За год до старта
Украинские студенты осваивают технологии создания наноспутников.
В 2012 году в рамках совместного украинско-бразильского проекта «Алкантара Циклон Спейс» с бразильского космодрома состоится демонстрационный запуск ракеты-носителя «Циклон-4». Планируется, что он возьмет на борт в числе других полезных нагрузок и первый университетский наноспутник, сделанный в Украине.
В создании миниатюрного спутника принимают участие студенты, аспиранты и ученые Национального технического университета Украины «Киевский политехнический институт», Днепропетровского национального университета им. О.Гончара, Национального аэрокосмического университета им. Н.Е. Жуковского «Харьковский авиационный институт» и Национального центра аэрокосмического образования молодежи им. А.М. Макарова (НЦАОМ, Днепропетровск).
Первые шаги
Наноспутники, созданные студентами разных стран мира, бороздят космические просторы с конца 90-х. Особенно преуспели в этом вузы США, Германии, Англии, Японии и других государств, обладающих космическими технологиями и строительными мощностями или участвующих в реализации соответствующих международных проектов. Украина же, имея полный замкнутый цикл производства ракетно-космических летательных аппаратов, спутников, систем наведения и управления, до последнего времени была исключением из правил. Для наших университетов данное направление деятельности оставалось скорее далекой мечтой, чем реальным шагом на пути расширения привычных рамок образовательного процесса. Но реформирование системы образования, начавшееся после присоединения к Болонскому процессу, помогло устранить различные препоны и максимально приблизить студенчество к практическому освоению космоса.
— С 2005 года Национальный центр аэрокосмического образования молодежи им. Макарова инициировал ряд шагов, направленных на стимулирование усилий украинских вузов по созданию и развитию в их стенах нового направления деятельности, — рассказал заместитель директора по науке и образованию НЦАОМ Алексей Кулик. — Весомую поддержку оказывают нам европейские университеты, имеющие опыт создания университетских (или студенческих, молодежных) спутников. В частности, на Международном аэрокосмическом салоне в Берлине в 2008 году между нашим Центром и факультетом авиации и космонавтики Берлинского технического университета был подписан договор о содружестве и совместной научно-технической деятельности. Через год, опираясь на помощь КБ «Южное» и Национального космического агентства Украины (НКАУ), три ведущих аэрокосмических вуза Киева, Днепропетровска и Харькова выиграли трехлетний грант и стали полноправными участниками международной программы TEMPUS CRIST.
Главная ее цель, подчеркнул А.Кулик, – вывести аэрокосмические вузы на новый качественный уровень в подготовке будущих специалистов ракетно-космической отрасли за счет внедрения в образовательный процесс технологий изготовления и эксплуатации малых космических летательных аппаратов. При этом не только обеспечить подготовку инженерных, научных кадров, но и менеджеров, способных выгодно продавать свои изделия на мировых космических рынках.
Помимо Украины в программе TEMPUS CRIST участвуют Россия и Казахстан (по три вуза от каждого государства). Проект финансируется за счет средств Европейского Союза при поддержке Европейского космического агентства. Его финалом на данном этапе станет оборудование в украинских университетах приемопередающих центров – фактически миниатюрных технологических лабораторий и центров управления полетами космических летательных аппаратов. Необходимое оборудование уже завезено из Германии, вскоре начнется его монтаж, наладка, и к осени эти центры займут подобающее место в университетских структурах. Таким образом, наши студенты смогут не только самостоятельно проектировать и создавать наноспутники, но и вести с ними постоянную работу после выведения на орбиту.
Еще одним важным шагом на пути к поставленной цели стало подписание в октябре прошлого года между НЦАОМ и Токийским университетом меморандума о создании до 2015 года пяти малых космических летательных аппаратов и последующей их совместной эксплуатации. Все спутники будут предназначены для дистанционного зондирования Земли, а поступающую с них информацию вузы смогут использовать как в самостоятельных, так и совместных образовательных, научно-образовательных и научных проектах. Концепция первого из пяти спутников уже сформирована японским университетом. Он будет оснащен высококачественной видео- и фотоаппаратурой, которая позволит проводить съемку с разрешением 5—7 м на поверхности Земли. Запуск этого спутника планируется в 2012 году вместе с первым украинским университетским наноспутником с космодрома Алкантара в Бразилии. Пусковые услуги обеспечивает Украина, и это станет нашим вкладом в реализацию поставленной задачи.
В создании последующих спутников украинские и японские студенты будут принимать, скорее всего, равноправное участие.
Мал, да удал
Приобщение к международным программам активизировало работу и над первым украинским университетским наноспутником. Участники проекта «Украинский наноспутник» сосредоточили усилия на комплектации полезной нагрузки (в данном случае речь идет о научной аппаратуре, которая может быть установлена на борту спутника) и разработке служебных систем платформы.
Судя по макету, выполненному в натуральную величину, первый университетский наноспутник будет не больше обувной коробки. Но затраты на создание такой «коробочки» истинно космические – могут превысить 2 млн грн. Примерно половину этой суммы составит стоимость материалов, элементной базы и научного оборудования, остальное – затраты, связанные с проведением его испытаний и мероприятий, в ходе которых будет подтверждена работоспособность каждой системы в отдельности и всего изделия в целом.
Это очень ответственный этап в создании наноспутника, потому что надо всегда помнить: малейший сбой в его работе может привести к непредсказуемым последствиям и гораздо большим материальным потерям при запуске ракеты-носителя.
Наноспутник низкоорбитальный, он будет кружить над Землей на высоте порядка 400—600 км. Предназначен для дистанционного зондирования Земли, поэтому на нем планируется установить фото- и видеотехнику. Пока — полупрофессиональную или бытовую, способную работать в космическом пространстве, так как на приобретение профессиональной средств нет.
Сеансы связи со спутником составят 30 минут в сутки, пока он будет находиться в зоне видимости и устойчивого сигнала, пролетая над Украиной. Но перед студенческими коллективами поставлена задача увеличить длительность таких сеансов. Идей на этот счет немало. Например, в Днепропетровске отрабатывается проект по увеличению связи со спутником до 6 часов. Задачу предлагается решить с помощью терминалов, установленных непосредственно на спутнике и в приемопередающих центрах на Земле. Суть идеи заключается в том, чтобы вся фиксируемая информация накапливалась в течение определенного времени в памяти оборудования, установленного на спутнике, а затем передавалась в таком же объеме на Землю.
Для начинки украинского наноспутника, как и других аналогичных университетских аппаратов, будет использована элементная база ведущих мировых производителей, адаптированная к условиям работы в космосе. При этом можно воспользоваться недорогими вариантами и даже не обязательно получать спецразрешения на право использования тех или иных элементов, готовой аппаратуры. Главное – наличие разрешений на эксплуатацию от самих производителей, для которых предоставляется фактически бесплатная возможность «обкатать» свои изделия в космическом пространстве и в последующем предлагать их по соответствующим ценам для комплектации более серьезных космических летательных аппаратов. Неудивительно, что мировые аэрокосмические агентства всячески стимулируют разработку университетских наноспутников, используя их как экспериментальные базы в развитии космических технологий.
Сейчас решаются вопросы материальной поддержки проекта «Украинский наноспутник». В этом году надо закупить элементную базу, собрать все воедино и провести испытания, чтобы успеть к запуску РН «Циклон-4», назначенному на апрель 2012 года.
Вклад студентов
Самым легким и простым вариантом создания первого университетского наноспутника было бы обратиться в КБ «Южное» и ГП «Южмаш», чтобы использовать их научный и технический потенциал. Однако в НЦАОМ им. Макарова решили дать как можно больше шансов именно студенчеству, молодым ученым профильных вузов и предприятий. С 2005 года под эгидой НЦАОМ проводятся конкурсы проектов по заданной тематике. Кроме того, студенты и аспиранты университетов, осваивающие космическое направление, получают конкретные задания в виде курсовых, дипломных и научных работ. За 2—3 года первоначальная идея доводится до необходимого уровня, и ее можно рассматривать как готовое предложение к практическому внедрению.
Поскольку большинство работ представлено тремя ведущими аэрокосмическими университетами Украины, они естественным образом объединились в консорциум по созданию наноспутника. При этом харьковчане, например, занимаются вопросами разработки систем энергоснабжения, программным обеспечением систем управления наноспутником. В Киевском политехе в рамках проекта создают конструкционные элементы систем управления – двигатели-маховики, приемопередающие элементы, приборы для связи с Землей. Днепропетровский университет взял на себя задачи, связанные с конструкционными особенностями корпуса, панелей, главной сборкой, испытаниями готового наноспутника, вводом в эксплуатацию и подготовкой его к космическому запуску.
В целом студенческие коллективы представили за последние четыре года порядка 60 работ. Причем в конкурсах участвовали не только указанные выше профильные вузы, но и ряд институтов, университетов из Киева, Донецка, Ужгорода, Житомира, Евпатории, Запорожья, Львова и других городов. Часть конкурсных работ отличается фундаментальным научным подходом и при реализации потребует значительных капитальных вложений. Пока они попали в разряд «запасных». Но когда финансовые возможности позволят, все они наверняка будут реализованы при создании последующих университетских спутников.
Космическое братство
В ближайшее время к реализации проекта может присоединиться Харьковский национальный университет радиоэлектроники, а к программе TEMPUS CRIST – Национальный авиационный университет (Киев), Житомирский военный институт радиоэлектроники им. С.П. Королева, Донецкий национальный технический университет и другие украинские вузы. Окончание первого этапа в 2011 году в рамках международной образовательной программы TEMPUS CRIST не потребует от украинской стороны выхода из данной программы. Более того, Украина в дальнейшем намерена расширить рамки международного сотрудничества. На повестке дня – разработка совместных образовательных программ с обменом студентами и стажировкой украинских специалистов в европейских, российских и казахстанских вузах.
В НЦАОМ им. А.М. Макарова прогнозируют отечественным университетам еще более привлекательное будущее.
— Идеальный вариант — построить мост между нашими европейскими и новыми японскими партнерами через Украину, — говорит А. Кулик. — Мы имеем в виду не только информационную составляющую в плане обмена опытом, но и практические шаги. Например, организация работы на высоком техническом уровне университетских
ЦУПов в Украине может помочь в обеспечении многочасовых и даже круглосуточных сеансов связи с наноспутниками университетов разных стран. Мы готовы, со своей стороны, провести переговоры, предложив нашим зарубежным партнерам рассмотреть эту уникальную возможность с точки зрения технической реализации проекта.
Справка «УТГ»
Осенью 2010 г. в рамках проекта TEMPUS-CRIST в Берлинском техническом университете прошли стажировку студенты, аспиранты, преподаватели, специалисты восьми вузов Украины, России и Казахстана, а также организаций, поддерживающих данный проект. В их числе – представители Национального центра аэрокосмического образования молодежи им. А.М. Макарова и Днепропетровского национального университета им. О. Гончара.
Программа стажировки включала обучение по следующим направлениям:
проектирование микро- и наноспутников; спутниковые технологии; связь космического назначения; космическая сенсорика; системы планирования и управления в космической промышленности.
Наноспутники имеют массу от 10 до 60 кг, микроспутники — от 100 до 200 кг. Срок их службы, как правило, не превышает пяти лет, после чего они постепенно снижаются и сгорают в плотных слоях атмосферы.
