Японцы готовятся к запуску первого в истории космонавтики деревянного спутника, аппарат планируют вывести на орбиту уже в 2023 году. В ноябре 2021 года французская компания запустила в космос спутник весом в 20 кг и с двигателями на йоде. Все эти аппараты объединяет одно — они кубсаты, небольшие наноспутники. Такие устройства могут собрать и отправить на орбиту школьники и студенты, а в будущем их возможностями начнет пользоваться средний и малый бизнес. Что такое кубсаты, зачем они нужны и кто отправляет их в космос?

10х10х10

Кубсат (англ. Cubesat) — это небольшой космический аппарат или наноспутник. Самый маленький кубсат выглядит как кубик, габариты которого составляют 10х10х10 см, или один «юнит» (1U), а масса не превышает 1,5 кг. Но чаще аппараты представляют собой соединенные «кубики». Например, такие устройства бывают размерностью 3U, 6U, 12U.

Несмотря на размеры, спутники могут решать разные научные и исследовательские задачи. Например, кубсаты применяют для дистанционного зондирования поверхности Земли, съемки из космоса районов паводков, лесных пожаров и других ЧС, изучения состояния инфраструктуры, атмосферы, экологии и климата.

Современные кубсаты оснащены солнечными батареями, датчиками сбора данных и антенной для их передачи на Землю. На них может быть камера, модем для работы систем интернета вещей, устройства фиксации и мониторинга температуры или космического излучения. Дополнительно кубсат можно оборудовать мини-дисплеем с селфи-камерой, например, для трансляции рекламы из космоса, солнечным парусом, накопителями информации для удаленного хранения, приемниками навигационных сигналов морских судов (AIS-сигнал) и приемниками сигнала (ADS-B) для контроля движения самолетов и даже контейнером с прахом.

«В основном наноспутники изготавливаются до нескольких месяцев из относительно простых и не очень дорогих компонентов. Большинство из них не имеет активного управления, ориентации в пространстве, многих других сложных и дорогостоящих подсистем, как большие аппараты. Но они выполняют полезную и осмысленную роль, а их функционал постепенно возрастает. Благодаря кубсатам можно решить задачу, получить нужный результат на порядок быстрее и в 20 раз дешевле, чем при запуске обычных спутников», — рассказал руководитель направления НТИ AeroNet по частной космонавтике Роман Жиц.

Кубсат (англ. Cubesat) — это небольшой космический аппарат или наноспутник

Подвластные школьнику

Первые наноспутники в 1999 году разработали специалисты Калифорнийского политехнического и Стэнфордского университетов. С помощью кубсатов студенты проводили научные эксперименты и тестировали новые технологии. Сейчас эти спутники по-прежнему используются в образовательных целях.

В России разработкой, созданием и изучением кубсатов занимаются не только студенты и аспиранты, но даже школьники в рамках различных программ и кружков. Такие уроки учат ребят работе в команде, внимательности к деталям, повышают их профессиональные навыки и знания, а также помогают создать новых высокоспециализированных и мотивированных специалистов.

Изготовление кубсатов с нуля — сложная и дорогостоящая процедура. Поэтому собирают их в основном с помощью специальных наборов-конструкторов. Для этого нужно знать о строении кубсатов, а также необходимы оборудование и лаборатория, в которой можно протестировать их перед запуском. К примеру, в России такие наборы производит участник рынка НТИ AeroNet, компания «Спутникс» (входит в SITRONICS Group).

«Собрать кубсат из набора — вполне посильная задача для технически грамотного человека. Именно так мы сейчас работаем со школьниками и студентами по программе Space-π Фонда содействия инновациям. Мы поставляем наборы-конструкторы, а школьники и студенты — придумывают свою полезную нагрузку, собирают сам спутник и запускают его в космос», — рассказал генеральный директор «Спутникс» Владислав Иваненко.

По этой программе с учащимися работает и другая компания-участник рынка НТИ AeroNet — «Геоскан». Она поставляет готовые кубсаты сразу с установкой на них полезной нагрузки заказчика. В будущем компания планирует производить для рынка образовательные конструкторы и предлагать отдельные детали для изготовления наноспутников.

«Есть вузы, которые благодаря имеющейся материальной базе способны создавать собственные платформы стандарта CubeSat и полезную нагрузку силами преподавателей и студентов, что дает ценный опыт для всех участников. Но если основная цель — провести эксперимент на орбите или испытать полезную нагрузку, то и вузы приобретают готовую спутниковую платформу», — рассказал руководитель проекта космических наноспутников «Геоскана» Александр Хохлов.

С помощью кубсатов студенты проводили научные эксперименты и тестировали новые технологии. Сейчас эти спутники по-прежнему используются в образовательных целях.

Запускаем и получаем

Для вывода кубсата в космос нужно участвовать в государственной программе по образовательным запускам или заказать его выпуск у частного космического провайдера.

Кубсаты запускают несколькими способами. Иногда их выводят в ручном режиме с борта Международной космической станции (МКС), но чаще — попутно при запуске тяжелой ракеты. Аппараты помещают в специальный контейнер на верхней ступени ракеты, после выведения на орбиту крышка контейнера открывается, и кубсаты «разлетаются» в космосе. При таком запуске есть нюанс: кубсаты выводятся не на конкретные, запланированные орбиты, а на произвольные.

В мире набирает популярность запуск аппаратов с помощью ракет-носителей сверхлегкого класса, которые могут выводить кубсаты на их целевые орбиты.

«Ракеты сверхлегкого класса могут отправить в космос десятки кубсатов не попутным, а целевым запуском. При этом их выведут на специализированную, точную орбиту за гораздо меньшую стоимость и гораздо быстрее. Такая бизнес-модель развивается успешно», — подчеркнул Роман Жиц.

Как только кубсаты оказываются на орбите, они приступают к работе: связываются с приемными станциями на Земле, собирают необходимые данные и передают их в закодированном виде. Выходят на связь устройства строго в определенное и ограниченное время.

Несмотря на то, что такие аппараты обычно делают из недорогих компонентов, современные «кубики» могут работать в космосе до нескольких лет. Как правило, они выводятся на низкие орбиты 250–500 км, где из-за аэродинамического торможения постепенно замедляются и сгорают в атмосфере.

Несмотря на размеры, спутники могут решать разные научные и исследовательские задачи. Например, кубсаты применяют для дистанционного зондирования поверхности Земли

И бизнес тоже хочет кубсат

Если небольшие кубсаты приспособлены под простые эксперименты и их возможности ограничены, то крупные версии способны на серьезные миссии со сложными техническими задачами. Это преимущество привлекает к «кубикам» представителей бизнеса.

«В первую очередь, кубсат — это образовательная платформа, она будет актуальна для обучения еще долгое время. Но постепенно платформа становится популярной среди предпринимателей. Частные компании нуждаются в мониторинге с орбиты, и для этого они заказывают свои космические аппараты. Кубсаты за счет малой массы, размеров и стоимости востребованы», — рассказал Александр Хохлов.

Уже через 10–20 лет многие компании смогут решать космические задачи с помощью кубсатов «под ключ», считает Роман Жиц.

«Большая часть коммерческих космических аппаратов будет становиться малыми космическими аппаратами. Может, не кубсатами, но аппаратами до 50–100 кг, — считает он. — То, что сегодня делают спутники массой в 200 кг, смогут делать аппараты массой в 20–30 кг. Коммерческая космонавтика становится более эффективной с точки зрения “цена-качество”. Через 20 лет даже малый бизнес будет заказывать кубсаты “под ключ”».