Большие планы на малые космические аппараты

БОСС-профессия | Спецпроект: МАИ – школа лидеров

Московский авиационный институт и его космические проекты.

Запуск университетских кубсатов с борта Международной космической станции, эксперименты с «созвездиями» спутников и групповыми полетами, разработка надувных конструкций для спуска их на Землю и системы спутниковой навигации для Северного морского пути — все это проекты настоящего и будущего, которыми сегодня занимаются в институте № 6 «Аэрокосмический» МАИ и, в частности, в студенческом космическом конструкторском бюро (СККБ) «Искра» МАИ.

Работа сотрудников института и студентов стала важной частью сразу нескольких государственных программ.

Истории запуска студенческих спутников в МАИ уже больше 40 лет. Малые космические аппараты (МКА) здесь учат делать и конструируют начиная с 1967 года. Первый в мире студенческий спутник «Радио-2», созданный в МАИ и предназначенный для связи радиолюбителей, отправился в космос в 1978 году. В институте тогда оборудовали пункт приема и управления: студенты на лабораторных работах могли получать телеметрию и проверять работу систем аппарата. В 1982 году впервые с борта орбитальной станции были запущены спутники МАИ «Искра-2» и «Искра-3». Это был первый запуск одного искусственного тела с другого искусственного тела на орбите Земли.

В 2017 году на ракете-носителе «Союз-2.1а» на орбиту вывели девятый спутник МАИ — первый из маёвских кубсатов, выполненный в современном формате университетских спутников: один модуль кубсата представляет собой кубик габаритами 10х10х10 см и массой несколько килограммов.

Сегодня разработка МКА нового поколения в МАИ ведется в рамках комплексных программ взаимодействия университета с промышленностью. В работе несколько базовых платформ МКА, которые в ближайшие пять лет должны обеспечить намеченный план запусков.

Платформа CubeSat с максимально увеличенной электрической мощностью — до 40 Вт и более по сравнению со средней мощностью кубсатов в 10 Вт — обеспечит расширенную функциональность: связь, работу камеры, датчиков. Это позволит проводить действительно интересные прикладные эксперименты, в том числе при групповом полете МКА.

«Мы готовимся к совместному российско-японскому эксперименту по запуску кубсата, который создаем совместно с НИЛАКТ ДОСААФ (предполагаемое название «Искра-МАИ-90»), — рассказывает руководитель СККБ «Искра» Аэрокосмического института МАИ, старший преподаватель кафедры 601 МАИ Сергей Фирсюк. — Кубсат доставят на МКС с помощью грузового корабля «Прогресс» и запустят через шлюзовую камеру японского модуля «Кибо» с использованием манипулятора. В качестве полезной нагрузки на спутник будет установлена экспериментальная система ориентации на основе тепловых датчиков — разработка кафедры 601, которую мы таким образом рассчитываем испытать в «бою». Если все пройдет хорошо, то на базе конструкции этого аппарата будут создаваться следующие кубсаты, включая маневрирующие».

Вторая платформа — крупнее (30–50 кг), ее в МАИ планируют использовать в качестве «матки» в ходе проведения космического эксперимента «Инспектор МКА». Групповые полеты субспутников — маневрирующих кубсатов — отработают путем создания орбитальной группировки, состоящей из базового малого космического аппарата и отделяющихся от него спутников, каждый из которых будет оснащен оптической системой поиска, идентификации и сближения.

На 2021 и 2023 годы запланирован запуск «созвездий» из четырех, а затем и шести кубсатов в рамках эксперимента «Рой», в котором МАИ принимает участие в составе большой группы университетов и отвечает за пусковые контейнеры.

В планах до 2024 года — космический эксперимент «Аэрокосмос-МАИ» на МКС по отработке технологии торможения в условиях космоса и спуска в атмосфере Земли малоразмерных космических аппаратов с использованием надувных конструкций. Идее уже больше 30 лет, ее развивали еще в 1980-е для пилотируемой посадки на Марс 40-тонного спускаемого аппарата с диаметром экрана в 23–25 м, который требовалось собрать на орбите — такую конструкцию с Земли не запустишь. Одним из решений стали надувные аппараты. Ими занимались и в России, и в США, пытаясь решить самые разные технические и научные проблемы. Теперь отрабатывать технологию будут на малом прототипе аэроупругого (надувного) спускаемого аппарата, созданном маёвцами совместно с НПО имени С. А. Лавочкина. На 2021 год намечены наземные испытания кубсата-демонстратора с тормозным устройством, после которых можно будет планировать и космический запуск.

«Вызов для МАИ сейчас — занять в России нишу создания малых космических аппаратов, — уверен Сергей Фирсюк. — Пока она пустует. Многие пробовали этим заниматься, но по разным причинам не получилось. Ведь маленький спутник не проще больших, даже сложнее, тут есть своя специфика. Сегодня наша страна существенно отстает по научным спутникам, а кубсаты, в том числе и достаточно сложные, при своей бюджетности могут решать определенные научные задачи. Чтобы серьезно об этом говорить, надо, конечно, иметь облетанные платформы с подтвержденными характеристиками, которые можно будет предлагать и в России, и по зарубежным контрактам. Для кубсатов в мире есть классический конкурентный рынок, на который мы тоже можем выйти».

Большие планы в МАИ связаны и с поддержкой российских государственных интересов в Арктике в рамках федерального проекта «Северный морской путь» в части создания системы навигации. Комплексная система из различных летательных аппаратов, их наземного управления и обработки информации должна обеспечить проход судов по Севморпути, наблюдение за состоянием льда и выстраивание оптимальных маршрутов.

«Это что-то вроде Яндекс.Навигатора для ледокольного флота, — поясняет Сергей Фирсюк. — Система должна наблюдать за состоянием льда в текущий момент и выстраивать оптимальные маршруты следования для судов — это экономит топливо и время».

Работа ведется в тесном контакте с АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева». За 2020 год создан комплексный стенд для отработки базовой платформы МКА дистанционного зондирования Земли. Идет отработка модульного варианта этой платформы, адаптированного для массового производства, по заданию генерального конструктора Роскосмоса по автоматическим космическим системам и комплексам Виктора Хартова. В планах — в ближайшие два-три года запустить первый космический аппарат-демонстратор с радиолокатором при массе спутника не более 100–120 кг. В России таких разработок до сих пор нет.

Проект стал частью новой комплексной научно-технической программы «Глобальные информационные спутниковые системы» на 2021–2023 годы, инициатором которой выступает ОАО «ИСС» совместно с МАИ. Реализация этой программы должна повысить эффективность и конкурентоспособность национальной интегрированной глобальной многофункциональной спутниковой системы.

Однако малые космические аппараты — это только небольшая часть тех прорывных разработок и исследований, которые университет ведет в области космических технологий. Ныне МАИ также успешно сотрудничает с ведущими отечественными и зарубежными разработчиками и производителями ракетно-космической техники: это РКК «Энергия», НПО «Энергомаш», АО «ИСС» имени академика М. Ф. Решетнева», ГКНПЦ имени М. В. Хруничева и другие крупные предприятия ракетостроения. На новый уровень вышло сотрудничество МАИ с Центром подготовки космонавтов (ЦПК) имени Ю. А. Гагарина: реализуются проекты по использованию научных разработок МАИ в интересах ЦПК, готовится программа бакалавриата для будущих космонавтов и специалистов космической отрасли.Б