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, в том числе благодаря массовому распространению кубсатов — дешёвых и доступных микроспутников, которые существенно расширяют порог входа в аэрокосмическую сферу. О трендах в этой области рассказал руководитель проекта малых космических аппаратов Центра космических технологий МАИ Александр Бон.

Когда размер имеет значение

Массовый интерес к кубсатам в космической сфере можно в чём-то сравнить с беспилотным бумом в авиации: дешёвые, доступные, они позволяют решать множество задач широкому кругу пользователей. Запускать свои микроспутники теперь могут даже частные стартап-компании, университеты и научные центры. Так, по оценкам экспертов, одноюнитовый кубсат на сегодняшний день обойдётся всего в 100 тысяч рублей. В результате 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 м³. Но это исключение. В России, например, в основном запускают шестиюнитовые кубсаты.

Такие «малыши» однако мало чем уступают спутникам традиционных размеров — они тоже могут проводить съёмку из космоса, наблюдать за объектами на Земле.

— Современные достижения в электронике и миниатюризация этой электроники позволяют получать высококачественные снимки из 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 Александр Бон.

Помимо фотосъёмки кубсаты проводят мониторинг погодных явлений и экологической обстановки, 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. Отдельно взятые аппараты уступают по мощности традиционным спутникам связи, но зато они берут количеством и в совокупности решают те же объёмы задач.

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 ней 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, — говорит 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 в тренде. Здесь лидерство уверенно держат три компании: новосибирское ОКБ «Пятое поколение», московская частная компания «Спутникс» и калужская компания «Нелакт», которые предоставляют услуги и 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 университете 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, который способен 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 решения, позволяющие сжимать код.

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 хорошо разбираться в ассемблере, так что человеку со стороны довольно сложно было вникнуть в программирование контроллера. А решение «Пятого поколения» позволяет буквально открыть свой ПК и программировать при помощи доступного пользовательского интерфейса. Я считаю это большим достижением, — подчёркивает эксперт.

На пике инноваций

Ещё одним преимуществом кубсатов является, как ни странно, обратная сторона их недостатка. Спутники-«малыши» недолговечны. Средний срок их жизни составляет всего пять лет, после чего они неминуемо сходят с орбиты и сгорают в плотных слоях атмосферы. Однако благодаря тому, что их запускают намного чаще обычных спутников, на них устанавливают самое современное оборудование, которое не успевает устаревать.

Таким образом, кубообразных «малышей» можно назвать носителями самых инновационных решений в аэрокосмической отрасли.

Материал подготовлен при поддержке Минобрнауки России