Как устроены сегодня российские спутники

Оте­че­ствен­ная кос­ми­че­ская про­мыш­лен­ность долж­на ради­каль­но изме­нить под­хо­ды к созда­нию орби­таль­ных аппа­ра­тов, заяв­ля­ет гла­ва Рос­кос­мо­са Юрий Бори­сов. Как устро­е­ны сего­дня рос­сий­ские спут­ни­ки, в чем их недо­стат­ки по срав­не­нию с зару­беж­ны­ми кон­ку­рен­та­ми и каким обра­зом спут­ни­ки пред­ла­га­ет­ся изме­нить?

Гла­ва Рос­кос­мо­са Юрий Бори­сов заявил о том, что про­ект «Сфе­ра» по созда­нию мно­го­спут­ни­ко­вой орби­таль­ной систе­мы тре­бу­ет от Рос­сии пере­хо­да на новые тех­ни­че­ские прин­ци­пы созда­ния и управ­ле­ния кос­ми­че­ски­ми груп­пи­ров­ка­ми. «Сфе­ра» – это гигант­ский госу­дар­ствен­ный про­ект по созда­нию сотен мно­го­функ­ци­о­наль­ных спут­ни­ков раз­лич­но­го назна­че­ния.

Ранее Бори­сов уже выска­зы­вал­ся на дан­ную тему. В част­но­сти гово­ри­лось, что «Рос­кос­мос силь­но задол­жал рос­сий­ской эко­но­ми­ке. Сего­дня нель­зя пред­ста­вить совре­мен­ный мир без кос­ми­че­ских услуг. Это и циф­ро­вое теле­ви­де­ние, связь, пере­да­ча дан­ных, нави­га­ция, метео­ин­фор­ма­ция, кар­то­гра­фия, зна­ние поверх­но­сти Зем­ли, ана­лиз чрез­вы­чай­ных ситу­а­ций и про­чее. Сего­дня про­сто невоз­мож­но пред­ста­вить без кос­ми­че­ских услуг ту или иную сфе­ру нашей эко­но­ми­ки».

Гла­ва Рос­кос­мо­са при­зна­вал оте­че­ствен­ное отста­ва­ние в дан­ной сфе­ре. По его сло­вам, аме­ри­кан­цы, евро­пей­цы и китай­цы – основ­ные игро­ки на этом рын­ке – «дав­но нас в этом плане обо­гна­ли», и «Рос­кос­мо­су необ­хо­ди­мо пере­стро­ить рабо­ту так, что­бы научить­ся выпус­кать спут­ни­ки совер­шен­но в дру­гом коли­че­стве. Это потре­бу­ет корен­ной пере­строй­ки основ­ных про­цес­сов тех­но­ло­ги­че­ско­го цик­ла – раз­ра­бот­ки, про­из­вод­ства, испы­та­ний, уве­ли­че­ние сро­ков актив­но­го суще­ство­ва­ния…»

За эти­ми заяв­ле­ни­я­ми сто­ит корен­ное изме­не­ние всей кон­цеп­ции про­из­вод­ства спут­ни­ков в Рос­сии.

Шесть-шесть-шесть

В совет­ские вре­ме­на, во мно­же­стве раз­ных вари­а­ций ходи­ло пра­ви­ло созда­ния кос­ми­че­ско­го аппа­ра­та – «шесть-шесть-шесть». Вес – шесть тонн, цена – шесть мил­ли­о­нов, срок созда­ния – шесть лет. Это шут­ка, в кото­рой не нуж­но искать реаль­ные дан­ные, а вот прин­ци­пы тут очень чет­кие. Кос­ми­че­ский аппа­рат нуж­но делать дол­го, он дол­жен быть боль­шим «ком­бай­ном» со мно­же­ством раз­ных при­бо­ров и инстру­мен­тов, ну и цена долж­на быть соот­вет­ству­ю­щей, что­бы хва­ти­ло на все рабо­та­ю­щие над про­ек­том струк­ту­ры.

Похо­же­го прин­ци­па при­дер­жи­ва­лись при­мер­но до кон­ца про­шло­го века и США в лице НАСА и воен­ных струк­тур. Боль­шие кос­ми­че­ские аппа­ра­ты, не совсем частые запус­ки, зато воз­мож­ность воткнуть мно­же­ство функ­ций на один спут­ник. При­чи­ны такой стра­те­гии понят­ны – запус­ки в кос­мос доро­ги и жела­тель­но за один пуск, если уж он состо­ит­ся, выве­сти кос­ми­че­ский аппа­рат, кото­рый может боль­ше. В насто­я­щее вре­мя такие кос­ми­че­ские аппа­ра­ты тоже оста­лись, из пока­за­тель­ных вари­ан­тов – JPSS и Landsat. Такие аппа­ра­ты несут на себе боль­ше топ­ли­ва и могут рабо­тать доль­ше.

Еще одной при­чи­ной такой архи­тек­ту­ры кос­ми­че­ских аппа­ра­тов была став­ка на гер­ме­тич­ные при­бор­ные кон­тей­не­ры. То есть вся элек­тро­ни­ка и боль­шин­ство при­бо­ров в аппа­ра­тах того вре­ме­ни нахо­ди­лись в гер­ме­тич­ном объ­е­ме, как пра­ви­ло, запол­нен­ном инерт­ным газом. Внут­ри кон­тей­не­ров ста­ви­ли рамы с бор­то­вой аппа­ра­ту­рой, при­бо­ра­ми, кото­рые рабо­та­ли в газо­вой сре­де, это дела­лось во мно­гом для предот­вра­ще­ния пере­гре­ва и пере­охла­жде­ния при­бо­ров.

Напри­мер, имен­но по такой схе­ме созда­ва­лись кос­ми­че­ские аппа­ра­ты для дистан­ци­он­но­го зон­ди­ро­ва­ния Зем­ли «Метеор» и «Ресурс». В их осно­ве гер­ме­тич­ный бак дли­ной почти три мет­ра, внут­ри него под­дер­жи­ва­ет­ся дав­ле­ние на уровне 100 мил­ли­мет­ров ртут­но­го стол­ба, цир­ку­ля­ция газо­вой сме­си на осно­ве азо­та обес­пе­чи­ва­ет­ся с помо­щью четы­рех вен­ти­ля­то­ров, подо­грев газа – с помо­щью элек­тро­на­гре­ва­те­лей, а за охла­жде­ние отве­ча­ют ради­а­то­ры на кор­пу­се.

Есте­ствен­но, что вся эта систе­ма сама по себе доро­гая и энер­го­ем­кая. Есте­ствен­но и жела­ние раз­ра­бот­чи­ков: раз уже дела­ет­ся на осно­ве этой плат­фор­мы кос­ми­че­ский аппа­рат, запих­нуть в него как мож­но боль­ше самых раз­ных при­бо­ров. Из-за это­го слу­ча­лись ситу­а­ции, когда у таких «спут­ни­ков-ком­бай­нов» один из при­бо­ров мешал рабо­те дру­гих. Еще одна про­бле­ма в том, что слу­чай­ное попа­да­ние мик­ро­ме­тео­ри­та и раз­гер­ме­ти­за­ция кон­тей­не­ра при­во­ди­ли к поте­ре все­го доро­го­сто­я­ще­го аппа­ра­та.

Большие, но по пять, маленькие, но по три

Нача­ло ново­го тыся­че­ле­тия при­нес­ло с собой мини­а­тю­ри­за­цию элек­тро­ни­ки, сни­же­ние тре­бо­ва­ний по энер­го­по­треб­ле­нию, общее уде­шев­ле­ние ком­по­нен­тов. Сни­зи­лось и общее теп­ло­вы­де­ле­ние. Появи­лась воз­мож­ность созда­вать кос­ми­че­ские аппа­ра­ты откры­то­го типа, без исполь­зо­ва­ния гер­ме­тич­но­го объ­е­ма.

Боль­шин­ство совре­мен­ных кос­ми­че­ских аппа­ра­тов не име­ет гер­ме­тич­но­го объ­е­ма. Вся элек­тро­ни­ка уста­нав­ли­ва­ет­ся пря­мо на тер­мо­ста­би­ли­зи­ру­ю­щее осно­ва­ние, внут­ри кото­ро­го про­хо­дят тру­бы с теп­ло­но­си­те­лем для охла­жде­ния ком­по­нен­тов. Теп­ло пере­да­ет­ся от при­бо­ров к ради­а­то­рам, где и рас­се­и­ва­ет­ся в кос­мо­се.

Все это в ито­ге поз­во­ли­ло упро­стить кон­струк­цию кос­ми­че­ских аппа­ра­тов и при­ве­ло к созда­нию нано­спут­ни­ков – куб­са­тов. Один юнит куб­са­та (1U) – это алю­ми­ни­е­вый кор­пус раз­ме­ром 10 на 10 на 10 сан­ти­мет­ров, вес его око­ло кило­грам­ма. И такие кос­ми­че­ские аппа­ра­ты – это теперь не толь­ко сту­ден­че­ские подел­ки.

К при­ме­ру, спут­ни­ки дистан­ци­он­но­го зон­ди­ро­ва­ния Зем­ли Dove‑2, при­над­ле­жа­щие ком­па­нии Planet Labs, име­ют раз­мер 3U (100 мм × 100 мм × 340 мм). Вес вме­сте с акку­му­ля­то­ра­ми и сол­неч­ны­ми бата­ре­я­ми, рас­кры­ва­е­мы­ми сна­ру­жи кор­пу­са, все­го 5,8 кило­грам­ма. При этом сни­ма­ет такая кос­ми­че­ская «циф­ро­мыль­ни­ца» на ред­кость при­лич­но (3,5 мет­ра на пик­сель). Неболь­шая цена поз­во­ли­ла ком­па­нии запу­стить несколь­ко сотен таких кос­ми­че­ских аппа­ра­тов и обес­пе­чить съем­ку всей поверх­но­сти Зем­ли с еже­су­точ­ным обнов­ле­ни­ем.

Но это все рав­но неболь­шие кос­ми­че­ские аппа­ра­ты. Для луч­ше­го каче­ства съем­ки и для дру­гих целей тре­бу­ют­ся спут­ни­ки боль­ше­го раз­ме­ра. И вот тут уме­ние ста­вить на поток про­из­вод­ство пока­за­ли ком­па­нии SpaceX и Airbus. SpaceX для созда­ния груп­пи­ров­ки Starlink по обес­пе­че­нию широ­ко­по­лос­но­го досту­па в интер­нет созда­ла спут­ни­ки Starlink 1 и 1,5, кото­рых с 2019 года выпу­сти­ли более 3000 штук.

200-кило­грам­мо­вые спут­ни­ки и выпуск более чем по три шту­ки в сут­ки. Еще недав­но это каза­лось про­сто нере­аль­ным, одна­ко SpaceX поста­ви­ла про­из­вод­ство кос­ми­че­ских аппа­ра­тов на поток. Воз­мож­ность запус­кать сра­зу по 64 «стар­лин­ка» за один пуск раке­ты-носи­те­ля Falcon 9 поз­во­ли­ли ком­па­нии создать самую мас­со­вую спут­ни­ко­вую груп­пи­ров­ку в исто­рии чело­ве­че­ства.

У Airbus пока успе­хи мень­ше, но тоже впе­чат­ля­ют. Для про­ек­та OneWeb была раз­ра­бо­та­на спут­ни­ко­вая плат­фор­ма Airbus Arrow, кото­рая тоже поз­во­ля­ет про­из­во­дить по несколь­ко кос­ми­че­ских аппа­ра­тов в неде­лю. Более того, Airbus Arrow мно­го­функ­ци­о­наль­на и поз­во­ля­ет на осно­ве плат­фор­мы стро­ить самые раз­ные кос­ми­че­ские аппа­ра­ты: спут­ни­ки свя­зи, спут­ни­ки опти­че­ско­го наблю­де­ния, спут­ни­ки-рада­ры. Все это на сто­ки­ло­грам­мо­вой плат­фор­ме, адап­ти­ро­ван­ной для запус­ка сра­зу боль­шо­го коли­че­ства аппа­ра­тов за один пуск.

Вдогонку

В насто­я­щее вре­мя пер­вая фаза рос­сий­ско­го про­ек­та «Сфе­ра» опи­ра­ет­ся на кос­ми­че­ские аппа­ра­ты «Скиф», «Ямал» и «Экс­пресс», отве­ча­ю­щие за раз­ные теле­ком­му­ни­ка­ци­он­ные про­ек­ты. Это хоро­шие аппа­ра­ты. Про­бле­ма ров­но одна – выпус­кать их сот­ня­ми в год у Рос­сии пока нет воз­мож­но­сти и вряд ли будет. Но их и нуж­но мень­ше, все­го око­ло двух десят­ков.

Но с 2025 года пред­по­ла­га­ет­ся мас­со­вый выпуск аппа­ра­тов «Мара­фон» для интер­не­та вещей и серии кос­ми­че­ских аппа­ра­тов «Бер­кут» для самых раз­ных задач по дистан­ци­он­но­му зон­ди­ро­ва­нию Зем­ли. И вот их уже нуж­ны сот­ни.

Поэто­му у Рос­сии дру­го­го пути нет. Толь­ко пере­ход на поточ­ное про­из­вод­ство плат­форм для кос­ми­че­ских аппа­ра­тов, выход на мас­со­вый выпуск и затем созда­ние на их осно­ве кон­крет­ных спут­ни­ков или даже семей­ства спут­ни­ков. Как в слу­чае с «Бер­ку­том» – когда нуж­ны аппа­ра­ты для опти­че­ской съем­ки, для высо­ко­де­таль­ной съем­ки, для радио­ло­ка­ци­он­ной съем­ки.

Да, у этих кос­ми­че­ских аппа­ра­тов будет более узкая спе­ци­а­ли­за­ция, чем при созда­нии спут­ни­ков по инди­ви­ду­аль­ным про­ек­там. Зато это будет гораз­до более устой­чи­вая к выхо­ду из строя несколь­ких аппа­ра­тов систе­ма, с воз­мож­но­стью созда­вать на ее осно­ве гото­вые сер­ви­сы как для пред­при­я­тий, так и граж­дан стра­ны.

Дру­гие плю­сы это­го реше­ния тоже оче­вид­ны – воз­мож­ность мас­со­во­го созда­ния кос­ми­че­ских аппа­ра­тов, их уни­фи­ка­ция, воз­мож­ность насы­ще­ния отрас­лей, кото­рым сей­час нуж­ны как воз­дух новые спут­ни­ки. Но это полу­чит­ся, толь­ко если в бли­жай­шее вре­мя будет созда­на уни­вер­саль­ная плат­фор­ма и нала­же­но ее мас­со­вое, поточ­ное про­из­вод­ство.

При­чем у Рос­кос­мо­са нет воз­мож­но­сти отдать весь про­цесс в част­ные руки – при­дет­ся созда­вать плат­фор­му и кон­тро­ли­ро­вать ее выпуск само­сто­я­тель­но. Ника­кие дру­гие реше­ния отста­ва­ние в коли­че­стве аппа­ра­тов сокра­тить не помо­гут.

Миха­ил Котов, Взгляд

Путин отме­тил муже­ство доб­ро­воль­цев народ­ных рес­пуб­лик Дон­бас­са