«Техника-молодежи» 2002 г №4, с.35-36
 Таким будет студенческий микроспутник. Варианты компоновки прорабатываются в трехмерной компьютерной графике. Эмблема МКЦ МГТУ имени Н.Э. Баумана.  |
| Анатолий КОПИК, МКЦ МГТУ имени Н.Э.Баумана | МИКРОСПУТНИК ПРОЕКТИРУЮТ СТУДЕНТЫ |
Даже находясь в космосе, большинство научных приборов активно работают очень малые периоды времени, по расписанию, так как всем им нужна либо определенная ориентация спутниковой платформы, либо ее ограниченные ресурсы. Проблема возникает и когда наблюдение необходимо проводить сразу в нескольких точках космического пространства. Здесь на помощь могут прийти малые аппараты. Они незаменимы, когда необходимо оперативно решить одну-две научные или народнохозяйственные задачи, создать относительно недорогую спутниковую группировку или просто разделить риски при запуске.
Работы по созданию малых и сверхмалых КА ведутся практически во всех развитых и развивающихся странах мира.
Малые, или микроспутники (МС) в настоящее время — одно из самых доступных средств исследования из космоса как околоземного пространства, так и Земли. Современные технологии позволяют создавать микроаппараты (массой до 100 кг) даже небольшими коллективами в университетах.
Работы по созданию малых КА ведутся и в нашей стране. Один из таких проектов — «Студенческий микроспутник», осуществляемый Молодежным космическим центром МГТУ имени Н.Э. Баумана совместно с Инженерно-технологическим центром «СканЭкс». Проект строится на принципе прямого участия студентов на всех его стадиях, начиная с постановки задачи и заканчивая изготовлением спутника и его эксплуатацией.
Чтобы координировать усилия при работе над программой, в университете организована группа, которая непосредственно занимается созданием МС. Студенческий коллектив разделен на творческие группы, работающие по направлениям полезная нагрузка, служебный «борт», конструкция, управление. Студентами ведутся активные консультации со специалистами таких предприятий и учреждений, как ИКИ, НИЛАКТ, ИЗМИРАН, РПКБ, НИИТока, АООТ «Позит», НПО «Источник» и др.
Первый этап проекта — технологический: создание аппарата (массой 50 -70 кг) и его запуск на орбиту искусственного спутника Земли. Запуск планируется осуществить на отечественном конверсионном ракетоносителе («Днепр», «Рокот», «Штиль», «Волна», «Стрела» и др.) в качестве попутной нагрузки. Во время полета будет проведен анализ работоспособности систем, а также получены данные с полезной нагрузки (10 — 30 кг), установленной на борту КА. В ее качестве планируется использовать цифровую камеру дистанционного зондирования Земли, предлагаемую ИТЦ «СканЭкс».
К настоящему времени разработаны техническое задание и эскизный проект, распределены работы между отдельными творческими группами студентов, руководимыми специалистами, заявлена координация работ с другими организациями.
Аппарат планируется стабилизировать по трем осям с помощью активной магнитной системы стабилизации. Для этого будет использован алгоритм управления, распределенного по времени. Электропитание аппарата должно обеспечиваться солнечными батареями (СБ), расположенными на корпусе с пяти сторон (в штатном режиме они вырабатывают 30 Вт, при «кувыркании» спутника — 20 — 25 Вт), а во время нахождения МС в земной тени — посредством аккумуляторных батарей. Основное напряжение бортовой сети — 28 В.
Микроспутник будет работать на солнечно-синхронной орбите высотой 650 км. Она выбрана исходя из возможностей выведения МС в качестве попутной нагрузки, требований к радиационной обстановке, условиям связи с КА, необходимости иметь достаточно сильное магнитное поле, чтобы стабилизировать спутник. Солнечно-синхронная орбита оптимальна для решения задач дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Однако аппарат проектируется для работы в широком диапазоне орбит — высотой от 350 до 1000 км и наклонением более 51°.
Анализ конструкций микроспутников показал, что простоту, возможность широкой унификации и минимальную стоимость МС позволяет сочетать кубическая форма (500 х 500 х 500 мм). Каркас МС будет выполнен из алюминиевого сплава. Особенность конструкции в ее модульности: каждая подсистема будет расположена на отдельной плате. Платы имеют одинаковые размеры и располагаются одна над другой. При компоновке учитываются: требование совпадения центра масс с геометрическим центром; минимизация моментов инерции, симметрии; электромагнитная совместимость и т.д.
Система управления строится на двух бортовых промышленных компьютерах на базе процессоров Intel (дублированная система). Все системы, требующие управления, подключены к компьютеру в качестве периферийных устройств. Кроме того, к бортовому компьютеру подключены датчики телеметрии, контролирующие:
— энергопотребление, уровень разряда/заряда аккумуляторов, ток с СБ, ток от аккумуляторов и т.д.;
— температуру (сторон корпуса, компьютера, аккумуляторов);
— потребляемые аппаратурой мощности;
— события типа «включен/выключен», контактные, разделения, раскрытия и т.д.
Управляет опросом датчиков бортовой компьютер. Основная его задача в этом случае — установка частоты и порядка опроса, а также сравнение показаний датчиков с данными таблицы допусков, каждое значение которой может быть изменено программно. На Землю сбрасывается итоговая оценка состояния аппарата — четыре уровня градации, в зависимости от степени превышения допусков.
В настоящее время создается электрический макет микроспутника. Цель этой работы — уточнение параметров бортовой аппаратуры, то есть ее габаритные характеристики, энергопотребление и т.д. На данном этапе проводится разработка математической модели функционирования бортовой системы управления (БСУ).
Согласно упрощенной модели, в БСУ входят активная магнитная система стабилизации (три ортогональных электромагнитных катушки) и система определения ориентации (датчик солнца и магнитометр). Проводится отработка программного обеспечения, макетируется система энергопитания, испытываются отдельные элементы системы электромагнитного управления.
Кроме того, для обретения студентами опыта и навыков работы со спутниковой информацией и наземным сегментом параллельно был создан интернет-проект «Россия — Европа: Взгляд из космоса». Проект организован при поддержке кафедры «Радиоэлектронные системы и устройства» МГТУ и обеспечивает пользователей интернет-доступом к снимкам земной поверхности, получаемых со спутников NOAA. Основную часть принимаемого станцией потока информации составляют данные сканирующего радиометра AVHRR, который формирует изображения подстилающей поверхности в 5 спектральных диапазонах (от видимого до теплового инфракрасного), в полосе обзора шириной 3000 км, с пространственным разрешением в середине полосы 1,1 км.
В дальнейшем планируется получать и обрабатывать снимки с собственного спутника.
Для привлечения и стимулирования научного интереса школьников к проблемам и задачам современной космонавтики осенью 2001 г. коллектив МКЦ решил начать работу над проектом школьного микроспутника. В рамках проекта планируется создание малого космического аппарата. Основной принцип проекта — простота, которая должна позволить принимать в нем участие школьникам на стадиях создания и эксплуатации.
Для выбора конкретной идеи такого КА проводится конкурс среди студентов и школьников, которые могут предложить свои варианты реализации этого проекта.