Журнал «Компьютерра» № 15 от 17 апреля 2007 года - Компьютерра

Кстати, по этому формальному признаку первый советский искусственный спутник Земли (выведен на орбиту 4 октября 1957 года) массой 83 кг принадлежит классу микроспутников, а первый американский спутник Explorer-1 (выведен на орбиту 1 февраля 1958 года) массой 8,3 кг попадает в класс наноспутников. Следующий американский спутник Vanguard-1 (17 марта 1958 года) массой 1,5 кг вообще приблизился к классу пикоспутников. Иногда малыми спутниками называют все упомянутое множество аппаратов, а микроспутниками — все спутники с массой менее ста килограммов. Пикоспутники, в свою очередь, могут подразделяться на еще более мелкие классы. В общем, будем считать, что первая формальная классификация введена.

Что же еще такого особенного в малых спутниках? Оказывается, не малые размеры и массу привнес термин «малые спутники». Точнее, не только размеры и массу, а иной подход к разработке и использованию. Например, ответьте, что выгоднее — делать дорогой универсальный спутник, который уж если выведен на орбиту, то должен в течение долгого времени решать возложенные на него задачи, — или же относительно быстро разработать, изготовить и запустить несколько сравнительно недорогих аппаратов, чтобы, как это ни кощунственно звучит, в случае поломки одного из них вывести на орбиту следующий аппарат? Особенно если принять во внимание, что электронная элементная база развивается столь стремительно, что быстродействие бортового компьютера через год-два может возрасти на порядок, а разрешение электронных камер позволит делать снимки значительно более высокого качества, чем прежде.

ИЗВОЗ

С космодрома Куру во Французской Гвиане 22 января 1990 г. попутно с основным спутником SPOT-2 (масса 1870 кг) ракета-носитель Ariane-4 (V35) вывела на солнечно-синхронную почти круговую орбиту высотой около 790 км и наклонением 98,6° шесть малых спутников: радиолюбительские американские PACSAT и Webersat, аргентинский Lusat и бразильский Microsat-2 (каждый массой по 12 кг), а также английские UoSat-3 и Uosat-4 (по 48 кг). После отделения основного спутника и отхода его на безопасное расстояние малые спутники отделяются в заданной последовательности с помощью пружинных толкателей. Дальнейшую хронологию использования платформы ASAP для вывода малых спутников можно посмотреть, например, здесь.

А снизить стоимость вывода на орбиту можно, используя легкие носители, например конверсионные. В 90-х годах прошлого столетия конверсионные ракеты рассматривались как радикальный способ снижения стоимости вывода на орбиту малых спутников [M. Yu. Ovchinnikov, Russian Launch Opportunities for Small Satellites, Acta Astronautica, March 1998, V.43, Issue 11-12, pp.623-629]. Особенно этот вопрос муссировался в связи с необходимостью уничтожениямножества баллистических ракет по советско-американскому Соглашению о сокращении ядерного оружия и средств его доставки.

Здесь следует вспомнить отечественные, стартующие с подводных лодок ракеты «Волна» и «Штиль» (переделанные из ракет морского базирования и приспособленные для вывода микроспутников соответственно на баллистическую траекторию и на орбиту вокруг Земли). Или, например, твердотопливные «Старт» и «Старт-1». Есть еще «Рокот» и «Стрела» (для старта с космодрома Свободный на Дальнем Востоке), ракеты «Космос» и «Днепр»… Несмотря на то что почти все из перечисленных носителей уже были использованы для запуска малых спутников, пожалуй, наиболее пригодной для этого оказалась ракета-носитель «Днепр», сделанная на базе межконтинентальной баллистической ракеты «Сатана» [Такое «имя» ей дали американцы, видимо, из-за «полезной» нагрузки, состоящей из нескольких боевых блоков (головок) с термоядерной начинкой, обладающих возможностью индивидуального наведения и способностью маневрировать в атмосфере, что делало практически нерешаемой задачу их перехвата. Отечественное наименование этой ракеты Р-36 (модификации, еще стоящие на вооружении, — Р-36М2 и Р-36МУТТХ). — Ю.Р.] (SS-18). Предлагаемый фирмой «Космотрас» — провайдером услуг «Днепр» — сервис включает размещение и вывод на орбиту нескольких микроспутников, устанавливаемых на платформу типа ASAP, размещаемой на разгонной ступени ракеты.

Однако иллюзий о возможности таким образом удешевить запуск малых спутников питать не следует. Конверсионные ракеты требуют немалых затрат для модернизации и адаптации к новым для них задачам. Да и «акулы рынка» запусков не допустят их широкого «демпингующего» использования. Все так, конечно, но… лед тронулся. Появилось другое понимание того, как можно решать задачи в космосе с меньшими временными и материальными затратами.

Продолжая тему снижения стоимости доставки малых спутников на орбиту, следует упомянуть интенсивно обсуждавшийся в прессе способ вывода малых спутников — с помощью, например, крылатых ракет. Было даже несколько авиационно-космических проектов вывода малых спутников на легких ракетах, несомых различными самолетами (Ту-160, «Мрия», МиГ-31), но большинство из них так и не воплотились в жизнь. Практически осуществить этот способ удалось лишь американцам на Pegasus’e с самолета B-52. В частности, 17 июля 1991 года с борта самолета B-52, базирующегося на авиабазе Эдвардс, так был осуществлен запуск ракеты-носителя Pegasus HAPS, которая вывела на низкую околоземную орбиту семь военных микроспутников связи Microsat-1, …, Microsat-7 массой 22 кг каждый. главными достоинствами такого способа являются малое время подготовки и реализации запуска и возможность вывода спутника на орбиту достаточно произвольного наклонения. Недостатком — малая масса выводимой полезной нагрузки.

ТЕОРИЯ

Разрешающая способность оптических приборов характеризует их способность давать раздельное изображение двух близких точек. Дж. Релей, используя теорию дифракции, ввел критерий, в соответствии с которым предельное угловое разрешение определяется выражением 1,2 l/d, где l — длина волны, d — диаметр входного отверстия оптической системы. Тем самым, исходя из этого критерия, независимо от класса спутника должна быть обеспечена минимально необходимая апертура оптической системы.

В начале 80-х годов в Центре космических полетов им. Годдарда (США) была разработана GAS-программа (Get Away Special Program), в рамках которой осуществлялся вывод микроспутников с борта шаттлов. Спутники массой до ста килограммов размещались в специальном контейнере цилиндрической формы и выталкивались с помощью пружинного толкателя после выхода шаттла на орбиту при минимальном участии экипажа корабля.

В настоящее время используются в основном два способа вывода малых спутников — либо на среднем носителе типа Ariane попутным запуском, либо на легком носителе типа «Днепр», специально ориентированном на групповой запуск [Помните, — с десяток боеголовок?.. — Ю.Р.] такого типа аппаратов. Недостаток обоих способов — в ожидании подходящего по срокам пуска и планируемой орбите вывода носителя. Появились даже фирмы, специализирующиеся на посредничестве в поиске и отслеживании нужных по срокам и орбитам носителей. В США для запуска малых спутников используются средства собственной разработки, например ракета «Дельта» в разных модификациях. При этом как в США, так и в Европе реализуются преференции в использовании национальных средств вывода спутников на орбиту («акулы рынка» не дремлют!).

Конечно же, не все задачи под силу решить малыми аппаратами — немыслимо ведь запустить космонавта на корабле с недостаточной надежностью или разместить большую оптическую систему на малом спутнике — отношение l к d еще никто не отменял. Фактически работает принцип из теории оптимизации на ограничениях — оптимум достигается не на границах интервала, а где-то между ними. Но где? В общем, все это требует более сложных методов принятия решений. Например, как утверждает поговорка, — хорошо быть здоровым и богатым. А если хотя бы один компонент отсутствует?

Допустим, имеющиеся материальные или финансовые ресурсы не позволяют быстро построить большой аппарат. «Длинных» ресурсов нет, но задачи же решать надо. Тогда можно попробовать использовать распределенный по времени ресурс — сегодня решаем часть задачи, придавая ей статус законченной, а при поступлении следующего ресурсного транша повторяем процедуру. Действуем «методом декомпозиции» — разбиением нерешаемой в целом задачи на подзадачи, каждую из которых удается решить имеющими средствами. Даже если ресурсы не поступают, то задача уже частично решена (накоплены знания, получена необходимая информация, проверена технология, продемонстрированы возможности).

МЕТАФОРА

При пролете планеты ее гравитационное поле изменяет скорость аппарата как по величине, так и по направлению. Действие гравитационного поля планеты можно сравнить с пращой. При этом необходимо точно обеспечить пролет аппарата на заданном удалении от ее поверхности. Маневр широко используется в межпланетных миссиях. Впервые был реализован во время полета спутника «Луна-3» в 1959 году для фотографирования обратной стороны Луны.