Дистанция обслуживания: связь для наноспутников поможет проследить за экологией Земли

Российские инженеры разработали новую систему управления и связи для небольших спутников, которые используются для дистанционного зондирования Земли, связи и других задач. Раньше для этого приходилось запускать крупные аппараты весом в сотни килограмм. Однако современные группировки формируются из миниатюрных устройств — кубсатов, которым нужно компактное и энергоэффективное бортовое оборудование. Отечественные разработчики смогли решить эту задачу. По словам экспертов, на околоземной орбите уже работает или вскоре появится множество спутников нанокласса, на которые потребуется установить новую аппаратуру.

Система радиосвязи для кубсатов

Специалисты МФТИ разработали систему управления и связи для космических аппаратов нанокласса, масса которых не превышает 10 кг. Их еще называют кубсатами. Из спутников такого размера будет состоять перспективная российская группировка для фундаментальных научных исследований околоземного космического пространства, дистанционного зондирования Земли и связи. Она позволит решать самые разные задачи — от мониторинга лесных пожаров до отслеживания перемещений больших масс рыбы в Мировом океане. Также разработка инженеров может использоваться в частных спутниковых группировках. Таких как, например, автоматическая система идентификации морских судов.

До последнего времени для этих целей использовались крупные аппараты весом около ста килограмм. Оборудование для них не подходит для современных миниатюрных спутников, поэтому возникла необходимость в компактных и недорогих решениях меньшей массы. Кроме того, чтобы успеть передать информацию, пока космический аппарат летит над земной станцией связи, для разных задач необходимы разные скорости передачи данных. Поэтому система должна включать оборудование с различными возможностями.

— Мы создаем специальное оборудование для связи с космическими аппаратами, которое работает в трех диапазонах. Первый — УКВ. Он предназначен для экстренных ситуаций и позволяет нам связаться с аппаратом, в каком бы положении тот ни находился. При этом потребляется очень мало энергии. Второй режим — это S-диапазон, который используется для обычной связи. Здесь мы можем передавать и получать данные со скоростью несколько мегабит в секунду. В этом случае аппарат должен быть направлен одной стороной к Земле. Это штатный режим работы для многих космических аппаратов, — сказал один из авторов проекта, ведущий инженер лаборатории прикладных нанотехнологий МФТИ Сергей Лаврентьев.

В этом режиме происходит обновление ПО бортовых систем и получение расширенной телеметрической информации. А третий режим — Х-диапазон — предназначен для передачи больших объемов данных со скоростью 200–300 мегабит в секунду, он является опциональным, пояснил Сергей Лаврентьев. Технология модульная, в зависимости от назначения космического аппарата возможна установка аппаратуры в различных конфигурациях, сказал специалист.

Сейчас в России активно развивается рынок космических услуг, для предоставления которых частные компании и государственные организации запускают и используют кубсаты, рассказала «Известиям» заведующая лабораторией моделирования механических систем и процессов МФТИ Наталья Завьялова.

— В России сейчас разрабатывается и частично действует несколько таких группировок. Это группировка связи от компании «Ситроникс» для отслеживания морских судов. Также создается группировка наблюдения «Грифон», работы над которой ведутся в рамках контракта госкорпорации «Роскосмос». Она предназначена для мониторинга всей поверхности Земли и решения различных экономических задач. Создаются и группировки поменьше. В этом участвует много организаций. Подключаются университеты. А недавно представители ГЛОНАСС заявили, что будут создавать свою группировку на базе кубсатов для интернета вещей, — сказала она.

На уровне мировых лидеров

По словам разработчиков, пока отечественных технических решений для кубсатов, которые бы удовлетворяли одновременно требованиям скорости передачи данных, массе, габаритам и энергопотреблению, не существует. В УКВ-диапазоне многие производители достигли предела миниатюризации. В Х-диапазоне существующий передатчик обладает впечатляющей скоростью, но слишком массивен для кубсатов. Аппаратура, которую создают в МФТИ, по большинству характеристик не уступает лучшим мировым аналогам, а по некоторым параметрам превосходит их.

— В отечественном сегменте вообще нет передатчиков со скоростями 200–300 мегабит в секунду, а именно такие скорости нужны для группировки перспективных аппаратов. В этом диапазоне по характеристикам мы планируем выйти на передовой мировой уровень. В S-диапазоне отечественные разработчики ориентировались на микроспутники (от 10 до 100 кг), их аппаратура не подойдет к аппаратам нанокласса. Здесь по энергетике и скорости нам удалось сравняться с мировыми лидерами. При этом в стандартизированном корпусе у нас не один, а сразу два комплекта аппаратуры на S- и УКВ-диапазоны (фактически четыре модема в одном). Это дает полное резервирование системы связи и повышает живучесть аппарата в целом, — добавил Сергей Лаврентьев.

Научная группа уже разработала и изготовила экспериментальные образцы изделий. В 2025 году планируется провести их наземные испытания. Летные испытания запланированы на 2026-й. Кубсаты, для которых они созданы, будут находиться на орбите высотой 500–550 км. Связь с ними будет обеспечиваться через сеть наземных станций.

Сейчас спутники и многоспутниковые группировки из сотен аппаратов могут создавать компании, обладающие техническими компетенциями, но у которых пока нет опыта космической деятельности, отметил член-корреспондент Российской академии космонавтики Андрей Ионин.

— Такие компании за несколько лет могут освоить технологии на конкурентоспособном уровне. Это произошло буквально за последние несколько лет. Сейчас государство должно предложить организационную структуру, при которой все ее участники, даже с разными задачами, работали бы как единое целое. Таких проектов очень много, и они должны не конкурировать между собой, а работать вместе. Рынок большой, и никто не будет мешать друг другу, — сказал он.

Разработка МФТИ представляет интерес для компаний, занимающихся космическими проектами, вопрос в том, насколько качественно она будет реализована, отметил глава венчурного фонда Alpha Robotics Venture Владимир Белый. Аналогичное оборудование создают и в других организациях, этим заняты и проектные институты, и коммерческие компании. Необходимость в качественных и надежных системах связи и телеметрии возникла уже давно, так как нужно, чтобы спутниковые группировки работали безупречно.