Рукотворная звезда позовет в космос
Уже больше года команда энтузиастов делает микроспутник, у которого будет всего одна, но необычная цель — популяризация космонавтики и призыв ко всему человечеству поднять голову и посмотреть в небо. Спутник может отправиться в космос уже этим летом и на несколько недель стать самой яркой звездой. Я взял интервью у основателя проекта, руководителя образовательной программы «Современная космонавтика» в Университете машиностроения и популяризатора космонавтики Александра Шаенко.
Люди и идеи
Александр Шаенко работает в космической отрасли больше 10 лет. Он участвовал в создании ракет-носителей «Ангара» и «KSLV-1», спутника «DX1» частной российской компании Dauria Aerospace, принимал участие в проекте создания мини-лунохода «Селеноход». В последние годы летом проводит всероссийскую программу научно-популярных лекций о космонавтике (проект «Космос от моря и до моря»), создал курс «Основы космонавтики» для тех, кто закончил некосмические специальности в вузах, организовал Летнюю космическую школу, создал и ведет бакалаврскую программу «Современная космонавтика» в Университете машиностроения.
Александр, работа по спутнику уже далеко продвинулась, но мне все равно интересно, откуда появилась такая идея? Почему именно звезда?
Идея «Маяка» возникла с двух сторон. Во-первых, мой опыт работы в нашей ракетно-космической промышленности навел меня на мысли о том, что космические достижения остались в прошлом не потому, что у нас мало денег, не потому, что люди глупые и не потому, что техника у нас слабая. Дело в том, что даже сами работники отрасли в большинстве своём не знают, зачем нужна космонавтика. Для чего им самим нужны пилотируемые полёты, для чего они строят новые ракеты-носители, для чего межпланетные станции. И из-за этого наши космические планы постоянно меняются или откладываются, а проекты тянутся десятилетия. В мыслях об этом я принялся придумывать, что именно я лично могу сделать для того, чтобы это изменить. Я подумал, что если показывать людям, что космонавтика может дать им лично, и это будет для них ценно, то это изменит и отношение общества к освоению космоса, и отношение ракетно-космической промышленности к своей работе.
Для этого я стал выступать с научно-популярными лекциями, в которых стал рассказывать о том, что космонавтика — это интересно, необычно, красиво, увлекательно. И вот после одной из лекций случилась вторая причина.
Во-вторых, в самом конце декабря 2013 ко мне после лекции подошёл знакомый и спросил, как можно запустить в космос спутник. Я ему объяснил, как это можно сделать и дал адрес сайта Космотраса. Потом он спросил, можно ли запустить в космос кирпич. Я ответил, что можно, но этого никто не увидит. Гораздо интереснее запустить в космос то, что будет видно. В уме я прикинул, что сделать это будет относительно просто. А потом я понял, что если у меня получится созвать энтузиастов, сделать спутник, который будет виден с орбиты невооружённым глазом, то это может стать наглядным примером для людей, что космонавтика стала доступной. Что для того, чтобы запускать в космос реальные спутники, не обязательно работать в гигантской корпорации, или быть миллиардером. И, как говорится, заверте…
В символическом виде эти причины показаны в нашем мультфильме:
У вас уже целая команда энтузиастов-единомышленников. Что можете о них рассказать?
Кроме меня и «руководителя отдела психологической разгрузки» дворняжки Квазара в команде еще десять человек. Есть люди, работающие в космической отрасли, айтишники, пиарщики, студенты, каждый делает, что умеет и любит. Более подробно, то, что они сами захотели о себе рассказать, можно посмотреть здесь.
Конструкция
Как я понимаю, спутник должен быть достаточно простым конструктивно. Что он из себя будет представлять?
«Маяк» выполнен в популярном формате Cubesat. Это спутники, имеющие ограниченные, дискретно заданные размеры. Один «дискрет» спутника, один юнит, имеет размеры 100 мм на 100 мм на 100 мм и массу до 1,33 кг. Формат был придуман для того, чтобы малые спутники были унифицированы по способу запуска. Для кубсатов было придумано множество пусковых контейнеров, в которых они выводятся на орбиту на разных ракетах, и из которых потом выходят в космос. Условно говоря, любой кубсат можно запустить в любом контейнере. Это сильно удешевило и ускорило запуски.
«Маяк» — это кубсат на три юнита с габаритами 100 мм на 100 мм на 340,5 мм. Масса аппарата — 4 кг.
Структурно он состоит из следующих систем:
- Раскрывающийся солнечный отражатель,
- Система управления,
- Система электропитания,
- Реактивный двигатель,
- Корпус.
На борту нет радиопередатчика, это сильно облегчает и удешевляет процесс согласования запуска.
3D-модель спутника в разобранном виде
Если нет передатчика и приемника, то, получается, спутник будет работать по заложенной в него программе? Вы бы не могли рассказать о циклограмме работы спутника?
Циклограмма работы аппарата с момента отделения от ракеты-носителя (КО, контакт отделения) до выключения системы управления выглядит следующим образом:
- КО+ 0 секунд Включение системы управления.
- КО + 30 секунд. Начало раскрытия солнечного отражателя.
- КО + 150 секунд. Окончание раскрытия солнечного отражателя.
- КО + 151 секунда. Запуск реактивного двигателя закрутки.
- КО + 1951 секунда. Выключение двигателя. Выключение системы управления.
В ходе этого процесса Маяк раскроет тетраэдр из полимерной плёнки, растянутой на каркасе, и будет закручен по всем осям с суммарной угловой скоростью не менее 1 об/с.
Две минуты на раскрытие отражателя… Он такой большой?
Да, наш отражатель представляет собой правильный тетраэдр со стороной 3 метра. Площадь одной стороны, как несложно посчитать, составит 3,8 м2, а полная площадь будет свыше пятнадцати квадратных метров. По нашим расчетам «Маяк» будет иметь звездную величину -10, это ярче любой звезды. Снижаясь, спутник будет сверкать еще ярче, а перед входом в атмосферу будет сиять со звездной величиной -13, как полная Луна!
А как вы сумели поместить вот эту толстую домомучительницу вот этот большой тетраэдр в такую маленькую коробочку? Сложить придется явно больше, чем вчетверо…
Металлизированная пленка, из которой сделан отражатель, толщиной всего 5 микрометров, в 20 раз тоньше человеческого волоса. А раскрываем его мы по принципу рулетки — три упруго деформируемых профиля (считайте, полотна рулетки) намотаны на барабаны и разматываются мотор-редуктором. Собственно говоря, рулетки мы и использовали на испытаниях: 
Испытания системы развертывания, октябрь 2015. Две ленты двигаются по полу как бы в невесомости (гравитация направлена перпендикулярно), третья лента не может быть разгружена в этих условиях и ничего не делает
А зачем вы будете закручивать спутник?
Спутник закручивается по всем осям для того, чтобы пятно отраженного света как можно чаще обегало всю видимую с космического аппарата часть планеты, что позволит увидеть «Маяк» как можно большему количеству людей. Аппарат будет закручен по всем осям с суммарной угловой скоростью не менее 1 оборота в секунду.
Если посмотреть на циклограмму, спутник будет закручиваться в течение получаса. Вы используете какой-то особенный двигатель?
Дело в том, что на кубсатах нельзя использовать пиротехнику, токсичные химические вещества, высокое давление. Поэтому для закрутки мы разработали двигатель, работающий на термическом разложении карбоната аммония. Это вещество используется в пищевой промышленности для разрыхления теста и неопасно. Двигатель представляет собой герметично закрытый отсек с соплом. Внутри отсека располагаются так называемые сменные реакторные модули — это сборки из двух электрических нагревателей, между которыми помещается пакет с прессованным карбонатом аммония. Сборка помещается в термооплетку, которая при работе нагревателей сжимается и поддерживает контакт нагревателей с реагентом. В нашем реакторе два таких модуля. Это позволяет до 30 минут иметь тягу до 5 грамм с удельным импульсом 80 секунд.
Схема работы
Изготовленные нагреватели
Ракета
Я удивился, когда услышал, что вы сумели получить место на ракете. Это было очень сложно? Пришлось обращаться через институты и другие большие организации?
Нет, все проще. На ракету удается попасть с помощью денег, как и везде. Но до тех пор, пока Маяк в составе РН не оторвется от стартового стола, я буду считать, что мы еще место получить не сумели.
Весной 2015 года мы начали вести переговоры с компанией «Спутникс», которая стала предлагать свои услуги по запуску кубсатов. Чуть позже на нас вышли менеджеры компании «Главкосмос», это эдакий коммерческий интерфейс Роскосмоса к зарубежным заказчикам. Так как доселе прецедентов запусков российских космических аппаратов не из отрасли было немного, собственно, тот самый «Спутникс» на РН «Днепр» и Dauria Aerospace на РН «Союз-2», то они, наверное, стали и студенческими проектами заниматься. Главкосмос предложил более выгодную цену, поэтому мы пошли к ним. Еще есть зарубежные провайдеры запусков, например, ISIS и Commercial Space Technologies, но они получаются дороже.
И на какой запуск у вас есть договоренность?
Мы готовимся к запуску на РН «Союз-2» с РБ «Фрегат». Этот носитель в июне 2016 года будет выводить КА «Канопус-В-ИК», мы летим попутным грузом. Начальная высота орбиты 600 км, орбита солнечно-синхронная, наклонение примерно 98 градусов. На этой орбите «Маяк» просуществует около 25 суток.
Испытания
Если представить объем требуемых работ, то июнь кажется пугающе близкой датой. Вы много испытаний уже успели провести?
Схематически план испытаний можно представить так: 
Те испытания, что прошли, показали, что системы работают хорошо.
На макете механизм раскрытия ребер отработан, сейчас идет сборка макетного механизма солнечного отражателя в сборе. После этих испытаний можно будет переходить к изготовлению летного варианта солнечного отражателя.
В соцсетях, помнится, я видел поучительную историю, как у вас на стратосферных испытаниях макет спутника не включился из-за какого-то обидного бага. Что делаете для обеспечения надежности?
Фото со стратосферных испытаний
Да, у нас тогда аппаратура телеметрии и управления зависла и начала перезагружаться в процессе полета, поэтому не выдала команду на активацию спутника. Он так и приземлился, даже не начав работу. А для надежности нашего спутника мы планируем сделать следующее:
Силовые компоненты, как самые нагруженные в системе управления, дублированы. Дублированы также сигнальные линии и механические элементы управления (контакты отделения, стартовый ключ). Логическая схема, на наш взгляд, значительно более надежна и дублирования или иных специальных мер повышения надежности не требует.
Надежность недублированных элементов систем спутника обеспечивается их программой отработки — сначала посистемные испытания, затем комплексные электрические «на столе», затем комплексные электрические в вакууме, а затем вибродинамические, с проверкой функционирования до и после приложения механических нагрузок.
После истории с «Фобос-Грунтом» невольно начинаешь бояться тяжелых заряженных частиц. Что если такая ударит в вашу недублированную систему управления?
У нас предусмотрена программная защита от ТЗЧ. При работе на флэш записывается текущее время, при перезагрузке происходит переход на последний записанный шаг. Так может вноситься погрешность в исполнение циклограммы меньше 0,1 с, что для наших целей не существенно. Двигателей и системы ориентации, как на «Фобос-Грунте», у нас нет :)
Деньги
В 2014 году вы успешно собрали 407 000 рублей краудфандингом. На что они пошли?
Если коротко, больше ста тысяч ушло на стратосферные испытания. Пятьдесят тысяч — на изготовление нагревателей. Остальное — подарки спонсорам и закупка необходимых инструментов и материалов. Полный отчет доступен здесь.
А сейчас, вы, по слухам, собираете уже полтора миллиона. На что пойдут эти деньги?
Текущие сборы — это сбор денег на изготовление летных экземпляров спутника, мы хотим сделать их два, на оплату испытаний и, собственно, на орбитальный запуск. Всякая мелочь типа призов тоже есть в смете.
По крупному, запланированы следующие расходы:
- Изготовление двух летных экземпляров КА «Маяк» 1,5 млн. рублей,
- Проведение вибродинамических испытаний, 1,5 млн. рублей,
- Проведение тепловакуумных испытаний, 2,5 млн. рублей,
- Орбитальный запуск 2,8 млн. рублей,
- Нетехнические расходы (призы спонсорам и прочее) 0,7 млн. рублей.
Если удастся сэкономить, потратим деньги на дополнительную отработку железа.
Заключение
Лично меня смущает тот факт, что МКС летает уже больше 15 лет, ее регулярно можно наблюдать, и, по собственному опыту, ее наблюдения впечатляют. Чем «Маяк» будет лучше?
Во-первых, «Маяк» будет ярче.
Во-вторых, «Маяк» будет виден на всей Земле, от Северного до Южного полюса.
В-третьих, «Маяк» будет сделан руками энтузиастов, обычных людей, которым хочется заниматься космонавтикой. Это для меня и для команды проекта самый важный результат. Так мы сможем изменить отношение общества к освоению космоса. Сможем показать, что космонавтика — это интересно, красиво, захватывающе. Для того, чтобы ей заниматься, не нужно иметь миллиарды или работать в огромной корпорации. Захотел, собрал друзей, запустил спутник на орбиту. Примерно то же самое сделал для человечества первый советский спутник. Не оснащенный научной аппаратурой, тем не менее, он смог вдохновить многих на занятие космонавтикой и заставил многие страны заняться освоением космоса. Мы рассчитываем на аналогичный эффект в отношении не стран, но энтузиастов.
В официальном пресс-релизе Роскосмоса, который я увидел на вашем сайте, пишут про другие цели проекта — испытания аэродинамической системы сведения спутников с орбиты, изучение атмосферы и определение яркости объектов. Это маскировка или дополнительные цели?
Это вполне реальные научные задачи. Более того, по моим представлениям, у системы аэродинамического торможения может быть и коммерческий потенциал, так как сейчас для сведения спутника с орбиты требуется иметь на борту систему управления и двигательную установку, а это дорого и сложно. С помощью конструкции, аналогичной солнечному отражателю «Маяка», спутники можно будет сводить с орбиты гораздо проще и дешевле. Более того, ко мне уже поступали подобные предложения. Простой и дешевый способ сведения спутников с орбиты, особенно, малых, позволит значительно снизить опасность образования нового космического мусора.
Для ученых, изучающих верхнюю атмосферу, «Маяк» пригодится своей чуткой реакцией на плотность воздуха. В тех местах, где плотность выше, спутник будет тормозиться быстрее, и сильнее будет снижаться его орбита, и наоборот. Наблюдая за его полетом, можно будет исследовать верхнюю атмосферу. Ну и наконец, «Маяк» может послужить эталонным объектом для моделей расчета видимой звездной величины.
Ну и в заключение позволим себе помечтать. Допустим, «Маяк» был запущен и успешно отработал. Что ты ждешь от проекта?
Я был бы рад понять, что благодаря проекту «Маяк» в России и в мире появились команды людей, которые стали заниматься космонавтикой в широком смысле: пошли учиться на космонавтику, в том числе, и ко мне, создавать космические и ракетные стартапы, снимать о космосе хорошие фильмы и писать о нем книги и тому подобное. Чтобы в мире появился запрос на освоение космоса. Если это случится благодаря моим усилиям, то я буду безмерно счастлив.
P.S. Александр есть на Geektimes 4110, на какие-то комментарии может ответить он.
