Спутник, который помещается в кармане: разработка студентов БГУ отправится в космос

Размеры маленькие — миссия ответственная. БГУ планирует запустить на орбиту пикоспутник, который помещается в кармане космонавта. Задача крохи — обнаруживать космический мусор. Подробнее читайте в материале корреспондента агентства «Минск-Новости».

Через тернии к звездам

В новейшей истории Беларуси на околоземные орбиты были выведены четыре спутника, созданные в нашей стране. И два из них сконструировали сотрудники и студенты БГУ. В ближайшие годы этот перечень пополнится еще одним.

Почти половина спутников, запускаемых в мире, попадая на орбиту, не выходят на связь со своими создателями. У университета в этом плане, как говорится, сошлись все звезды. Первый спутник сполна отработал свою миссию, второй до сих пор рассекает космическое пространство, поддерживает связь с Землей, честно и верно служит науке.

Зачем БГУ собственные космические аппараты, бороздящие просторы Вселенной и в чем уникальность нового миниатюрного спутника, который находится в разработке?

По словам ректора БГУ Андрея Короля, разработка пикоспутника — серьезное достижение. Весь мир идет по пути уменьшения устройств: борются за нанометры в чипах. А ученым и студентам вуза удалось создать «карманный» аппарат, который уже в ближайшем будущем может взять с собой на МКС космонавт и запустить на околоземную орбиту.

Карманный куб

Сотрудники и студенты факультета радиофизики и компьютерных технологий БГУ разрабатывают пикоспутник формата PocketQube. Он представляет собой куб с гранями 5×5×5 см. Несмотря на размеры малютки (его можно спрятать в ладони), миссия у устройства очень значима для всего человечества. Но о ней чуть позже.

На его базе работает кафедра физики аэрокосмических технологий, а также открыта отраслевая лаборатория прикладных космических технологий. Преподаватели и студенты воплощают в жизнь наукоемкие проекты и ведут исследования по стратегически значимым направлениям. Например, занимаются глобальными системами навигации, производят элементы космической техники, интеллектуальные радиоэлектронные приборы и многое другое.

В следующем году БГУ планирует открыть первую летнюю школу по пикоспутникам. Ее ученики будут пробовать собирать собственные миниатюрные космические аппараты весом от 100 г!

— Космическими разработками на нашем факультете занимались еще с прошлого века, — рассказал доцент кафедры физики и аэрокосмических технологий Александр Спиридонов. — Преподаватели были задействованы в программах, связанных с освоением Луны, изучением Венеры. Наши сотрудники создавали антенные системы передачи информации с поверхности планеты, системы управления для лунных миссий, луноходов и многое другое.

Что касается отдельной специальности, связанной с аэрокосмическими технологиями, она появилась на факультете лишь в 2010 году. Набирали студентов, увлеченных мирозданием, на пятилетнее обучение. К тому времени в Беларуси появилось большое количество крупных предприятий и организаций, занимающихся разработками для космонавтики. Нужны были специалисты.

Надежный спутник

В 2018 году с китайского космодрома Цзюцюань был запущен первый университетский спутник. Ценнейший объект для образования! Он позволял обучать студентов аэрокосмических специальностей разрабатывать подобного рода аппараты, управлять ими, принимать с Земли информацию и обрабатывать ее. BSUSat-1 успешно проработал до марта 2024-го. С его помощью удалось получить снимки с поверхности Земли, ребята учились определять его точное местоположение на орбите и многое другое.

В 2023-м успешно выведен на орбиту его младший собрат — наноспутник BSUSat-2. Стартовой площадкой стал российский космодром Восточный. Усовершенствованная модель, между прочим, до сих пор бороздит просторы Вселенной. Аппарат разрабатывался как летающая студенческая лаборатория. В его создании участвовали коллективы нескольких кафедр. Например, наноспутник укомплектовали титановыми пластинами с разным оптическим покрытием. Суть эксперимента: оценить, насколько быстро оно разрушается в условиях агрессивной космической среды: радиации, солнечного излучения, больших перепадов температур и т. д.

— Получается, каждый ваш студент может в любой момент подключиться к спутнику и использовать информацию, скажем, для курсовой или дипломной работы?

— Не в любой момент. Есть определенные сеансы связи — часы пролета аппарата над Беларусью. Поэтому мы и учим ребят прогнозировать, где и в какое время над нашей наземной станцией будет передвигаться спутник, как правильно на него навести антенну, принять и обработать сигнал. Студенты проходят весь цикл проектирования: от проработки миссии космического аппарата до его испытаний, а затем и эксплуатации, — пояснила доцент кафедры физики и аэрокосмических технологий Василина Баранова.

Маленький, да удаленький

Сейчас студенты и сотрудники факультета создают действительно уникальный для Беларуси и в целом для аэрокосмической отрасли продукт. Мировой тренд — производство миниатюрных космических аппаратов. Университетский пикоспутник будет весить около 250 г. Его миссия — изучение частиц космического мусора.

— Насколько сложно было в эту маленькую коробочку заложить серьезный функционал?

— Стояла непростая задача, требующая усидчивости и внимания к мелким деталям, — рассказал студент 1-го курса магистратуры факультета радиофизики и компьютерных технологий, младший научный сотрудник отраслевой лаборатории прикладных космических технологий Алексей Ильюшенко. — В нашей модели пикоспутника предполагается использование электроники для потребительских целей, а не специализированной космической. Ведь такие небольшие аппараты изначально подразумевают небольшой бюджет. Его основой является микропроцессор, в котором происходят все вычисления, выстраивается алгоритм работы. Важный элемент — приемопередатчик, с его помощью можно передавать с наземной станции команды и собирать научную информацию. Главные преимущества такого миниатюрного аппарата в коротком цикле разработки и простоте запуска. Космонавт может взять его с собой в полет и вывести на орбиту. У нас даже есть идея создать несколько таких объектов и запустить их в космос одновременно. Работу группировки пикоспутников, к слову, мы уже протестировали в атмосфере. У каждого из них может быть своя миссия. Скажем, наш будет детектировать космический мусор, а биологи могут запустить на орбиту семя, чтобы посмотреть, как на нем скажется космическая среда, и так далее.

На создание прототипа университетского пикоспутника ушел год.

Были разработаны миниатюрные платы, отлажены электронные схемы, подобраны и протестированы различные компоненты будущего пикоспутника. Одна из самых сложных задач, по мнению авторов проекта, — отработать архитектуру программного обеспечения. Следующий этап — создание инженерной модели. Запуск аппарата планируется к 2028 году с МКС.

Для чистоты эксперимента

— Что такое космический мусор?

— Есть спутники, которые отработали свою миссию и по разным причинам остались на орбите. Они не имеют связи с Землей. Аппараты могут сталкиваться друг с другом, образуя осколки, либо вовсе взрываются, создавая облако из мельчайших частиц пыли. Все это и есть космический мусор. И сейчас наша околоземная орбита просто переполнена им. Он мешает астрономам наблюдать за небесными телами и в целом препятствует освоению космоса, ведь сложнее стало выводить новые спутники для исследования явлений в звездном пространстве. Нам не хватает информации именно о мельчайших объектах, большие мы можем увидеть с Земли и отследить. А ведь потоки этой пыли могут вызвать фрагментацию и даже взрывы функциональных аппаратов. Поэтому у нашего пикоспутника благородная миссия для восполнения пробела в знаниях о космическом мусоре микронного диапазона, — пояснила В. Баранова.

В «карманный куб» будет встроен детектор космического мусора. Такой маленький аппарат способен обнаруживать мелкие частицы, прогнозировать степень повреждения элементов обшивки действующих космических объектов. Он позволит более точно оценить обстановку на орбите, провести необходимые расчеты и исследования, сделать выводы по устранению проблемных загрязнений космического пространства.

— Значит, человек засорил не только свою Землю, но и космосу от нас досталось…

— Самым знаменитым космическим инцидентом стало столкновение в 2009 году американского аппарата Iridium 33 и российского спутника «Космос-2251». В результате удара у одного образовалось примерно 3,5 тыс. обломков, у второго — порядка 1,5 тыс. И речь только о больших фрагментах, которые сейчас отслеживаются, внесены в соответствующий каталог. А сколько еще мелких? Когда мы выводили на орбиту два первых университетских спутника, то не рассчитывали риски столкновения, потому что наши аппараты небольшого размера. Но если речь про объект с серьезными габаритами, такой прогноз просто необходим. Сегодня, например, чтобы избежать столкновения с космическим мусором, приходится производить в день 100-120 маневрирований! Да, это похоже на железную клетку, которую мы постепенно создаем себе сами.

— А существуют, условно, роботы-пылесосы, способные убрать этот мусор во Вселенной?

— Технологии развиваются. Корпорации стараются запускать аппараты с возможностью сведения с орбиты. Появляется много стартапов: исследователи и инженеры предлагают различные решения. Но все это пока находится в тестовом режиме.

Например, интересен один российский проект: его инициаторы придумали пену определенного состава, которую следует распространить в космосе. К ней будут прилипать все мелкие частицы отходов. Идея хорошая, но она не доведена до логического завершения. Ведь пена, по сути, сама является космическим мусором, притом неуправляемым. Надо решить, как ее сводить с орбиты. Сейчас, на мой взгляд, самый прогрессивный проект предложили в Японии. Там разработали аппарат с системой захвата. В прошлом году его протестировали: выпускали в космос муляж-обломок и пытались его поймать манипулятором. И такой спутник-уборщик наиболее перспективный. Думаю, все это перейдет в некий коммерческий проект, когда будут продавать услуги по очистке орбиты от мусора.

Информация, получаемая с пикоспутника, позволит ученым БГУ создать модель эволюции космического мусора.

Это возможность предсказать, в каком состоянии будет орбита через сотню лет и удастся ли человечеству избежать эффекта Кесслера, предсказанного еще в 1980-х. По этой теории рано или поздно плотность космического мусора станет настолько высокой, что спровоцирует лавинное, каскадное столкновение объектов.

— Я очень рада, что наши студенты, молодые ученые этим интересуются, посвящают таким глобальным темам свои курсовые и дипломные проекты, — отметила доцент кафедры физики и аэрокосмических технологий.

Фото Дениса Кулаги