Малые космические аппараты: перспективы рынка

Иван ЗВЕЗДИН

Ракета-носитель «Циклон», способная выводить на орбиту шесть российских МКА «Гонец»

По мере совершенствования космических технологий, массы и размеры служебных и целевых систем космических аппаратов (КА) становятся все меньше. Во многих случаях те задачи, которые решались и еще решаются многотонными спутниками, могут выполнять КА, которые легче их в 10-20 раз. К снижению массы ведет и построение систем из спутников, работающих на невысоких орбитах, в составе которых могут быть десятки КА. В целом такие системы часто оказываются более эффективными технически и экономически по сравнению с теми, где применяются тяжелые спутники на высоких орбитах.

Малые космические аппараты (МКА) обладают преимуществами перед большими спутниками. Так, они относительно недороги, легко модифицируются для решения определенной задачи, создают меньше радиопомех. Применение МКА способствует уменьшению рисков, связанных с их запуском и работой в космосе, снижая финансовое бремя потерь в случае отказа или утраты такого спутника. Они могут служить летающими лабораториями для исследований высоких технологий и делают возможным более широкое участие интернациональных групп в работе над совместным аппаратом.

Поскольку изготовление МКА будет вестись большими сериями, это позволит обеспечить оптимальную загрузку мощностей космического машиностроения, что важно для выхода России на лидирующие позиции в этом новом, пока еще не занятом сегменте производства КА.

Согласно сложившейся классификации, к тяжелым, средним и легким КА относятся спутники массой более 500 кг. Малые космические аппараты условная делятся на миниспутники (масса 100-500 кг) и микроспутники (менее 100 кг).

Микроспутники, в свою очередь, подразделяются на КА массой 20-100 кг и 1-20 кг (наноспутники); 0,1-1 кг (пикос- путники); менее 0,1 кг (фемтоспутники). Пикоспутники и фемтоспутники относятся к сверхмалым КА новых поколений.

Анализ современных тенденций развития КА показывает, что функционирование ряда систем могут обеспечивать МКА массой до 50-100 кг, размещенные на низких, до 1000 км, орбитах. К ним относятся системы мобильной связи и радионавигации, а также системы мониторинга Земли, атмосферы и околоземного космического пространства. Кроме того, с помощью таких МКА можно отрабатывать новые элементы космической техники и реализовывать программы космического образования.

Такие системы, построенные на основе малоразмерных низкоорбитальных КА, позволяют обеспечить в реальном времени (или близком к реальному):

• сбор информации с автоматизированных наземных средств, осуществляющих контроль атмосферных условий, функционирования технических систем (магистральные трубопроводы, линии электропередач и т.п.), мониторинг экологической обстановки;

• функционирование корпоративных сетей связи для банковской системы, управления территориально распределенными производственными комплексами, управления воздушным движением;

• функционирование глобальных компьютерных сетей;

• определение географических координат подвижных объектов.

Российский МКА «Компас», предназначенный для выявления предвестников землетрясений

Российский микроспутник «Зея», предназначенный для отработки навигационных технологий и решения геодезических задач.

Ракета-носитель «Пегас» (Pegasus) под крылом самолета-носителя B-52

Поскольку низкоорбитальные системы имеют в своем составе много спутников, они обладают повышенной живучестью, т.к. выход из строя одного или нескольких КА не приводит к потере их работоспособности.

В ближайшей перспективе такие системы могут быть созданы для обеспечения мобильной телефонной связи. Интерес к системам этого типа обусловлен, прежде всего, тем, что использование низких орбит (по сравнению с геостационарными и высокоэллиптическими) позволяет существенно снизить требования по энергетике радиолиний и иметь малогабаритные наземные абонентские терминалы массой от 0,5 до 3 кг при небольших размерах антенн. При этом наземные станции могут быть размещены непосредственно у пользователя, что существенно расширяет сферу телекоммуникационных услуг, обеспечивая возможность глобальной персональной связи. Тарифы на услуги связи и цены на абонентские терминалы также существенно снижаются.

Благодаря практическому отсутствию наземной инфраструктуры, низкоорбитальные системы связи на базе МКА позволяют оказывать услуги массовым пользователям. Например, может быть реализован двусторонний обмен информацией с водителями грузовиков, такси, экипажами кораблей и машинистами на железнодорожном транспорте, со службой спасения и поиска и др.

В автоматизированных системах мониторинга окружающей среды, контроля расходования ресурсов (электроэнергия, нефтепродукты, газ, вода), оценки состояния зданий, сооружений и других промышленных объектов с их помощью можно обеспечить сбор информации с датчиков, установленных на объектах. Эти системы могут использоваться для оказания услуг, связанных с глобальным пейджингом, телеопросами, операциями с кредитными карточками, телеобучением, безопасностью объектов и т.д.

Преимущества использования для перечисленных целей низкоорбитальных МКА особенно существенны для России с ее большими пространствами и слабо развитой инфраструктурой. Для обеспечения равномерного покрытия территории России зонами обслуживания, системы должны иметь в своем составе от 40 до 200 КА. При этом реализуются практически глобальные возможности, позволяющие предоставлять ресурсы таких систем зарубежным корпоративным и индивидуальным пользователям для работы над территориями их государств.

Формируются два класса таких систем.

• Системы, предназначенные для получения изображений земной поверхности с высоким разрешением (1-3 м) для широкого диапазона применений. Для обеспечения приемлемой частоты обзора поверхности группировка должна состоять из 5-15 МКА.

Российский МКА «Вулкан», предназначенный для выявления предвестников землетрясений

Английский МКА TopSat для съемки земной поверхности с разрешением от 2,5 м

• Специализированные системы с многоспектральными датчиками для обнаружения предвестников землетрясений, контроля функционирования трубопроводов, обнаружения лесных пожаров и техногенных катастроф, поиска полезных ископаемых.

МКА уже сейчас широко используются в качестве экспериментальных стендов для отработки и сертификационных испытаний систем и узлов ракетно-космической техники. Необходимость в специализированных средствах для проведения таких испытаний возросла в последние годы в связи с сокращением количества запусков баллистических ракет и ИСЗ, которые ранее использовались для попутного проведения таких экспериментов.

Например, в США в качестве космических стендов активно используются МКА, запускаемые авиационно-космической системой Pegasus. В выполненных до мая 2004 г. 33 запусках выведены не менее 26 МКА технологического назначения массой от 15 до 260 кг.

САС – срок активного существования ССО – солнечно-синхронная орбита ДЗЗ – дистанционное зондирование Земли

*Примечание. В прогноз не включены спутники, для выведения которых в космос использование российских РН по каким-либо причинам не допускается заказчиками запуска.

Испанский МКА для дистанционного зондирования Земли

Малые спутники на базе платформы Flexbus

Развитие технологий создания МКА во многих странах осуществляется на уровне государственных программ. В США федеральными ведомствами DARPA и NASA финансируется разработка технологий создания малых спутников, нацеленных на стандартизацию конструкций спутниковых платформ, существенное снижение их массы и объема, а также служебных подсистем. Это должно привести к уменьшению времени разработки КА, упрощению этого процесса, снижению расходов на запуск и повышению надежности.

В Китае с 2000 г. запущены пять МКА массой от 25 до 200 кг. Четыре из них предназначены для дистанционного зондирования Земли, один – технологический демонстратор. Работы по малым спутникам в этой стране включены в приоритетную долгосрочную программу развития космических технологий «План 863».

С 2001 г. отмечается спад активности пусковой деятельности, превышение предложения услуг запуска над спросом на выведение КА. В этих условиях спутниковые операторы оценивают, прежде всего, надежность носителя, успешность и своевременность пуска, стоимость выведения. Кроме того, важной считается способность провайдера в случае непредвиденных задержек в доставке или изготовлении какого-нибудь спутника быстро адаптировать носитель для запуска другого КА.

Чтобы соответствовать требованиям заказчиков в условиях обострения конкуренции, провайдеры коммерческих пусковых услуг ищут пути повышения конкурентоспособности носителей, среди которых предпочтение отдается, как правило, надежности, оперативности, возможности снижения стоимости пусков и адаптивности к требованиям со стороны КА и условиям генеральных заказчиков.

Другой способ удешевления запуска состоит в радикальном уменьшении массы КА. Эта тенденция предполагает активное использование современных технологических достижений. В перспективе микромеханизмы, микросенсоры, микроприводы и встроенная электроника КА будут объединены в единую интегрированную систему сверхмалых размеров и массы. Именно такой подход представляется наиболее многообещающим, хотя он и не сулит решение проблемы сегодня.

Из российских КА (см. табл. 1) к классу миниспутников относятся 19 типов КА, и до 2010 г. их может быть выведено до 165 единиц. К микроспутникам относится 9 типов КА. Их может быть запущено около 11. К зарубежным миниспутни- кам (см. табл. 2) относятся пять типов КА, а прогнозируемое количество выведенных до 2010 г. МКА оценивается в 153 единицы. Среди микроспутников – 17 типов КА, их может быть запущено до 276 единиц. Заметно, что зарубежный сектор рынка МКА ориентирован в значительной степени на создание спутников массой менее 100 кг.

Таким образом, объем заказов на запуски МКА до 2010 г. на российском и международном рынках существует, он очень велик, и может составить около 600 МКА в ближайшие шесть лет, то есть, до 100 МКА в год. И тенденция к увеличению доли МКА в общем числе запущенных спутников будет постоянно расти. У России есть шанс принять активное участие в освоении этого нового сегмента рынка КА.