Включение в десятку выдающихся открытий года журнала Science сверхмалых космических аппаратов типа CubeSat служит показателем общественного бума, возникшего в последние два года вокруг этих космических наноспутников размером с кофейную чашку. Ведь за свою недолгую историю, начавшуюся на рубеже нового столетия, «кубсатики» из игрушки университетских кафедр выросли до настоящего орбитального гаджета! Сегодня с их помощью занимаются преимущественно наблюдением за поверхностью Земли в различных диапазонах длин волн, а их будущее связано с созданием глобальной сети мониторинга с «близкого» расстояния не только поверхности Земли, но и, впоследствии, Луны, Марса и астероидов. Благодаря низкой стоимости CubeSat их сейчас запускают в космос все, кому не лень, но только не россияне: первый отечественный наноспутник такого формата планирует запустить в следующем году Томский политехнический университет.
Игрушки, и не более – именно так воспринимались кубические наноспутники CubeSat десятилетие назад, ведь возможности таких космических аппаратов тогда представляли интерес главным образом для обучения студентов. Однако в скором времени CubeSat обещает стать простым в эксплуатации и относительно дешевым и доступным инструментом наподобие специализированного компьютера, который любой желающий сможет укомплектовать собственным оборудованием и вывести на низкую околоземную орбиту. Именно это обстоятельство, по мнению журнала Science, определило небывалый интерес к CubeSat и стремительный рост числа их запусков.
История создания сверхмалых космических аппаратов типа CubeSat началась в 1999 г. в результате совместных усилий создателей этого формата – Калифорнийского технологического института и Стенфордского университета (США). Предпосылкой для появления этого направления в производстве космических аппаратов стал прогресс в микроэлектронике 1990-х гг., включая появление компактных компьютеров и мобильных средств связи.
Большая часть первых университетских «кубсатиков» была создана энтузиастами с привлечением весьма скромных средств, в том числе и за счет краудфандинга, т. е. добровольного коллективного финансирования заинтересованными лицами через сеть Интернет. Именно этот факт в значительной степени определил ценовую политику разработчиков следующих поколений CubeSat, состоящую в создании недорогих аппаратов, доступных университетам и научным лабораториям.
Анализируя доступную в сети статистику запусков CubeSat различного назначения, нельзя не отметить, что интерес к таким аппаратам проявляют не только университеты, но и военные, и спецслужбы, а также представители бизнеса. И этот интерес заметно возрос за последние два года, вылившись в настоящий бум вокруг космических наноспутников. Ведь за двенадцать лет своей короткой эволюции CubeSat вырос из игрушки университетских кафедр до практически значимого инструмента, фактически – настоящего орбитального гаджета!
Уже появились производители, разрабатывающие и продающие CubeSat как в сборке, так и в виде отдельных компонентов. При этом конструктивный стандарт CubeSat, разработанный и опубликованный в 1999 г., до сих пор является свободно распространяемым интеллектуальным продуктом, подобно операционной системе Linux.
Низкая цена на аппараты CubeSat имеет и свою оборотную сторону – относительно короткий срок активного существования в условиях орбитального космического пространства. Из общего числа этих спутников, запущенных или участвующих в запусках, 130 сейчас сохраняют активность, 124 удалены с орбиты и 47 стали космическим мусором. Нетрудно догадаться, что большая часть «мертвых» кубсатиков имеет университетское происхождение: это выброшенные игрушки великовозрастных детей.
Статистика запусков аппаратов CubeSat за последние 15 лет свидетельствует о резком росте интереса к этим космическим наноспутникам, особенно со стороны представителей бизнеса (данные поисковой системы Google).
Специализация CubeSat целиком и полностью определяется уровнем миниатюризации их электронной и оптической начинки. Основным практическим использованием аппаратов такого наноформата было и остается наблюдение за поверхностью Земли в различных диапазонах длин волн. Сейчас кубсатики востребованы метеорологами, экологами, спецслужбами, правительственными органами… Это – настоящее, но будущее выглядит более романтичным, и связано оно с созданием группировок большого числа CubeSat, образующих глобальную сеть мониторинга поверхности Земли, а впоследствии Луны, Марса и астероидов с «близкого» расстояния.
Об одном из таких «романтичных» проектов – освоении окололунного пространства с использованием LunarCubes – можно узнать на портале astronews.ru. Предполагается, что помимо наблюдения за поверхностью Луны такие аппараты будут вести контроль за радиационным фоном Луны, поддерживая связь с Землей при помощи … обычного смартфона.
Но все же более насущной проблемой на сегодняшний день является контроль за радиационными поясами Земли, и, по мнению специалистов NASA, CubeSat может прекрасно справиться с этой задачей. И это не просто слова: на выходе проекта CREPT (Compact Relativistic Electron and Proton Telescope), который стартовал еще в 2012 г., планируется запустить на высокую околоземную орбиту компактный научный прибор весом около 1 кг, способный проводить анализ высокоэнергетических электронов и протонов в радиационных поясах Ван Аллена. Это будет, пожалуй, первая «взрослая» миссия CubeSat за пределами низкой орбиты Земли.
Ярким примером использования CubeSat в научных целях является проект Firefly, реализованный NASA, который направлен на изучение земных гамма-вспышек, генерируемых лавинами электронов сверхвысоких энергий, исходящих из области грозовых разрядов в тропосфере Земли.
Наноспутники формата CubeSat, бороздящие сегодня околоземное космическое пространство, имеют самое разное географическое происхождение. Благодаря низкой стоимости их сейчас запускают в космос все, кому не лень. Но только не россияне: в сети нет информации о работающих аппаратах типа CubeSat российского происхождения. Россия – один из лидеров в разработке космических аппаратов, но только не в формате CubeSat. Почему? Вряд ли потому, что мы ленивые: наверное, потому что для нас это время просто еще не пришло.
По мнению С. Г. Псахье, директора Института физики прочности и материаловедения СО РАН (Томск), ситуация с российскими кубсатиками должна радикально измениться уже в обозримом будущем с запуском в космос «роев» аппаратов, снабженных «интеллектом» и способных слаженно работать на орбите.
Несколько крошечных спутников, в том числе так называемый TechEdSat, были запечатлены экипажем 33-й экспедиции на Международной космической станции 4 октября 2012 г.
В любом случае Томский политехнический университет уже делает первые шаги в этом направлении и создает свой CubeSat, который планируется вывести на орбиту в юбилейном для ТПУ 2016 г. Этот аппарат будет нести две полезные нагрузки: электромеханический исполнительный орган, разработанный Институтом неразрушающего контроля ТПУ, и ионно-плазменный двигатель с жидкометаллическим рабочим телом, – совместной разработки Института физики высоких технологий и ТПУ и Института сильноточной электроники СО РАН (Томск). CubeSat ТПУ – образовательный проект, реализация которого даст университету уникальную возможность студенческой практики в космосе.
Литература
Прокопьев В. Ю., Кусь О. Н., Оссовский А. В. Малые космические аппараты стандарта CubeSat. Современные средства выведения // Вестн. науки Сибири. 2014. № 2(12). С. 71—80.
Swartwout M. The First One Hundred CubeSats: A Statistical Look // Journ. of Small Sattelites. 2013. V. 2. N. 2. P. 213—233.
Staehle R. L., Anderson B., Betts B., et al. Interplanetary CubeSats: Opening the Solar System to a Broad Community at Lower Cost // Final Report on Phase 1 to NASA Office of the Chief Technologist. 2012. 30 p. URL:
http://www.nasa.gov/pdf/716078main_Staehle_2011_PhI_CubeSat.pdf
Selva D., Krejci D. A survey and assessment of the capabilities of Cubesats for Earth observation // Acta Astronautica. 2012. V. 74. P. 50—68.
Батраков Александр Владимирович, к.ф.-м.н., заведующий лабораторией в Институте сильноточной электроники СО РАН
Источник: «НАУКА из первых рук».
30.03.2015
