МММ в космосе: микроэлектроника рождает микроспутники Михаил Ваннах
МММ в космосе: микроэлектроника рождает микроспутники
Михаил Ваннах
Опубликовано 10 октября 2013
Есть в окрестностях Земли такая область магнитосферы, которая ловит и удерживает заряженные частицы, преимущественно электроны с протонами. Зовётся она радиационным поясом. Школьнику шестидесятых было обидно узнавать, что в англоязычной литературе принято имя Van Allen radiation belt. Дело в том, что пояс этот открыл Джеймс ван Аллен во время полёта первого американского спутника Explorer-I.
У Соединённых Штатов, отстававших в то время от СССР, достаточно мощного носителя не было. Штурмбаннфюрер СС барон фон Браун, которому поручили дело после ряда неудач американских военных, занялся почти что цирковой эквилибристикой, спешно соорудив комбинацию из жидкотопливной Jupiter-C в качестве первой ступени и пятнадцати твердотопливных Sergeant, которые без всякой системы управления — перед стартом их блок для придания гироустойчивости раскрутили электродвигателем — образовывали вторую, третью и четвёртую ступени. Орбита получилась эллиптической, с изрядным эксцентриситетом 0,14 (стабильная круговая требовала более точного управления). Так что Explorer-I периодически оказывался в зоне, изобилующей заряженными частицами… Радиацию надо было чем-то замерять. Тут помог счётчик Гейгера, смонтированный на борту. Периоды его молчания, когда сигнал забивал мощный поток частиц, дали возможность ван Аллену предположить наличие поясов мощной радиации. И интересно то, что по современным понятиям Explorer-I относился к классу микроспутников (его вес был лишь 8,3 килограмма, ровно в десять раз меньше, чем у отечественного «Спутника»), но благодаря наличию миниатюризованной (для тех времён) электроники смог совершить важное научное открытие.
Explorer-I (выгоревшая четвёртая ступень от него не отделялась), по современным понятиям, относится к микроспутникам…
Но всё это было пятьдесят пять лет назад. А теперь новости о микроспутниках приходят уже из сегмента военной космонавтики, и не от сверхдержав, а от стран, недавно звавшихся «развивающимися», а теперь определённых в группу BRICS. В начале октября Бразилия продемонстрировала микроспутник военного назначения. Называется он MMM-1 – Microsatellite Military Multimission, многоцелевой военный микроспутник. Вес — около десяти килограммов. Диаметр — около тридцати сантиметров. Аппарат будет исполнять функции обеспечения видовой разведки и военной связи. Более подробные данные, по присущей военным ведомствам скромности, пока что не называются. Однако большой интерес представляет структура его разработки.
Генподрядчик, который и осуществлял демонстрацию в Порту-Алегри, — фирма AEL Sistemas. Это бразильское отделение известного израильского разработчика и производителя военной электроники Elbit Systems. Девиз её — «Модернизация авионики». Раньше речь шла о самолётах, вертолётах, дронах… Теперь к этому списку добавляются и космические аппараты. Оплату работ — в размере R$ 43 milh?es, то есть 43 млн бразильских реалов, чуть меньше $20 млн — осуществляло Бразильское агентство по инновациям.
Такой картинкой AEL Sistemas представила Microsatellite Military Multimission.
Кроме AEL Sistemas, к работам были привлечены несколько университетов штата Риу-Гранди-ду-Сул, где находится фирма, и бразильские военные, которые, насколько можно понять, исполняли функции, аналогичные тем, что в СССР играли «представители заказчика» и НИИ Министерства обороны. Первый запуск MMM-1 намечен на декабрь 2015 года. Осуществлён он будет из Centro de Lan?amento de Alc?ntara, со стартового комплекса Алькантара ВВС Бразилии.
Космодром Алькантара ВВС Бразилии.
Итак, попытаемся проанализировать эти новости. Ну, микроспутники сами по себе новостью не являются. «Компьютерра» рассказывала о миниатюрных аппаратах серии CubeSats — скажем четырёхкилограммовом CINEMA (CubeSat for Ions, Neutrals, Electrons, & MAgnetic fields), созданном международным студенческим коллективом («В космос отправятся 11 наноспутников, созданных студентами»). Говорилось и о микроспутниках военного назначения, которые DARPA создает по программе SeeMe («Космические возможности для боевых целей»), сорокапятикилограммовых аппаратах по полмегабакса за штуку («DARPA запускает программу разработки дешёвых военных микроспутников»). Но теперь можно отметить, что технология микроспутников достигла коммерческой зрелости. Прежде всего она теперь доступна не для одного из участников изначальной космической гонки, а для новой индустриальной страны. Доступна за весьма скромные (по военно-космическим меркам) деньги. И — что особенно интересно — в разработке реального военного аппарата активное участие принимают университеты (аналогичная практика существовала в военно-промышленном комплексе СССР, обеспечивая раннее включение студентов в процессы создания новой техники).
Ну а что делает возможным сам феномен микроспутников? Это в первую очередь микроэлектроника, создаваемая и массово выпускаемая благодаря спросу со стороны рынка ИТ. Именно её потенциал и возможности позволяют вместить полезные функции в крохотные корпуса этих аппаратов. Электроника Explorer-I, несмотря на её военное происхождение, проработала на орбите ровно месяц (причём это был коротенький февраль). Современные микроспутники, сделанные студентами с использованием микросхем общего назначения (отнюдь не градации Military, и уж тем более не специализированный Space), причём, похоже, без применения специальной схемотехники для защиты от ЭМИ, работают на орбите по году, а то и больше… Таково качество современной потребительском микроэлектроники, к которому мы настолько привыкли, что уже его не замечаем.
Иными словами, аппаратная база для создания даже космической техники доступна в современном мире практически всем. Дело в том, чтобы суметь её правильно использовать. А правильно — это значит с той эффективностью, которую дают стандартные решения. Ведь почему завоевал весь мир классический персональный компьютер? Да потому, что он был открытой системой со стандартными шинами. И именно стандартизацией шин сегодня активно занимаются разработчики микроспутников.
Перспективный микроспутник NEOSSat на базе Multi Mission Microsatellite Bus, разрабатываемый Канадским космическим агентством для «охоты» на астероиды.
Вот один из таких разработчиков — канадская фирма Microsat Systems Canada Inc. (MSCI). Она, будучи ещё космическим подразделением Dynacon Inc., получила известность как создатель первого канадского космического телескопа Microvariability and Oscillations of STars telescope, обычно сокращаемого до MOST. Этот аппарат с 15-сантиметровым телескопом оптической схемы Максутова на борту весил 53 кг и был запущен носителем «Рокот» с разгонным блоком «Бриз-КМ» с космодрома Плесецк в 2003 году. Ну а выделившиеся в самостоятельную фирму разработчики из Microsat Systems Canada Inc. (обратим внимание: «микроспутник» вынесен в название) сосредоточились на создании базовой структуры для общедоступных космических аппаратов.
И тут тоже появляется МММ. На этот раз это Multi Mission Microsatellite Bus. Унифицированная шина для многоцелевых микроспутников. Как видим — вполне компьютерный подход! Она создана как результат стандартизации аппаратуры для микроспутников и дальнейшее развитие шины Commercial Microsatellite Bus (CMB). Сами канадцы говорят о том, что применение Multi Mission Microsatellite Bus кардинально изменяет динамику рынка космических услуг, позволяя создавать микроспутники различного назначения подключением стандартных устройств к стандартной же шине. Подчёркиваются широта предоставляемых возможностей, гибкость, ценовая эффективность и малое время, необходимое для создания нового образца. Microsat Systems Canada Inc. создала специализированную фирму COMMStellation™, которая уже занимается непосредственной разработкой специализированных микроспутников под конкретные задачи. Естественно — используя стандартную архитектуру Multi Mission Microsatellite Bus, разработанную родительской фирмой. Сейчас ведётся работа по развёртыванию на низких околоземных орбитах группировки из 72 коммуникационных спутников, которая будет завершена в 2018 году.
Спутниковая группировка COMMStellation будет опираться на ценовую эффективность стандартной шины.
Подведём итоги. Микроспутники, порождённые доступностью мощной и надёжной цифровой электроники, прошли путь от бюджетных научных экспериментов и студенческих лабораторных работ до полноценных систем. Интерес к ним военных показывает надёжность и возможности таких систем, а коммерческое использование демонстрирует экономическую эффективность. Причём ключевой инновацией, похоже, стоит считать внедрение типичной для информационных технологий стандартной шины. Там нет ничего такого, что не было бы возможно применить в нашей стране (ну, взглянем ещё раз на канадский MOST: там телескоп схемы ленинградского оптика, отечественный носитель, российский космодром).
К оглавлению