типа "Transit-4A" (США), массой 79 кг, запущен 29 июня 1961 г. Такие космические аппараты помогали определять местонахождение подводных лодок. Система состояла из четырех спутников и нескольких наземных станций. На борту спутника находились доплеровский излучатель и устройство для хранения данных. Принимая сигнал с МС тремя станциями, зная параметры орбиты и значение сдвига радиосигнала частоты Доплера, вычислялось положение источника излучения на Земле. С 1964 г. для аналогичных целей стали применять микроспутники военного назначения серии "Secor" (1964-70 гг.) массой 16-23 кг, принцип действия которых можно считать прообразом современной глобальной навигационной системы GPS (Global Positioning System -глобальная позиционирующая система, выполняющая высокоточное определение местоположения мобильных и стационарных объектов). С 1978 г. запускаются серийные американские навигационные ИСЗ "Navstar" данной системы. Почитать Что такое ГЛОНАСС Кроме обеспечения связи и телекоммуникации МС часто использовались для проведения научных экспериментов. Начало этому положили американские спутники серии "Explorer". Среди них много микроспутников (всего запущено 35 КА массой 8.3-97.5 кг, 1958-74 гг.), предназначавшихся для различных исследований в космосе. Проведены исследования космических лучей, плотности потока микрометеорных тел, корпускулярного излучения Солнца, облачного покрова Земли, магнитного поля Земли, альбедо Земли, излучения Лайман-альфа, рентгеновского излучения, электронной и ионной концентрации в ионосфере, жесткого первичного космического излучения. В дальнейшем, с развитием космической отрасли, с увеличением грузоподъемности ракет-носителей, для этих целей стали выводить на орбиты более крупные и тяжелые КА, которые позволяли размещать на борту сложную и энергоемкую аппаратуру. Микроспутники применялись для экспериментов, не требующих больших энергозатрат, или в составе уже функционирующих космических систем ("Стрела-1М", "Transit" и др.). Почитать Радиоастрон Вследствие малого веса и габаритов МС во многих случаях выводились на орбиту в качестве попутного груза вместе с большим КА либо совместно с другими МС. В ряде стран, желающих решать свои задачи в космосе, нет развитой космической инфраструктуры. Многие страны используют МС при отсутствии собственных космодрома и ракеты-носителя. Более того, некоторые страны не имеют возможности создавать полнофункциональные МС, поэтому их заказывают на стороне. Например, Марокко применяет МС, сделанный совместно с Германским космическим агентством (DLR). Такие страны, как Малайзия, Таиланд, Чили и Южная Корея, используют МС, разработанные по их требованиям фирмой SSTL при Суррейском университете (Великобритания). Следует подчеркнуть, что фирма SSTL предоставляет свои возможности по изготовлению МС многим странам Юго-Восточной Азии: Пакистану, Китаю, Сингапуру и некоторым другим. Типовой аппарат этого университета спутник базовой модели "UoSat" массой около 50 кг. На нем устанавливают различную специальную аппаратуру, например камеру на приборах с зарядовой связью (ПЗС) для метеосъемок. При ширине полосы наблюдения 1000 км она позволяет получать изображения с разрешением на местности 1 км, что достаточно для штормового предупреждения. Подобная международная кооперация ускоряет освоение космического пространства странами, которым для создания и развития собственной космической отрасли потребовались бы еще длительное время и значительные средства. Одна из "некосмических" стран, самостоятельно создавших первый отечественный космический аппарат, — Пакистан. Первый микроспутник "Badr-A" массой 52 кг выведен в космос китайской ракетой-носителем "CZ-2E" 16 июля 1990 г. Экспериментальный "Badr-A" предназначен для отработки перспективных технологий спутниковых систем. Второй микроспутник, "Badr-B" (масса 68.5 кг), Пакистан запустил 10 декабря 2001 г. с помощью ракеты-носителя "Зенит-2" для фотосъемки земной поверхности и измерения солнечной радиации. Система электропитания состояла из аккумуляторных батарей и солнечных панелей. Ориентация и стабилизация МС осуществлялась при помощи гравитационной штанги длиной 6 м со стабилизирующим грузом на ее конце массой 4 кг. Кроме Пакистана к освоению космического пространства приступили ЮАР, Саудовская Аравия, Малайзия, Аргентина, Марокко, Таиланд и Алжир. К настоящему времени более 40 стран запустили космические аппараты. Микроспутники играют значительную роль в ускорении развития космонавтики некоторых стран, поэтому может сложиться впечатление, что основное их преимущество — простота. Это не совсем так. Европейским космическим агентством создан и запущен 22 октября 2001 г. научный экспериментальный микроспутник "PROBA" массой 94 кг. По оценкам специалистов, задачи, решаемые этим космическим аппаратом, по сложности не уступают тем, что возлагались лишь на спутники с гораздо большей массой. МС "PROBA" предназначен для испытаний ИК-датчиков нового поколения, обнаружения лесных пожаров, вулканической деятельности и горящих нефтяных скважин, мониторинга состояния растительного покрова, изучения дымовых шлейфов и водяных облаков. Полезная нагрузка этого микроспутника включает: компактный видовой спектрометр высокого разрешения; черно-белую камеру высокого разрешения CHRIS (масса 2.1 кг, апертура 115 мм, фокусное расстояние 2296 мм, угол обзора 0.504°, ПЗС-матрица 1024 х 1024 пикселей, разрешение 5 м); широкоугольную камеру (датчик CMOS: 640 х 480 пикселей, угол обзора 40 х 31°); монитор радиационной обстановки; прибор для исследования орбитального мусора; датчики радиации и температуры; миниатюрный монитор радиационной обстановки; автономный звездный датчик. Россия пока сохраняет лидирующие позиции в космической промышленности Об этом свидетельствует появление кластера «Космические технологии и телекоммуникации» фонда «Сколково». В настоящее время только Россия и США имеют свои глобальные навигационные спутниковые системы, кроме того, РФ занимает первое место в мире по пусковым услугам. Тем не менее, потенциал развития и коммерциализации российских космических технологий в глобальном контексте велик. Об этом говорилось на заседании Клуба друзей космического кластера в Московском доме архитектора. В рамках мероприятия, которое вел исполнительный директор кластера «Космические технологии и телекоммуникации» Сергей Жуков, было представлено несколько докладов, однако наибольший интерес у аудитории вызвало совместное выступление В. Гершензона и С. Карпенко, предлагаемое теперь вниманию читателей. В. Гершензон: Центр «СканЭкс», который достаточно известен в России как компания, работающая с технологиями и материалами съемки Земли из космоса, предлагает выделить направление работы, связанное с разработкой микроспутников, в отдельное предприятие, названное «СПУТНИКС» (что означает «спутниковые инновационные космические системы»). Представляя их, я вспоминаю историю, которая произошла более 10 лет назад. Многие знают Леонида Алексеевича Макриденко, он сейчас является генеральным директором ВНИИЭМ. Когда он был начальником Управления дистанционного зондирования в Роскосмосе, я в какой-то момент позволил себе с жаром его убеждать в необходимости миниатюризации, в том, что надо искать новые подходы, перспективы и т. д. Он довольно долго и внимательно меня слушал, а потом сказал: «Владимир Евгеньевич, вы знаете, это — провокация». И это заставило меня задуматься: действительно, не провокация ли это? Вопросов в области создания и эксплуатации микроспутников довольно много... С. Карпенко: Я представляю группу специалистов, которые душой болеют за малые аппараты и хотят, чтобы это направление развивалось в России так же, как оно развивается в мире. Вкратце опишу историю создания и внедрения в практику малых космических аппаратов, текущее состояние дел и перспективы расширения использования микроспутников в России. Расскажу также о том, как рабочая группа компании «СПУТНИКС» хочет помочь развитию этого направления. Терминология в области малых спутников известна: миниспутниками обычно называют аппараты массой меньше 1 т, соответственно микроспутники — меньше 100 кг, наноспутники — до 10 кг, пикоспутники — до 1 кг. Но эта градация немного устарела, сейчас к миниспутникам мы относим аппараты массой меньше 150 кг. Класс малых аппаратов непрерывно развивается, появляются новые подходы к проектированию, возможности попутного запуска, происходят миниатюризация, улучшение бортовых и наземных возможностей и т. д... ...В. Гершензон: Мы давно работаем со спутниками «EROS-A» и «EROS-В», запущенными российскими «Тополями», и по своим критериям они как раз близки к миниспутникам: масса аппаратов 200–250 кг. И это вполне состоявшаяся программа — прежде всего в коммерческом отношении. Успешность коммерциализации зависит от подходов, от эффективности диалога частного и государственного секторов. На мой взгляд, мы готовы к некоему технологическому прорыву, прежде всего направленному на научно образовательные инициативы. Никто не говорит о том, что здесь можно крупно заработать. Вопрос в том, чтобы был опыт, чтобы была практика, чтобы был интерфейс взаимодействия с внешним миром и внешнего мира — с российскими университетами...  Разработка малых спутников может плавно перетекать к созданию малых космических кораблей с экипажем на борту. Основы такого КА уже частично проработаны. Например, посадочные модули прилунения астронавтов или спускаемые капсулы с космонавтами на борту. В принципе, посадочный модуль и частично капсула уже есть, дело стоит за главным- решение вопросов движителя и радиоционная защита экипажа в космосе... Почитать Луна- Месяц Как это не выглядит странным , но похоже такие проблемы были уже разрешены в эпоху древних цивилизаций. Чего стоит только изображение на погребальной плите в Паленке. На которой незатейливо, без прикрас изображен малый космический корабль, возможно, используемый, как спускательная капсула или межпланетный космический аппарат. Такой вот "автомобиль" на будущих межпланетных космических магистралях. Космический мусор Продолжающаяся уже 50 лет эра космонавтики привели в появлению большого количества космического мусора. По данным, опубликованным Управлением ООН по вопросам космического пространства в октябре 2009 г., вокруг Земли вращается около 300 тыс. обломков мусора. «Если дело пойдет так и дальше, к 2035 г. безопасный вывод кораблей в ближний космос станет невозможным», — считает Георгий Малинецкий из Института прикладной математики им. М.В. Келдыша. Под космическим мусором подразумеваются все искусственные объекты и их фрагменты в космосе, которые уже неисправны, не функционируют и никогда более не смогут служить никаким полезным целям, но являющиеся опасным фактором воздействия на функционирующие космические аппараты, особенно пилотируемые. Проблема засорения околоземного космического пространства «космическим мусором» как чисто теоретическая возникла, по существу, сразу после запусков первых искусственных спутников Земли в конце 1950-х годов. Официальный статус на международном уровне она получила после доклада Генерального секретаря ООН под названием «Воздействие космической деятельности на окружающую среду» 10 декабря 1993 г., где особо отмечено, что проблема имеет международный, глобальный характер. При экстраполяции существующих условий засорения низких околоземных орбит, даже с учетом мер по снижению в будущем числа орбитальных взрывов (42% всего космического мусора) и других мероприятий по уменьшению техногенного засорения, этот эффект может в долгосрочной перспективе привести к катастрофическому росту количества объектов орбитального мусора на этих орбитах и, как следствие, к практической невозможности дальнейшего освоения космоса. Разрушение конструкций на орбите порождает процесс саморазмножения остатков космической деятельности — по оценкам, к 2055 г. этот процесс станет серьезной проблемой для человечества. В настоящее время, по разным оценкам, в районе низких околоземных орбит вплоть до высот около 2000 км находится до 5000 т техногенных объектов. На основе статистических оценок делаются выводы, что общее число объектов подобного рода (поперечником более 1 см) достаточно неопределенно и может достигать 60–100 тысяч. Из них ?10% (около 8600 объектов) обнаруживаются, отслеживаются и каталогизируются наземными радиолокационными и оптическими средствами, и только около 6% отслеживаемых объектов — действующие. Около 22% объектов прекратили функционирование, 17% представляют собой отработанные верхние ступени и разгонные блоки ракет-носителей и около 55% — отходы, технологические элементы, сопутствующие запускам, и обломки взрывов и фрагментации. Большинство этих объектов находится на орбитах с высоким наклонением, плоскости которых пересекаются, поэтому средняя относительная скорость их взаимного пролета составляет около 10 км/с. Вследствие огромного запаса кинетической энергии столкновение любого из этих объектов с действующим космическим летательным аппаратом может повредить его или даже вывести из строя. Примером может послужить первый случай столкновения искусственных спутников «Космос-2251» и «Iridium 33», произошедший 10 февраля 2009 г. В результате оба спутника полностью разрушились, образовав свыше 600 обломков. Эффективных мер защиты от объектов космического мусора размером более 1 см в поперечнике практически нет. Актуальность задачи обеспечения безопасности космических полетов в условиях техногенного загрязнения околоземного космического пространства и снижения опасности для объектов на Земле при неконтролируемом вхождении космических объектов в плотные слои атмосферы и их падении на Землю стремительно растет. В Советском Союзе засоренностью космоса начали заниматься в 1985 г. в Министерстве обороны и Академии наук. Уже в 1990 г. были получены первые практические оценки и разработана математическая модель засоренности околоземного космического пространства. В 1992 г. впервые в стране был создан проект стандартных исходных данных для обеспечения работ по созданию космических орбитальных средств. В США создана Сеть по наблюдению за космическим пространством США — служба для отслеживания траекторий объектов на околоземной орбите (отслеживаются объекты диаметром от не скольких сантиметров). Проблемой занимаются и международные организации: Международная федерация астронавтики (IAF), Комитет по исследованию космического пространства Международного совета научных союзов (COSPAR), Международный телекомму никационный союз (ITU), Международный институт космического права (ICJ) и др. В последнее время совместная скоординированная деятельность двух международных органов — Межагент ского координационного комитета по космическому мусору (IADC) и Научно-технического под комитета Комитета ООН по использованию космического пространства в мирных целях (STCS UN COPUOS) — в «техническом» и «политико правовом» измерениях данной проблемы вывела ее понимание на качественно новый уровень. Конечно помимо мусора, созданного человеком, на околоземной орбите движутся и естественные космические тела. Почитать Кометы Так одна из солнечных батарей Международной космической станции (МКС) была пробита микрометероидом. Об этом сообщил в воскресенье генеральный директор ЦНИИ машиностроения Геннадий Райкунов. Почитать Астероиды «Скорее всего, трубопровод охлаждения одной из солнечных батарей был пробит. Причем чем, и как — никто не видел. Потому что частицы, очевидно, достаточно мелкие. Сейчас вся эта ситуация исследуется. Разрабатывается комплекс мероприятий по устранению проблемы», — цитируют Райкунова интернет-СМИ. По его словам, специалисты российско-американской комиссии в настоящее время изучают состояние МКС. Добавим, что в августе российские космонавты Юрий Маленченко и Геннадий Падалка во время выхода в открытый космос установили на внешней поверхности Международной космической станции защиту от метероидов. Ранее сообщалось. что МСК впервые совершит маневр для проведения научного эксперимента. «Цель предстоящего маневра — обеспечить постоянную засветку Солнцем прибора ЕКА SOLAR с тем, чтобы он мог вести непрерывную съемку светила в течение примерно 25 дней», — говорится в сообщении Европейского космического агентства (ЕКА). При обычном пространственном положении МКС SOLAR может вести непрерывную съемку Солнца примерно две недели в месяц. Отметим, чаще всего МКС приходится совершать маневры с целью уклонения от столкновения с космическим мусором. Так, 1 ноября станция провела маневр уклонения от обломка американского спутника «Иридиум-33». Высота орбиты, на которой находится станция, была изменена в сторону увеличения примерно на один км... В целом, еще великий Менделеев говорил, что высокие технологии должны быть только отечественными. Покупать технологии или готовые образцы техники целиком, значит, всегда отставать и быть управляемыми извне как в экономическом, так и в военном отношениях. С миниатюрной техникой ситуация особая. По чужим технологиям производить миниатюрные космические аппараты смогут даже такие страны, как Финляндия (пример тому Nokia). Не развернув активно работы по созданию новейших космических систем на основе новейших технологий, завтра мы потеряем статус великой космической державы. Подобные работы должны вестись совместно фундаментальной и прикладной (отраслевой) наукой, промышленностью различных отраслей при самой активной поддержке государства. А, отличительной чертой космической техники будущего будет являться её структура, состоящая из интегрированных в единое целое параллельных и распределенных десятков тысяч миниатюрных адаптивных и интеллектуальных ячеек типа «сенсор - процессор - активатор». Применение таких ячеек позволит существенно расширить функциональные возможности существующих изделий космической техники, а также создать принципиально новые типы пикоспутников, устройств и приборов космического назначения. Примером могут служить разработки реактивных двигателей, имеющих габаритные размеры порядка 12 х 15 х 2,5 мм и позволяющих создавать тягу до 1 кг, пикоспутников связи массой до 250 г и менее... Почитать Перспективы, почти Фантастика http://epizodsspace.airbase.ru/bibl/ziv/2004/2/micro.html http://www.dvpt.ru/?page=analytics042 http://ria.ru/skolkovo/20121207/913887795.html http://personalsputnik.com/ http://www.nanonewsnet.ru/blog/nikst/daesh-nanosputniki http://news.mail.ru/society/11154797/ | |
|
| |
| Всего комментариев: 0 | |