Они размером с буханку хлеба, но способны на гораздо большее, чем может показаться. Они следят за погодой, помогают находить полезные ископаемые и даже могут отправить ваше селфи прямо с орбиты. Встречайте новую эру освоения космоса — эру наноспутников.
Эпоха покорения космоса началась с запуска первого искусственного спутника в 1957 году. С тех пор на орбиту отправились тысячи спутников, самых разных, и если раньше космос был чем-то огромным и недоступным, чем-то, что под силу только государствам с кучей денег и ресурсов, то теперь времена меняются. Сегодня на сцену выходит новый тренд — миниатюризация (да, она пришла не только к процессорам в телефонах).
Первый в мире искуственный спутник Земли
NSSDC, NASA
Прежде чем знакомиться с «малышами» поближе, давайте разберёмся, какие вообще бывают спутники. А бывают они самыми разными, как по размерам, так и по назначению.
Размер имеет значение?
Масса спутника напрямую влияет на функциональность и стоимость запуска (последнее особенно актуально для тех, у кого нет своих ракет).
Тяжёлыми считаются аппараты массой более 10 тонн — здоровенные многомодульные орбитальные станции, крупные космические телескопы, которые рассчитаны на долгие годы работы, и исследовательские аппараты, которые буквально напичканы научным оборудованием.
Например, космический телескоп Хаббл весит 11 тонн
NASA
Средний класс весит от 500 кг до 10 тонн. К нему относятся всякие спутники связи, навигационные спутники, а также некоторые метеорологические.
Малые спутники, с массой от 100 до 500 кг, чаще всего используются для дистанционного зондирования Земли: именно они в различных диапазонах фотографируют поверхность для картографии, мониторинга окружающей среды, разведки ресурсов и всякого другого.
Модель мониторингового спутника «Кондор-Э». Весит он около тонны
Wikimedia Commons
Ещё меньше — микроспутники (от 10 до 100 кг) и наноспутники (от 1 до 10 кг). Последние сейчас активно набирают популярность: мало того, что стоят дешёво, так ещё и создавать их можно сразу целыми группами и запускать пачками. С их помощью учёные проводят научные исследования и обкатывают различные технологии.
Ну а самые маленькие спутники, массой менее 1 кг, подразделяются на пикоспутники (до 1 кг) и фемтоспутники (менее 100 грамм).
Типичный кубсат (не в вакууме)
sibru.com А это — фемтоспутник
ASU
Пикоспутники (и наноспутники) ещё называют кубсатами. Почему так? Ну, потому что в основе их конструкции лежит уникальная платформа CubeSat. Представьте себе металлический кубик со стороной 10 см — это и есть стандартный модуль кубсатов. Из таких кубиков можно собирать спутники разной формы и размеров — просто добавьте нужные запчасти: солнечные батареи, антенны, камеры, научные приборы.
Вообще, кубсаты — это скорее платформа, чем конкретный класс по массе. Строго говоря, стандартный кубсат 1U (1 unit) с размером 10х10х10 см и массой до 1.33 кг попадает в категорию наноспутников. Однако, кубсаты бывают и больше: 2U, 3U, 6U и даже 12U, т.е. они могут выходить за рамки наноспутников и относиться к микроспутникам, а самые крупные — даже приближаться к малым спутникам.
У фемтоспутников тоже есть свой формат — PocketCube (буквально карманный куб). Несколько покеткубов можно запихать в один контейнер и запустить по цене одного кубсата (несколько тысяч долларов). С такой стоимостью университеты и даже школы могут отправить в космос свой аппарат, а покеткубы — вообще любой желающий.
ferra.ru
Благодаря своей маленькости, такие аппараты применяют в проектах с роевым интеллектом — это когда куча мелких спутников могут координировать свои действия и выполнять сложные задачи сообща.
Наноспутник с гиперспектром
В качестве примера можно привести недавнее событие: в июле российская компания «Спутникс» и Самарский университет им. С. П. Королева создали наноспутник с гиперспектрометром с рекордным пространственным разрешением — всего 7 метров на пиксель. Для кубсатов это очень даже ничего себе (ограничения у них всё-таки есть, по сравнению с большими братьями).
Самарский наноспутник формата 6U
Самарский университет
Гиперспектральная съёмка позволяет увидеть Землю буквально в ином свете: это как обычная камера, только намного круче: она видит не только видимый свет, но и инфракрасное излучение, что позволяет узнать химический состав объекта, его температуру, влажность.
Это можно по праву назвать рекордным показателем для такого компактного прибора и это примерно в десятки раз выше аналогичного показателя первого отечественного гиперспектрометра для кубсатов
профессор кафедры технической кибернетики Самарского университета
Роман Скиданов
Новый спутник будет использовать эту технологию для защиты лесов и помощи фермерам, а полученные наработки в перспективе помогут в создании сверхчувствительных систем для кубсатов.
До сих пор ни одной такой сверхчувствительной системы в интеграции с кубсатом на орбите не испытывалось.
Владислав Иваненко
гендиректор «Спутникс»
Наноспутник уже прошёл стендовые испытания в лаборатории и готов к работе на орбите, запуск его планируется на конец года.
Космосервер
А вот компания RuVDS, которая занимается хостингом, решила: почему бы не открыть собственный сервер в космосе? Сказано — сделано! Год назад они запустили на орбиту крошечный спутник размером с маленькую пачку сока, который способен работать как веб-сервер.
Запустили его в июне в качестве попутной полезной нагрузки при запуске гидрометеорологического спутника «Метеор-М» №2-3. Не обошлось без сложностей: при выходе из пускового контейнера повредился основной модуль памяти, но резервная версия системы смогла воспроизвести HTML-страницу — значит, орбитальный хостинг возможен.
Космический сервер от RuVDS в пусковом контейнере
RuVDS
За время работы этот пикоспутник прокачал через себя 630 тысяч пакетов данных и намотал вокруг Земли 244 миллиона километров — это почти как 6 тысяч раз облететь земной шар!
А ещё он достучался до своего сервера в Арктике, и с его помощью провели первые в истории космические соревнования по кибербезопасности.
Таким образом, пико-спутник RuVDS доказал, что даже такие крохи способны на большие дела — он и сейчас продолжает свою работу.
Как полетим?
Итак, вы сделали свой собственный крошечный спутник, а как его отправить на орбиту? Ну, для этого есть три пути.
Интеграция кубсата с пусковым контейнером
Space-π
Самый популярный — воспользоваться попуткой (как летал пикоспутник от RuVDS). Большая ракета-носитель везёт на орбиту основной груз — например, мощный телескоп или просто большой спутник. А в качестве «попутчиков» берут с собой и кучу маленьких спутников. Так делают и SpaceX (ценник «всего» 1 млн долларов), и Роскосмос — наши просят несколько миллионов рублей.
Кстати, по образовательному проекту Space-π запуск на «Союзе» и вовсе бесплатный, платить нужно только за платформу спутника, если своей нет. Или ещё есть программа «УниверСат» — Роскосмос также бесплатно интегрируют их под обтекатель ракеты и выведет на орбиту. В общем, возможности у нас есть, было бы желание.
Второй вариант — кластерный запуск, когда в космос отправляются сразу десятки, а то и сотни маленьких спутников. Это уже несколько дороже, контроля за полётом больше.
Наконец, есть VIP-вариант — заказать отдельную ракету. Например, так недавно стала делать компания Rocket Lab — у них есть «Электрон». Это быстро, удобно, доставят куда надо, но и ценник кусается — от 5 миллионов вечнозелёных.
«Электрон» от Rocket Lab
NASA Kennedy Space Center / Rocket Lab
Конечно, у первых двух вариантов есть свои минусы. Во-первых, приходится подстраиваться под график запуска основной миссии или ждать, пока соберутся другие, а это может занять не один месяц (и даже не год).
А во-вторых, выбрать орбиту по своему вкусу не получится — придется подстраиваться под попутчиков.
Впрочем, сейчас везде активно разрабатывают специальные сверхмалые ракеты, которые будут доставлять на орбиту именно миниатюрные спутники. Так что, возможно, в скором времени отправить свой собственный спутник в космос станет так же просто, как отправить посылку.
Как поживают частные космические компании в России сегодня?
Дальше — больше
Как видите, наноспутники — это не просто уменьшенные копии больших спутников, но в чём же их основное преимущество?
Как минимум, доступность: низкая стоимость разработки и запуска делает наноспутники доступными не только для государственных агентств и крупных корпораций, но и для университетов, небольших компаний и даже энтузиастов-одиночек. А чем больше новых идей, тем лучше.
ferra.ru
Наноспутники уже сегодня используются в самых разных областях: от мониторинга окружающей среды и прогнозирования стихийных бедствий до сельского хозяйства и археологии. Учёным они помогают проводить исследования, бизнесменам — развивать бизнес, а всем нам — лучше понимать мир, в котором мы живём
При запуске группы наноспутников можно создавать распределённые системы, которые способны охватить всю планету (очевидно, насколько это важно для труднодоступных регионов).
Конечно, наноспутники не лишены недостатков: их малые размеры и масса накладывают ограничения на энергопотребление, вычислительные мощности, размер научных приборов. Однако развитие миниатюризации идёт семимильными шагами (вспомните, как совсем недавно выглядели те же компьютеры). С каждым годом возможности наноспутников растут.
«Наноспутники, сынок»
tenor.com
Эра наноспутников только начинается. Кто знает, может быть, именно вы станете создателем следующего крутого аппарата?