Наноспутники CubeSat

№36-1,

технические науки

Спутниковые технологии являются важнейшим компонентом при изучении космического пространства, а также для обеспечения многих других задач. Наряду, с крупнобюджетными серьезными аппаратами, существуют маленькие, так называемые, наноспутники. Об одном из них и ведется речь в данной статье, о наноспутниковом стандарте CubeSat.

Похожие материалы

«Небесные тела вращаются все по тем же орбитам, но всякий раз по другим законам». Станислав Ежи Лец (поэт, писатель, философ)

Запуск в космическое пространство искусственного спутника довольно дорогостоящее удовольствие. Одной из причин этого является то, что спутники разрабатываются для решения конкретных научных целей. Безусловно, такой подход позволяет создать превосходные аппараты, обладающие максимальной возможной эффективностью и несущие на борту самое передовое оборудование. Такие спутники способны с легкостью выполнить любую поставленную задачу, но их стоимость зачастую становится камнем преткновения и непреодолимым препятствием для множества научных сообществ.

На помощь приходит, так называемая, формация спутников (formation flying), позволяющая разделить нагрузку между несколькими аппаратами. Не стоит путать с понятием группы спутников. В отличие от нее, где все спутники, хоть и двигаются в относительной близости друг от друга, но действуют самостоятельно, в формации спутников все аппараты работают сообща, деля между собой поставленные задачи. К примеру, все участники формации, кроме одного, собирают информацию. В задачу же последнего входит только лишь получение данных от них всех и передача её оператору. Другими словами, использование формации спутников позволяет решать те же задачи, что и большие дорогостоящие аппараты, но их надежность в разы выше, так как есть возможность замены вышедшего из строя модуля. Стоимость и время разработки так же являются бесспорным преимуществом. Однако, плох тот, кто довольствуется имеющимся. Стандартизация спутниковых платформ позволяет еще больше снизить стоимость и время разработки проекта. В космической отрасли такой подход, к сожалению, длительное время был невозможен, ввиду специфичности решаемых задач, но сейчас, когда многие из них стали рутинными, а развитие науки в области микро- и наноэлектроники вышло на более высокий уровень, стандартизация начала поднимать голову. Данный метод очень широко применяется при использовании малых (нано- и пико-) спутников, так как отказ оборудования приведет к потере всего лишь небольшого дешевого аппарата, который с легкостью может быть заменен. В настоящее время одной из самых успешных и активно развивающихся проектов в этой области является наноспутниковая платформа CubeSat (рис. 1) или попросту «кубсат».

Спутник стандарта CubeSat, созданный в токийском университете

Рис. 1. Спутник стандарта CubeSat, созданный в токийском университете

Как несложно догадаться из названия, все спутники, создаваемые по этому стандарту обязаны иметь кубическую форму размерами 100x100x113.5 мм с погрешностью не более 0.1 мм (при отсутствии дополнительных солнечных панелей) и массу не более 1 кг (бывают редкие исключения).

Одной из ключевых особенностей кубсата, выгодно выделяющей его на фоне остальных наноспутников, является четко проработанная спецификация, позволяющая достичь высокой степени стандартизации. CubeSat должен обладать монолитной структурой, то есть не иметь отделяющихся частей. Это требование продиктовано борьбой за чистоту космического пространства (чем меньше космического мусора мы оставим после использования своих аппаратов, тем лучше). Помимо прочего, на кубсате запрещена установка взрывных устройств, контейнеров со взрывоопасными веществами и баков под давлением более чем 1.2 атм. И, несмотря на то, что подобные требования существенно ограничивают спектр возможной аппаратуры, они дают возможность запуска спутника с борта Международной космической станции. Использование МКС является существенным подспорьем при создании формаций спутников, так как хранение малых спутников на ее борту дает возможность практически мгновенной замены вышедшего из строя аппарата. Плюс ко всему, МКС позволяет проводить испытания наноспутников прямо у себя на борту, так как условия на ней полностью совпадают с орбитальными.

В технической документации CubeSat’а прописана возможность его запуска с помощью стандартизированных пусковых платформ. Для этого на корпусе наноспутника (рис. 2) предусмотрены специальные полозья для надежной фиксации на платформе.

Корпус кубсата

Рис. 2. Корпус кубсата

Основная задача такой платформы — это защита ракеты-носителя от вероятных сбоев в работе кубсата, так как последний чаще всего запускается вкупе с большим аппаратом, поломка которого в результате повреждения младшего товарища станет серьезной проблемой, в то время как потеря самого кубсата проблемой не является. Помимо этого, пусковая платформа позволяет произвести запуск с минимальной угловой скоростью, что минимизирует возможность столкновения с ракетой-носителем. К ней предъявляются те же требования, что и к самому спутнику, она должна быть легкой, дешевой и стандартизированной.

Наиболее широко распространено использования кубсатов в виде формации спутников на околоземной орбите. Во-первых, их запуск туда не представляет никаких проблем, в особенности при поддержке МКС, а во-вторых мощность передатчика, установленная на спутнике зачастую не очень велика, вследствие ограничения на его размеры. И, наконец, в-третьих, использование кубсатов на околоземной орбите дает прекрасную возможность их утилизации посредством атмосферного торможения, что в свою очередь минимизирует объем появления космического мусора, тема которого была ранее затронута в статье.

В заключение остается сказать, что потенциал у стандарта CubeSat есть и он до сих пор не раскрыт в полной мере. Количество областей, в которых он может быть применен, не имеет числа, а относительно низкая стоимость разработки и запуска дает возможность его использования не только крупными компаниями и университетами, но и частными лицами, современный мир не перестает удивлять.

Список литературы

  1. Grigor'ev A.V., Goryachev N.V., Yurkov N.K. Way of measurement of parameters of vibrations of mirror antennas. 2015 International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON). Proceedings. – Omsk: Omsk State Technical University. Russia, Omsk, May 21−23, 2015. IEEE Catalog Number: CFP15794-CDR. ISBN: 978-1-4799-7102-2. DOI:10.1109/SIBCON.2015.7147031
  2. Горячев Н.В. Исследование и разработка средств и методик анализа и автоматизированного выбора систем охлаждения радиоэлектронной аппаратуры / Горячев Н.В., Танатов М.К., Юрков Н.К. // Надежность и качество сложных систем. 2013. № 3. С. 70-75.
  3. Горячев Н.В. Концептуальная схема разработки систем охлаждения радиоэлементов в интегрированной среде проектирования электроники / Н.В. Горячев, Н.К. Юрков // Проектирование и технология электронных средств. 2009. № 2. С. 66-70.
  4. Горячев Н.В. К вопросу реализации метода автоматизированного выбора системы охлаждения / Н.В. Горячев, И.И. Кочегаров, Н.К. Юрков // Алгоритмы, методы и системы обработки данных. 2013. № 3 (25). С. 16-20.
  5. Горячев Н.В. Уточнение тепловой модели сменного блока исследуемого объекта / Н.В. Горячев, И.Д. Граб, Н.К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 1. С. 169-171.
  6. Горячев Н.В. Тепловая модель учебной системы охлаждения / Н.В. Горячев, Д.Л. Петрянин // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии