Сегодня рубрика «10 вопросов» посвящена малым космическим аппаратам — кубсатам. О том, для чего они нужны и как их проектировать, расскажет Родион Новиков. Он трудится в Геоскане с момента запуска направления по разработке образовательных наноспутников. А этим летом аппарат, к созданию которого он приложил руку, отправится в космос!
Интервью вышло интересным и познавательным! Приглашаем к прочтению.
Что такое кубсат?
Кубсат — это размерный стандарт микро- и наноспутников, предложенный более 20 лет назад в США. Их особенность заключается в фиксированных габаритах, которые меняются кратно количеству юнитов.
Идея единого стандарта сильно изменила облик беспилотной космонавтики и открыла возможность сравнительно недорого создавать космические аппараты частным компаниям, любителям, студентам и даже школьникам. Благодаря кубсатам многие страны, бюджеты которых не тянули традиционную космонавтику, смогли похвалиться первыми успехами в космосе.
Все ли кубсаты имеют форму куба?
Базовым размером является юнит — это куб размером 10х10х10 см. В зависимости от задач, длительности миссии и выбора полезной нагрузки базовый юнит множится на 2, 3, 5, 12, 24 и т.д. Соответственно, космический аппарат может быть как кубом, так и параллелепипедом.
Например, сейчас в нашей компании разрабатываются кубсаты 1U (10х10х10 см) и 3U (30х10х10 см).
Зачем их отправлять в космос?
Небольшие спутники, в том числе и кубсаты, чаще всего используются для отработки технологий и проверки идей: тестирования покрытий, материалов, сертифицирования элементной базы и апробации новых алгоритмов. Среди других задач — дистанционное зондирование Земли, обеспечение связи, научные эксперименты и PR-акции. Не стоит забывать и об академической ценности. В России, например, при поддержке Фонда содействия инновациям действует программа Space-π, которая вовлекает школьников и студентов в космическую деятельность.
Сколько живут кубсаты?
Средний срок существования аппарата — от года до пяти лет. Это зависит от миссии, орбиты и используемой компонентной базы. Небольшой срок жизни спутника не стоит считать недостатком, так как после выполнения своей задачи превращение в метеор можно считать блистательным завершением его карьеры. Постепенный сход с орбиты и сгорание без остатка в атмосфере поддерживает чистоту околоземного космического пространства.
Что нужно учитывать при разработке наноспутников?
Кубсаты относят к негерметичным аппаратам, поэтому остро стоит вопрос обеспечения теплового режима. Вакуум космического пространства затрудняет теплообмен с окружающей средой, и появляется необходимость использовать подогреватели и радиационные теплообменники.
Вторым по значимости фактором являются различные виды излучения, будь то космическая радиация, солнечный ветер, потоки заряженных частиц и т.п. Все это при использовании менее дорогой электроники промышленного класса вместо космической требует повышенного внимания к радиационной защите. Поэтому в кубсатах используются экраны для обеспечения надежности и резервирование систем (то есть физическое дублирование важных элементов).
В каком ПО создается модель?
Проектирование системы начинается с математических моделей, формирующих исходные данные для последующего конструирования. Для этого используется Mathcad или Matlab. Этап конструирования осуществляется в САПР-программах, таких как SolidWorks, Ansys и «Компас».
Есть ли ограничения по материалам и технологиям?
Все упирается в эксплуатационные характеристики спутника. Однако сама концепция дешевых космических аппаратов дает возможность разгуляться фантазии при выборе материалов и способе изготовления: от классических металлов и композитов до 3D-печати пластиком и даже использования стабилизированной и дегазированной фанеры.
Неким мейнстримом стало применение в качестве УКВ-антенн кубсатов измерительных рулеток (они доступны и практичны). В наших же спутниках мы использовали рулетки из полезных наборов, которые Геоскан дарил всем мужчинам на 23 Февраля :) Спасибо всем еще раз за пожертвование во имя науки!
Как тестируют кубсаты?
Все испытания делятся на две большие категории: функциональные и квалификационные. Первые проводятся на нашем предприятии и на наших же стендах. Среди них — вакуумные камеры, термошкафы, стенд магнитометрии на базе колец Гельмгольца (для тестирования систем ориентации спутника) и стенд фотометрии (на них испытывают панели солнечных батарей).
Тестирование и калибровка солнечных датчиков производится на поворотном стенде. Это небольшой столик с двухкоординатными движущимися плоскостями, которые управляются компьютерной моделью и двумя сервоприводами. При загрузке необходимой программы стенд автоматически производит наклон в двух плоскостях. Таким образом, мы определяем максимум выхода полезного сигнала с датчиков, что позволяет нам их настроить. Важность калибровки солнечных датчиков обусловлена требованием точной ориентации спутника в пространстве на орбите. Солнечные панели должны всегда быть повернуты к солнцу для максимальной выработки энергии, а антенны — направлены либо на Землю, либо в космос.
Как стать разработчиком кубсатов?
Главное — загореться идеей. В детстве я увлекался компьютерными играми, посвященными космосу (например, Space Engineers, Kerbal Space Program). Обучающего в них мало, но они знакомят с космической деятельностью и, следовательно, формируют мышление и характер развивающейся личности.
После школы я поступил в Балтийский государственный технический университет «Военмех» им. Д. Ф. Устинова по специальности «Ракетная техника и космонавтика». Учиться там было здорово! Будучи еще студентом, я устроился в Геоскан на должность инженера-конструктора. Здесь я впервые познакомился с понятием космической инженерии.
Разработка кубсатов — старт в спутникостроении?
Не думаю, скорее, это отдельная ветвь. У кубсатов своя ниша, почти не пересекающаяся с большими спутниками. Это касается и задач, и процессов разработки. Желающие серьезно заниматься космосом могут начинать с кубсатов, но это наиболее актуально для студентов, проходящих стажировку или практику.
На нашем сайте вы найдете подробную информацию о «начинке» кубсатов и их 3D-модели.
#наноспутники #кубсат #космос #космические аппараты #инженер-конструктор #10 вопросов #САПР #геоскан #конструирование