Miniaturyzacja to nowy trend w astronautyce

8
Miniaturyzacja to nowy trend w astronautyce
Brytyjski satelita STRAND-1. Źródło: www.ubergizmo.com


Nanosatelity wkrótce staną się częścią systemów walki na równi z drony
W Stanach Zjednoczonych opublikowano raport z komercyjną prognozą rozwoju światowego rynku satelitów wojskowych. W 2012 roku ten segment przemysłu kosmicznego szacowany był na 11,8 mld USD, a według autorów raportu będzie on rósł o 3,9% rocznie. A w 2022 r. osiągnie 17,3 mld USD.

Należy zauważyć, że długoterminowe prognozy w dziedzinie astronautyki zawsze były, delikatnie mówiąc, niewiarygodne. Na rozwój branży duży wpływ ma polityka i ekonomia. Często finansowanie projektów zależy od ambicji kierownictwa kraju. A jeszcze częściej - ze stanu gospodarki. W kryzysie zaczynają oszczędzać na najbardziej kosztownych programach z długoterminowym cyklem zwrotu. A najłatwiejszym sposobem na sekwestrację jest ukrywanie wydatków na przestrzeń.

Ale ostatnio silniejszy czynnik wpływu zaatakował astronautykę - szybka zmiana pokoleń technologicznych. Teraz nie można już przedłużać terminu stworzenia statku kosmicznego (AK) o 10-15 lat, co kiedyś było normą. W tym czasie urządzenie staje się przestarzałe, bez rozpoczynania pracy. Podobnie stało się z ciężkimi satelitami komunikacyjnymi pod koniec XX wieku. Łącza światłowodowe, które w krótkim czasie oplatały cały świat, sprawiły, że komunikacja dalekobieżna stała się upubliczniona, tania i niezawodna. W rezultacie dziesiątki transponderów satelitarnych nie były poszukiwane, co powodowało duże straty.

Gwałtowna zmiana pokoleń technologicznych doprowadziła do rozwoju głównych trendów w projektowaniu i produkcji statków kosmicznych - to miniaturyzacja, modułowość, wydajność. Satelity stają się mniejsze i mniejsze, wymagają mniejszego zużycia energii, a do ich projektowania i produkcji wykorzystywane są gotowe elementy i zespoły, co wielokrotnie skraca czas i koszty produkcji. A koszt wystrzelenia lekkiego satelity jest tańszy.

Nawigacja wszędzie

Obecnie liczba startów kosmicznych na świecie jest znacznie mniejsza niż w latach 1970. i 1980. XX wieku. Przede wszystkim wynika to ze znacznego wzrostu przeżywalności statku kosmicznego. Normalny czas życia satelitów na orbicie wynosi 15–20 lat. Nie jest już wymagane, ponieważ do tego czasu satelita nieuchronnie stanie się moralnie przestarzały.

Wśród wojskowych statków kosmicznych udział satelitów komunikacyjnych wynosi 52,8%, rozpoznanie i obserwacja - 28,4%, satelity nawigacyjne zajmują 18,8%. Ale to sektor satelitów nawigacyjnych ma stałą tendencję wzrostową.

Obecnie konstelacja orbitalna amerykańskich satelitów nawigacyjnych systemu NAVSTAR GPS składa się z 31 statków kosmicznych, z których wszystkie działają zgodnie z przeznaczeniem. Od 2015 roku planowane jest zastąpienie konstelacji satelitami trzeciej generacji w ramach rozbudowy systemu do poziomu GPS III. Siły Powietrzne USA planują pozyskać łącznie do 32 statków kosmicznych GPS III.

Roskosmos zamierza osiągnąć do 2020 r. dokładność poniżej 10 cm w wyznaczaniu współrzędnych za pomocą systemu GLONASS – powiedział szef departamentu Władimir Popowkin na posiedzeniu rządu rosyjskiego, który rozważał program kosmiczny do 2020 r. „Dziś dokładność pomiaru wynosi 2,8 metra, do 2015 roku osiągniemy 1,4 metra, do 2020 roku o 0,6 metra” – powiedział szef Roskosmosu, zauważając, że „biorąc pod uwagę wprowadzone dziś uzupełnienia, zgodnie z faktem, będzie to mniej niż 10 centymetrów dokładności.” Dodatki to stacje naziemne do korekcji różnicowej sygnału nawigacyjnego. Jednocześnie obecną konstelację orbitalną GLONASS należy zastąpić statkiem kosmicznym nowej generacji, którego liczba zostanie zwiększona do 30.

Unia Europejska tworzy własny system nawigacji wraz z Europejską Agencją Kosmiczną. W latach 2014-2016 zaplanowano utworzenie konstelacji 30 statków kosmicznych - 27 pracujących w systemie i 3 rezerwowych. Ze względu na kryzys gospodarczy plany te mogą zostać odłożone na kilka lat.

Chiński satelita „Beidou”. Źródło: kp.by


W 2020 roku Chiny zamierzają zakończyć tworzenie narodowego systemu nawigacji satelitarnej „Beidou”. System został wprowadzony do komercyjnej eksploatacji 27 grudnia 2012 r. jako regionalny system pozycjonowania z konstelacją 16 satelitów. Dało to sygnał nawigacyjny w Chinach i krajach sąsiednich. W 2020 r. powinno zostać rozmieszczonych 5 statków kosmicznych na orbicie geostacjonarnej i 30 satelitów poza orbitą geostacjonarną, co umożliwi objęcie sygnałem nawigacyjnym całego terytorium planety.

W czerwcu 2013 r. Indie zamierzają wystrzelić pierwszego satelitę nawigacyjnego swojego krajowego systemu IRNSS (Indyjski Regionalny System Nawigacji Satelitarnej) z miejsca startu na wyspie Sriharikota u południowego wybrzeża Andhra Pradesh. Wystrzelenie na orbitę przeprowadzi indyjski pojazd nośny PSLV-C22. Drugi satelita ma zostać wystrzelony w kosmos przed końcem 2013 roku. Pięć kolejnych zostanie uruchomionych w latach 2014-2015. W ten sposób powstanie regionalny system nawigacji satelitarnej, obejmujący subkontynent indyjski i około 1,5 tys. km od jego granic z dokładnością do 10 m.

Indyjski pojazd startowy PSLV. Źródło: Gestalt Publications


Japonia poszła własną drogą, tworząc Quasi-Zenith Satellite System (QZSS, „Quasi-Zenith Satellite System”) - system synchronizacji czasu i korekcji różnicowej sygnału nawigacji GPS dla Japonii. Ten regionalny system satelitarny został zaprojektowany w celu zapewnienia wyższej jakości sygnału pozycji podczas korzystania z GPS. Nie działa osobno. Pierwszy satelita Michibiki został wyniesiony na orbitę w 2010 roku. W najbliższych latach planowane są trzy kolejne. Sygnały QZSS będą obejmować Japonię i zachodni Pacyfik.

Telefon komórkowy na orbicie

Być może mikroelektronika stała się najszybciej rozwijającą się dziedziną wśród nowoczesnych technologii. Samsung Electronics, Apple i Google są gotowe do wprowadzenia „inteligentnego” komputera zegarkowego dosłownie w nadchodzących miesiącach. Czy można się dziwić, że statki kosmiczne stają się coraz mniejsze. Nowe materiały i nanotechnologie sprawiają, że instrumenty kosmiczne są mniejsze, lżejsze i bardziej energooszczędne. Można uznać, że era małych statków kosmicznych już się rozpoczęła. W zależności od wagi podzielono je teraz na następujące kategorie: do 1 kg – „pico”, do 10 kg – „nano”, do 100 kg – „mikro”, do 1000 kg – „mini”. Jeszcze 10 lat temu mikrosatelity o wadze 50-60 kg wydawały się wybitnym osiągnięciem. Teraz światowym trendem są nanosatelity. Ponad 80 z nich zostało już wystrzelonych w kosmos.

Tak jak produkcja i rozwój bezzałogowych statków powietrznych (UAV) odbywa się w wielu krajach, które wcześniej nawet nie myślały o własnym przemyśle lotniczym, tak projektowanie nanosatelitów jest obecnie prowadzone w wielu uczelniach, laboratoriach, a nawet indywidualnych amatorach . Co więcej, koszt takich urządzeń, zmontowanych na bazie gotowych elementów, okazuje się niezwykle niski. Czasami konwencjonalny telefon komórkowy służy jako podstawa do zaprojektowania nanosatelity.

Z Indii na orbitę wysłano smartfon, który posłużył jako podstawa dla eksperymentalnego satelity Strand-1 w ramach projektu Sat-Smartphone. Satelita został opracowany w Wielkiej Brytanii wspólnie przez Centrum Kosmiczne Uniwersytetu Surrey (SSC) i Surrey Satellite Technology (SSTL). Waga urządzenia to 4,3 kg, wymiary to 10x10x30 cm Oprócz smartfona urządzenie zawiera zwykły zestaw elementów roboczych - układy zasilania i sterowania. W pierwszym etapie satelitą sterować będzie standardowy komputer pokładowy, następnie tę funkcję całkowicie przejmie smartfon.

System operacyjny Android, z szeregiem specjalnie zaprojektowanych aplikacji, pozwala na szereg eksperymentów. Za pomocą aplikacji iTesa podczas ruchu satelity będą rejestrowane wartości pola magnetycznego. Za pomocą innej aplikacji wbudowany aparat wykona zdjęcia, które zostaną udostępnione do publikacji na Facebooku i Twitterze. A to tylko niewielka część programu badawczego. Misja potrwa sześć miesięcy. Nie przewiduje się powrotu na Ziemię. Astronautyka przestała być udziałem elity.


Projekty nanosatelitarne


Najważniejszy wniosek jest taki, że technologie wojskowe i kosmiczne nie są już lokomotywą rozwoju przemysłu cywilnego. Wręcz przeciwnie, rozwój cywilnej nauki pozwala na rozwój wojskowej technologii kosmicznej. Dochody firm produkujących dobra konsumpcyjne są wielokrotnie wyższe niż dochody korporacji obronnych. Światowi liderzy elektroniki mogą wydać miliardy dolarów na nowe rozwiązania. A silna konkurencja zmusza Cię do robienia wszystkiego w jak najkrótszym czasie.

Nadchodzą nanosatelity

W 2005 roku rosyjski kosmonauta Salizhan Sharipov z Międzynarodowej Stacji Kosmicznej po prostu wyrzucił rękę w kosmos, pierwszy rosyjski nanosatelita TNS-1. Urządzenie o wadze 4,5 kg powstało w ciągu zaledwie roku w RNII oprzyrządowania kosmicznego na koszt przedsiębiorstwa. Czym dokładnie jest satelita? To urządzenie w kosmosie!

Tani TNS-1 w eksploatacji okazał się na ogół prawie darmowy. Nie potrzebował Centrum Kontroli Misji, ogromnych anten nadawczo-odbiorczych, analizy telemetrycznej i wielu innych. Można było nim zarządzać za pomocą laptopa, siedząc na ławce w parku. Eksperyment wykazał, że za pomocą komunikacji mobilnej i Internetu można sterować obiektem kosmicznym. Ponadto 10 nowych jednostek sprzętu przeszło testy projektowania w locie. Gdyby nie nanosatelita, musiałyby zostać przetestowane jako część wyposażenia pokładowego jednego z przyszłych statków kosmicznych. A to strata czasu i duże ryzyko.

TNS-1 był wielkim przełomem. Mogłoby polegać na tworzeniu taktycznych systemów kosmicznych na poziomie niemal dowódcy batalionu, jak małe drony taktyczne. Niedrogie urządzenie, zmontowane w żądanej konfiguracji w ciągu kilku dni i wystrzelone przez lekką rakietę z samolotu transportowego, mogło pokazać dowódcy pole bitwy, zapewnić łączność i zautomatyzowany system kontroli taktycznej. Taki statek kosmiczny mógłby być bardzo pomocny podczas lokalnego konfliktu w Osetii Południowej i na Północnym Kaukazie.

Kolejnym ważnym obszarem jest eliminacja skutków klęsk żywiołowych i katastrof spowodowanych przez człowieka. A także ich ostrzeżenie. Tanie nanosatelity z kilkumiesięcznym okresem ważności mogłyby pokazać stan sytuacji lodowej w danym regionie, prowadzić ewidencję pożarów lasów, monitorować stan wody w czasie powodzi. Do kontroli operacyjnej nanosatelity mogą być wystrzeliwane bezpośrednio nad terytorium klęsk żywiołowych w celu monitorowania zmian sytuacji online. I okazało się, że EMERCOM Federacji Rosyjskiej otrzymał zdjęcia satelitarne Krymska po powodzi jako pomoc charytatywną ze Stanów Zjednoczonych.

W przyszłości należy spodziewać się wprowadzenia nanosatelitów do systemów walki czołowych armii świata, przede wszystkim Stanów Zjednoczonych. Najprawdopodobniej nie jednorazowe, ale wystrzelenie małych statków kosmicznych w całych rojach, które będą obejmować satelity do różnych celów - komunikacja, przekazywanie, sondowanie powierzchni Ziemi w różnych pasmach fal, elektroniczne środki zaradcze, wyznaczanie celów itp. To znacznie rozszerzy możliwości prowadzenia wojny bezstykowej.

Jeśli miniaturyzacja okaże się jednym z głównych trendów w rozwoju wojskowych statków kosmicznych, to prognoza wzrostu rynku satelitów wojskowych się nie powiedzie. Wręcz przeciwnie, zmniejszy się w kategoriach pieniężnych. Jednak korporacje lotnicze będą starały się nie tracić zysków i spowalniać małych konkurentów. W Rosji się to udało. Producenci ciężkich satelitów lobbowali za zakazem RNII oprzyrządowania kosmicznego do tworzenia statków kosmicznych. Dopiero teraz znów mówi się o premierze nanosatelity TNS-2, gotowego osiem lat temu.

Zapotrzebowanie na ciężkie, energochłonne statki kosmiczne na orbitach zbliżonych do Ziemi wciąż spada. Ponadto sprzęt naziemny użytkowników staje się coraz bardziej czuły i ekonomiczny.

Ciężkie satelity w większości pozostaną przywilejem naukowców. Teleskopy kosmiczne, sprzęt do obrazowania w wysokiej rozdzielczości, automatyczne stacje planetarne będą nadal produkowane i uruchamiane w interesie całej ludzkości.

Programy krajowe skoncentrują się na tańszych statkach kosmicznych nadających się do masowej produkcji i użytku operacyjnego. Przekonuje o tym przykład bezzałogowych statków powietrznych, które nagle weszły do ​​systemów bojowych krajów rozwiniętych. Dosłownie dekada wystarczyła, aby UAV uderzeniowe i rozpoznawcze zajęły miejsce w Siłach Powietrznych USA i ich sojusznikach. Nie ma wątpliwości, że do 2020 roku pojawienie się konstelacji orbitalnych zmieni się równie radykalnie. Pojawią się całe roje piko- i nanosatelitów.

Teraz mówimy o femtosatelitach o wadze do 100 g. Jeśli komputery zostaną zredukowane do rozmiarów zegarka na rękę, to wkrótce pojawią się satelity o podobnej wielkości.
8 komentarzy
informacja
Drogi Czytelniku, aby móc komentować publikację, musisz login.
  1. syn
    syn
    +2
    29 marca 2013 14:27
    Spotkałem się gdzieś, że można zrobić satelity o wadze 50 gramów ... Wystrzeliwany jest pojazd nośny i wylewa nakrętki, śruby itp. Na niektórych orbitach ...
    I wszystko..!!! Kto się nie ukrywał, nie jesteśmy winni ...
    1. 0
      29 marca 2013 23:32
      50 gramów? nie jest to realistyczne nawet przy najnowocześniejszej technologii. Nie, no cóż, oczywiście możesz też uruchomić proste półfabrykaty do przekłuwania (a nawet wtedy będą ważyły ​​co najmniej 200 gramów)
      Zgadzam się jednak, sam pomysł:
      Cytat: Syn
      na niektórych orbitach wylewa nakrętki, śruby itp.
      który, nawiasem mówiąc, będzie połączony przez jakąś bezprzewodową sieć czujników, jest bardzo istotny.
      1. syn
        syn
        0
        29 marca 2013 23:46
        Dzięki..! Ale muszę żałować ... Pomysł z orzechami był rozważany w naszym ZSRR jako odpowiedź na SDI ... Ale co, 20 orzechów waży więcej niż 50 gram..?
  2. +4
    29 marca 2013 21:06
    Ciekawy artykuł, im mniejsze gabaryty i masa oraz niższy koszt wystrzelenia ładunku w kosmos
  3. +4
    29 marca 2013 21:10
    Im więcej urządzeń w kosmosie, a nawet niewielki rozmiar, tym trudniej będzie z czasem uniknąć kolizji
    1. 0
      30 marca 2013 10:45
      Nie w brwi, ale w oku. Wokół lata trochę gruzu. No dobrze, kiedy oddadzą się temu studenci odpowiednich uniwersytetów. Ale kiedy Stany Zjednoczone prowokują ten nonsens, to już jest za dużo. Głupi.
  4. niewspaniały
    0
    31 marca 2013 17:39
    Wszyscy już wyjechali i tylko Roskosmos wciąż zaprzęga
  5. 0
    20 marca 2016 13:18
    Postępu nie da się zatrzymać, pytanie to czas i pieniądze.