Искусственная звезда: как запускают самый яркий спутник
«В конце 2013 года, после одной из научно-популярных лекций у меня спросили, можно ли отправить в космос кирпич. Я ответил, что, конечно, можно, но зачем? Ведь никто этого даже не заметит. Интереснее было бы запустить что-то, что сможет увидеть каждый, — вспоминает Александр Шаенко. — Тут же по-быстрому прикинул, что сделать это не так уж и сложно. А потом подумал, что если собрать команду и вывести на орбиту аппарат, который будет виден невооруженным глазом, то он станет яркой демонстрацией того, что космонавтика стала доступной каждому. Что самые обычные люди могут сделать самый настоящий спутник — с друзьями, вечером после работы — и запустить его в космос, не будучи ни миллионерами, ни сотрудниками космических корпораций».
В самом деле, запуск первого искусственного спутника Земли в 1957 году стал не только потрясающим технологическим достижением, но и эмоциональным потрясением для всего мира. В Америке, в Африке, в Австралии люди выходили на улицу и, глядя в ночное небо, видели пролетающую над головой «звездочку». Спутник «Маяк» должен создать такой же эффект: если не считать Луны, то солнечный отражатель, который он развернет на орбите, почти на месяц станет самым ярким объектом в ночном небе.
Идея
Александр Шаенко, руководитель команды, инженер, участник разработки ракет-носителей «Ангара-А5» и KSLV-1, обсерватории «Миллиметрон», частного спутника DX1.
«Первым меня поддержал верный Квазар, принятый на должность руководителя отдела психологической разгрузки, — рассказывает Александр, — но вскоре присоединились и другие ребята. У нас каждый делает то, что умеет и любит: кто-то просчитывает баллистику, кто-то проводит испытания, кто-то работает над конструкцией...» На самом деле команда собралась вполне серьезная, да и у самого аппарата есть другие, вполне «приземленные» задачи — отработка технологий космической уборки. Ведь если не свести с орбиты закончивший свою службу спутник, он превратится в космический мусор. Сегодня такие аппараты спускают — или уводят на далекую орбиту захоронения — с помощью бортовых двигателей, работающих под контролем сложной системы управления и требующих точного наведения. Это непросто и недешево, так что старые спутники нередко просто бросают, все сильнее захламляя орбиту. Большой и легкий «парус» может стать экономичным и простым решением: развернутое полотно будет аэродинамически тормозить даже в очень разреженном воздухе верхней атмосферы, позволяя быстро и дешево сводить аппарат с орбиты. Протестировать такую технологию позволит солнечный отражатель спутника «Маяк». В 2014 году команда Александра Шаенко провела открытый сбор средств и с помощью краудфандинговой платформы Boomstarter набрала более 400 000 рублей на первые этапы разработки. В начале 2016 года успешно прошла вторая кампания по финансированию, цель которой еще серьезней — 1,5 млн рублей, необходимые для изготовления двух летных экземпляров спутника. «Конечно, в итоге денег требуется еще больше: проведение термовакуумных испытаний, а тем более запуск аппарата на орбиту стоят намного дороже, чем сам спутник, — говорит Александр Шаенко. — Так что в марте мы начали сбор средств уже на международном уровне, на платформе Kickstarter».
Силовая конструкция
Михаил Лавров, инженер с 7-летним опытом в области ракетно-космических и авиационных проектов. Участвовал в разработке устройств для МКС, обсерватории «Спектр-УФ», космических аппаратов «Ямал» и системы ГЛОНАСС.
«Маяк» — спутник совсем несложный. Он создается на основе масштабируемой платформы CubeSat, в «наноспутниковом» формате, разработанном командой стэнфордского профессора Роберта Твиггса: объем 10 х 10 х 10 см (1 л) и масса, кратная 1330 г. «Маяк» состоит из трех таких стандартных кубов (3U: 10 х 10 х 30 см) общей массой менее 4 кг, которые накрепко соединены алюминиевыми каркасами и будут выводиться и работать единым модулем, вращаясь в полете. Чтобы «солнечный зайчик» отражателя достаточно часто обегал поверхность Земли, аппарат должен делать хотя бы один оборот в секунду. «Встал вопрос: как его раскрутить? — говорит Михаил Лавров. — По спецификации CubeSat на них нельзя использовать ни пиротехнические устройства, ни высокое давление, ничего токсичного... Пришлось разработать собственный простой двигатель, в котором используется термическое разложение карбоната аммония».
Это вещество хорошо знакомо жителям Земли: в пищевой промышленности карбонат аммония известен как добавка Е503, которую применяют для бездрожжевого разрыхления теста. Отсек с карбонатом аммония будет работать на спутнике примерно так же, как и во время хлебопечения. При включении пары нагревателей вещество разложится на воду, углекислый газ и аммиак, которые, вырываясь из сопла, создадут небольшую реактивную тягу. «У нас в реакторе будет два таких модуля с двумя нагревателями в каждом. Они смогут полчаса поддерживать тягу до 5 г, с удельным импульсом около 80 секунд», — поясняет Михаил Лавров.
Баллистика
Антон Недогарок, аспирант кафедры «Динамика и управление полетом ракет и космических аппаратов» МГТУ им. Н.Э. Баумана.
Огромный толчок проекту дали успешные переговоры с компанией «Главкосмос», которая предлагает услуги коммерческих запусков на борту российских ракет-носителей. Разумеется, старта целой ракеты команде «Маяка» не потянуть, но этого и не требуется. В середине лета, когда с Байконура на орбиту отправится новый 600-килограммовый спутник дистанционного зондирования Земли «Канопус-В-ИК», ракета «Союз-2−1А» с разгонным блоком «Фрегат» возьмет на борт более десятка небольших аппаратов. В составе этой попутной нагрузки будет и «Маяк».
Если все пройдет по плану, спутник будет поднят на солнечно-синхронную орбиту высотой 600 км — почти вдвое выше МКС — с наклонением около 98°. Уже через 30 с после отделения от разгонного блока на «Маяке» сработают пружины, открывая блок, где хитрой гармошкой сложены паруса солнечного отражателя. Через две минуты сверкающая пирамида раскроется, и в дело вступит реактивный двигатель, который закрутит спутник вокруг своей оси.
«В свободном полете аппарат проведет около 25 суток, "следуя за ночью": орбита его рассчитана таким образом, что в темное время суток он будет видим из любой точки Земли, от полюса и до полюса, — говорит Антон Недогарок. — Энтузиасты, вложившие в финансирование проекта хотя бы минимальные средства, смогут скачать удобное мобильное приложение, которое поможет быстро отыскать рукотворную звезду на ночном небе».
Световой отражатель
Елена Антонова, студентка Национального исследовательского ядерного университета МИФИ, специалист по автоматике и электронике физических установок.
Распахнувшись во всю ширь, отражатель «Маяка» образует правильную пирамиду со сторонами около 3,5 м. «Он растягивается на трех упругих профилях: четыре паруса крепятся углами к их концам и к основанию на торце спутника, — поясняет Елена Антонова. — Мы долго искали подходящий вариант на роль таких профилей — и в итоге лучшими оказались обычные строительные рулетки — они легкие, прочные, гибкие. Их раскручивает и раскрывает электродвигатель, который питается от литий-полимерных батарей». Общая площадь отражателя превысит 15 м2: по расчетам инженеров, его блеск составит -10, ярче любой звезды на ночном небе. Для сравнения, блеск полной Луны составляет -13, а у летящей заметно ниже МКС в лучшем случае достигает -4.
«Отражатель сделан из тончайшей ПЭТ-пленки с напыленным на одну сторону алюминием. Этот материал часто применяется в вакуумной теплоизоляции на "взрослых", серьезных спутниках. Его толщина — всего 5 микрон, в 20 раз тоньше человеческого волоса, — говорит Елена. — Это будет такой очень легкий воланчик, весом всего 300 г, который тормозится даже в разреженной атмосфере, на большой высоте. Он будет замедляться и понемногу снижаться, пока не сгорит». Технология раскрытия солнечного отражателя прошла успешные испытания в лаборатории, а отдельные компоненты спутника уже тестируются в условиях, приближенных к космическим, — например, электродвигатель IG-22CGM, выдвигающий ребра отражателя, успешно выдержал перепады температуры от -45 до 80 °C.
К сожалению, «TechInsider» удалось пообщаться далеко не со всеми членами команды «Маяка». За кадром остались разработчик системы энергопитания Антон Александров, автор реактивного двигателя Михаил Белоскоков и другие. Немногословен оказался и руководитель отдела психологической разгрузки Квазар — но все они, безусловно, достойны отдельного рассказа.
Впрочем, самое интригующее в этой истории — ее открытый финал. На момент сдачи материала в номер кампания по краудфандингу на Kickstarter лишь стартовала, и мы не знаем, удастся ли энтузиастам набрать для завершения работы нужную сумму. Но ведь о космосе, вслух или втайне, мечтает каждый. Это значит, что все наверняка закончится счастливо, и уже летом на небе вспыхнет самая яркая звезда — а за ней потянутся и другие.