О проблемах спутникостроения

О проблемах спутникостроения

Отечественная космическая промышленность должна радикально изменить подходы к созданию орбитальных аппаратов, заявляет глава Роскосмоса Юрий Борисов. Как устроены сегодня российские спутники, в чем их недостатки по сравнению с зарубежными конкурентами и каким образом спутники предлагается изменить?
Глава Роскосмоса Юрий Борисов заявил о том, что проект «Сфера» по созданию многоспутниковой орбитальной системы требует от России перехода на новые технические принципы создания и управления космическими группировками. «Сфера» – это гигантский государственный проект по созданию сотен многофункциональных спутников различного назначения.
Ранее Борисов уже высказывался на данную тему. В частности говорилось, что «Роскосмос сильно задолжал российской экономике. Сегодня нельзя представить современный мир без космических услуг. Это и цифровое телевидение, связь, передача данных, навигация, метеоинформация, картография, знание поверхности Земли, анализ чрезвычайных ситуаций и прочее. Сегодня просто невозможно представить без космических услуг ту или иную сферу нашей экономики».

Глава Роскосмоса признавал отечественное отставание в данной сфере. По его словам, американцы, европейцы и китайцы – основные игроки на этом рынке – «давно нас в этом плане обогнали», и «Роскосмосу необходимо перестроить работу так, чтобы научиться выпускать спутники совершенно в другом количестве. Это потребует коренной перестройки основных процессов технологического цикла – разработки, производства, испытаний, увеличение сроков активного существования...»
За этими заявлениями стоит коренное изменение всей концепции производства спутников в России.

Шесть-шесть-шесть

В советские времена, во множестве разных вариаций ходило правило создания космического аппарата – «шесть-шесть-шесть». Вес – шесть тонн, цена – шесть миллионов, срок создания – шесть лет. Это шутка, в которой не нужно искать реальные данные, а вот принципы тут очень четкие. Космический аппарат нужно делать долго, он должен быть большим «комбайном» со множеством разных приборов и инструментов, ну и цена должна быть соответствующей, чтобы хватило на все работающие над проектом структуры.
Похожего принципа придерживались примерно до конца прошлого века и США в лице НАСА и военных структур. Большие космические аппараты, не совсем частые запуски, зато возможность воткнуть множество функций на один спутник. Причины такой стратегии понятны – запуски в космос дороги и желательно за один пуск, если уж он состоится, вывести космический аппарат, который может больше. В настоящее время такие космические аппараты тоже остались, из показательных вариантов – JPSS и Landsat. Такие аппараты несут на себе больше топлива и могут работать дольше.

Еще одной причиной такой архитектуры космических аппаратов была ставка на герметичные приборные контейнеры. То есть вся электроника и большинство приборов в аппаратах того времени находились в герметичном объеме, как правило, заполненном инертным газом. Внутри контейнеров ставили рамы с бортовой аппаратурой, приборами, которые работали в газовой среде, это делалось во многом для предотвращения перегрева и переохлаждения приборов.

Например, именно по такой схеме создавались космические аппараты для дистанционного зондирования Земли «Метеор» и «Ресурс». В их основе герметичный бак длиной почти три метра, внутри него поддерживается давление на уровне 100 миллиметров ртутного столба, циркуляция газовой смеси на основе азота обеспечивается с помощью четырех вентиляторов, подогрев газа – с помощью электронагревателей, а за охлаждение отвечают радиаторы на корпусе.

Естественно, что вся эта система сама по себе дорогая и энергоемкая. Естественно и желание разработчиков: раз уже делается на основе этой платформы космический аппарат, запихнуть в него как можно больше самых разных приборов. Из-за этого случались ситуации, когда у таких «спутников-комбайнов» один из приборов мешал работе других. Еще одна проблема в том, что случайное попадание микрометеорита и разгерметизация контейнера приводили к потере всего дорогостоящего аппарата.

Большие, но по пять, маленькие, но по три

Начало нового тысячелетия принесло с собой миниатюризацию электроники, снижение требований по энергопотреблению, общее удешевление компонентов. Снизилось и общее тепловыделение. Появилась возможность создавать космические аппараты открытого типа, без использования герметичного объема.

Большинство современных космических аппаратов не имеет герметичного объема. Вся электроника устанавливается прямо на термостабилизирующее основание, внутри которого проходят трубы с теплоносителем для охлаждения компонентов. Тепло передается от приборов к радиаторам, где и рассеивается в космосе.

Все это в итоге позволило упростить конструкцию космических аппаратов и привело к созданию наноспутников – кубсатов. Один юнит кубсата (1U) – это алюминиевый корпус размером 10 на 10 на 10 сантиметров, вес его около килограмма. И такие космические аппараты – это теперь не только студенческие поделки.

К примеру, спутники дистанционного зондирования Земли Dove-2, принадлежащие компании Planet Labs, имеют размер 3U (100 мм × 100 мм × 340 мм). Вес вместе с аккумуляторами и солнечными батареями, раскрываемыми снаружи корпуса, всего 5,8 килограмма. При этом снимает такая космическая «цифромыльница» на редкость прилично (3,5 метра на пиксель). Небольшая цена позволила компании запустить несколько сотен таких космических аппаратов и обеспечить съемку всей поверхности Земли с ежесуточным обновлением.

Но это все равно небольшие космические аппараты. Для лучшего качества съемки и для других целей требуются спутники большего размера. И вот тут умение ставить на поток производство показали компании SpaceX и Airbus. SpaceX для создания группировки Starlink по обеспечению широкополосного доступа в интернет создала спутники Starlink 1 и 1,5, которых с 2019 года выпустили более 3000 штук.

200-килограммовые спутники и выпуск более чем по три штуки в сутки. Еще недавно это казалось просто нереальным, однако SpaceX поставила производство космических аппаратов на поток. Возможность запускать сразу по 64 «старлинка» за один пуск ракеты-носителя Falcon 9 позволили компании создать самую массовую спутниковую группировку в истории человечества.

У Airbus пока успехи меньше, но тоже впечатляют. Для проекта OneWeb была разработана спутниковая платформа Airbus Arrow, которая тоже позволяет производить по несколько космических аппаратов в неделю. Более того, Airbus Arrow многофункциональна и позволяет на основе платформы строить самые разные космические аппараты: спутники связи, спутники оптического наблюдения, спутники-радары. Все это на стокилограммовой платформе, адаптированной для запуска сразу большого количества аппаратов за один пуск.

Вдогонку

В настоящее время первая фаза российского проекта «Сфера» опирается на космические аппараты «Скиф», «Ямал» и «Экспресс», отвечающие за разные телекоммуникационные проекты. Это хорошие аппараты. Проблема ровно одна – выпускать их сотнями в год у России пока нет возможности и вряд ли будет. Но их и нужно меньше, всего около двух десятков.

Но с 2025 года предполагается массовый выпуск аппаратов «Марафон» для интернета вещей и серии космических аппаратов «Беркут» для самых разных задач по дистанционному зондированию Земли. И вот их уже нужны сотни.

Поэтому у России другого пути нет. Только переход на поточное производство платформ для космических аппаратов, выход на массовый выпуск и затем создание на их основе конкретных спутников или даже семейства спутников. Как в случае с «Беркутом» – когда нужны аппараты для оптической съемки, для высокодетальной съемки, для радиолокационной съемки.

Да, у этих космических аппаратов будет более узкая специализация, чем при создании спутников по индивидуальным проектам. Зато это будет гораздо более устойчивая к выходу из строя нескольких аппаратов система, с возможностью создавать на ее основе готовые сервисы как для предприятий, так и граждан страны.

Другие плюсы этого решения тоже очевидны – возможность массового создания космических аппаратов, их унификация, возможность насыщения отраслей, которым сейчас нужны как воздух новые спутники. Но это получится, только если в ближайшее время будет создана универсальная платформа и налажено ее массовое, поточное производство.

Причем у Роскосмоса нет возможности отдать весь процесс в частные руки – придется создавать платформу и контролировать ее выпуск самостоятельно. Никакие другие решения отставание в количестве аппаратов сократить не помогут.

https://vz.ru/society/2022/9/5/1175997.html - цинк