Сверхмалые искусственные спутники CubeSat: для чего используются летающие кубы. Достижения в освоении космоса и высокие технологии
Китай активно занимается развитием своих спутниковых систем связи и запуском многоразовых искусственных спутников Земли. Он испытал свой космоплан и запустил несколько аппаратов для проведения научных исследований в космосе. Европейцы не отстают, выводя на солнечно-синхронную орбиту CubeSat-спутники, аппараты для спутниковой телефонной связи, современных исследований космоса и зондирования земли. Также продолжается развертывание спутниковой сотовой связи компанией StarLink. Формат микро- и наноспутников CubSat сейчас является основной для последних исследований космоса, поскольку позволяет с помощью наземной станции спутниковой связи и аппаратной платформы спутников-кубсат проводить самые разнообразные исследования: полярного сияния, микрогравитации, изучения состояния атмосферы и другие.
Ноев ковчег на борту «Веги»
03 сентября 2020 года с космодрома Гвианского космического центра, расположенного на побережье Атлантического океана между городами Куру и Синнамари, со стартового комплекса ELV (Ensemble de Lancement Vega) был произведен запуск под номером Flight VV14. Это уже четвертый успешный старт концерна Arianespace в этом году. С помощью легкой одноразовой ракеты-носителя «Вега» на низкую солнечно-синхронную орбиту (SSO) были выведены десятки мини-спутников.
Изначально проект «Вега» разрабатывался с начала 1990-х годов ASI, как замена ракеты «Скаут» производства NASA. Италия является ведущим разработчиком проекта «Вега» и отвечает за 65 % бюджета, другие участвующие страны – Франция (15 %), Испания (6 %), Бельгия (5,63 %), Нидерланды (3,5 %), Швейцария (1,34 %) и Швеция (0,8 %).
Полезная нагрузка ракеты «Вега» составляет 1500 кг на полярную орбиту высотой ~700 км. Ракета разработана для вывода полезной нагрузки на низкую опорную орбиту и солнечно-синхронную орбиту. В отличие от большинства ракет данного класса «Вега» способна выводить сразу несколько космических аппаратов. Основные типы аппаратов, являющиеся потенциальной загрузкой: микроспутники – до 300 кг; миниспутники – от 300 до 1 000 кг; малые спутники – от 1 000 до 2 000 кг. «Вега» состоит из четырех ступеней, три из которых (Zefiro-23, Zefiro-9, P80) оснащены твердотопливными двигателями, а четвертая (AVUM) – жидкостным, топливом для которого служит несимметричный диметилгидразин с окислителем азотный тетраоксид. Технологии, отработанные на «Веге», в дальнейшем были использованы при разработке ракеты-носителя «Ариан». Первые три ступени и твердое топливо «Веги» были разработаны итальянской компанией Avio.
Полезная нагрузка ракеты-носителя «Вега» включала в себя:
• американский спутник связи Athena – оператор Facebook;
• канадский спутник автоматической идентификационной системы судов AIS (Automatic Identification System) ESAIL – оператор exactEarth;
• канадский спутник дистанционного зондирования GHGSat-C1 (Iris) – оператор GHGSat;
• канадско-словенский спутник дистанционного зондирования NEMO-HD – операторы UTIAS и Space-SI;
• аргентинский спутник дистанционного зондирования ÑuSat 6 (Hypatia) – оператор Satellogic;
• испанский исследовательский спутник UPMSat-2 – оператор UPM (Universidad Politécnica de Madrid – Мадридский политехнический университет);
• итальянский исследовательский спутник ION CubeSat Carrier 1 (ION SCV LUCAS) – оператор D-Orbit;
• 26 американских спутников дистанционного зондирования группировки Flock-4v – оператор Planet Labs;
• франко-русский спутник для изучения полярного сияния AMICal SAT – операторы Grenoble Alpes University и Московский государственный университет;
• израильско-швейцарско-итальянский спутник для изучения микрогравитации DIDO-3 – операторы Израильское космическое агентство, Итальянское космическое агентство и SpacePharma;
• испанские спутники дистанционного зондирования FSSCAT A и FSSCAT B – оператор Polytechnic University of Catalonia;
• 8 американских спутников дистанционного зондирования группировки Lemur-2 – оператор Spire Global;
• монакский спутник радиосвязи OSM-1 Cicero – оператор OSM;
• таиландский спутник дистанционного зондирования NAPA-1 (RTAFSAT-1) – оператор Королевские военно-воздушные силы Таиланда;
• бельгийский спутник для атмосферных исследований PICASSO – оператор BIRA-IASB (Royal Belgian Institute for Space Aeronomy);
• бельгийский исследовательский спутник SIMBA – оператор Royal Meteorological Institute;
• 12 американских спутников связи группировки SpaceBEE – оператор Swarm Technologies;
• канадский спутник связи TARS – оператор Kepler;
• словенский исследовательский спутник TRISAT – оператор Мариборский университет;
• эстонский спутник дистанционного зондирования TTÜ100 – оператор Таллинский технический университет;
• американский исследовательский спутник Tyvak 171 – оператор Tyvak.
Спутниковые линии связи StarLink
03 сентября 2020 г. со стартового комплекса №39A (Launch Complex 39A) Космического центра Кеннеди был произведен успешный запуск ракеты-носителя Falcon 9 Block 5, которая вывела на низкую околоземную орбиту 60 спутников группировки Starlink.
Запуск 03 августа стал одиннадцатым официальным стартом проекта Starlink, который получил порядковый номер – Starlink V1.0-L11.
Первоначальный проект системы SpaceX предусматривал запуск 4000 спутников и был представлен общественности Илоном Маском еще в январе 2015 года во время открытия исследовательского и производственного центра компании в Редмонде, штат Вашингтон. 29 марта 2018 года Федеральная комиссия по связи одобрила заявку SpaceX на создание, развертывание и эксплуатацию группировки из 4425 спутников связи на низкой орбите для предоставления широкополосного доступа в интернет потребителям в США и во всем мире. Согласно правилам комиссии, вся группировка должна быть запущена за 9 лет, и по меньшей мере 50% спутников должны быть запущены и начата их эксплуатация в течение 6 лет с момента одобрения заявки.
Подробнее о проекте Starlink см. заметку в январском обзоре за этот год.
Китайская космическая техника
04 сентября 2020 года произошло незаурядное событие: со стартового комплекса SLS-1 (South Launch Site 1) китайского космодрома «Цзюцюань» был произведен успешный запуск ракеты-носителя «Чанчжэн-2F», которая вывела на низкую околоземную орбиту экспериментальный многоразовый космоплан.
«Цзюцюань» (полное название «Цзюцюань вэйсин фашэ чжунсин», прежние названия – «Чанчэнцзе», «Шуанчэнцзы») – это китайский космодром, который действует с 1958 года. Объект расположен на краю пустыни Бадын-Джаран в низовьях реки Хэйхэ в провинции Ганьсу, космодром назван по расположенному в 100 км от этого места городскому округу Цзюцюань. Данный объект является самым крупным космодромом Китая (до 1984 года он оставался единственным в стране) и единственным, используемым в национальной пилотируемой программе. С космодрома «Цзюцюань» также выполняются запуски военных ракет. Полигон при космодроме имеет площадь 2800 км².
На космодроме имеются три стартовых комплекса: неиспользуемый с тремя стартовыми площадками – для ракет-носителей «Чанчжэн-1/2» и для военных ракет; неиспользуемый с двумя стартовыми площадками – исключительно для военных ракет; действующий, с двумя стартовыми площадками – для ракет-носителей «Чанчжэн-2/4» и для «Чанчжэн-2F» (пилотируемые корабли). Для «Чанчжэн-2F» был сооружен первый в стране монтажно-испытательный корпус с вертикальной сборкой и соответствующий транспортер.
Ракета-носитель «Чанчжэн-2F» (CZ-2F), как и многие другие модели, является прямым наследником китайских баллистических ракет. Основная модификация заключается в снабжении ракеты-носителя резервными элементами системы безопасности. «Чанчжэн-2F» способна нести бо́льшую полезную нагрузку благодаря дополнительным разгонным блокам, размещенным на первой ступени ракеты-носителя. Отметим также, что CZ-2F является первым произведенным в Китае носителем, который собирается и доставляется до места старта в вертикальном положении.
Что же касается самого старта 04 сентября 2020 года, то здесь все было окутано тайной: время и место запуска, как и то, что будет запущено, держалось в секрете, пока корабль не вышел на орбиту Земли.
11 декабря 2007 года в китайских СМИ было опубликовано интересное изображение крылатого космического корабля, установленного на бомбардировщике Н-6К. Это было первое публичное признание того, что Китай уже занимается разработкой многоразовой космической системы, очень похожей на американский космоплан X-37, который был разработан корпорацией Boeing. Китайский проект Shenlong под кодовым названием Project 863-706 стартовал годом ранее – первый запуск космоплана был запланирован на период с 2006 по 2010 год. Фактически, Shenlong, возможно, и был той самой программой разработки передовых технологий, использованных при создании многоразового корабля, запущенного 4 сентября 2020 года.
Известно также (из официальных источников), что разработкой космоплана занималась Китайская аэрокосмическая научно-техническая корпорация CASC (China Aerospace Science and Technology Corporation).
Китайский космический летательный аппарат «Высокое разрешение»
07 сентября 2020 года со стартового комплекса LC-9 китайского космодрома «Тайюань» совершен успешный запуск ракеты-носителя «Чанчжэн-4B», которая вывела на SSO (солнечно-синхронную орбиту) спутник дистанционного зондирования Земли Gaofen-11.
Космодром «Тайюань» (полное название «Тайюань Вейсин Фашэ Чжунсинь», прежнее название «Учжай») расположен в северо-западной части провинции Шаньси, в уезде Кэлань городского округа Синьчжоу. Объект располагается на высоте 1500 метров над уровнем моря. Космодром «Тайюань» действует с 1988 года. Площадь его территории составляет 375 кв. км. На космодроме расположены пусковая установка, башня технического обслуживания и два хранилища жидкого топлива.
«Чанчжэн-4B» или CZ-4B (Long March 4B – «Великий поход 4B») – это трехступенчатая орбитальная ракета-носитель Китайской Народной Республики серии «Чанчжэн». Она, в основном применяется для выведения космических аппаратов на околоземную или SSO- орбиту. Это геоцентрическая орбита с такими параметрами, что объект, находящийся на ней, проходит над любой точкой земной поверхности приблизительно в одно и то же местное солнечное время, таким образом, угол освещения земной поверхности будет приблизительно одинаковым на всех проходах спутника. Подобные постоянные условия освещения очень хорошо подходят для спутников, получающих изображения земной поверхности (в том числе спутников дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) и метеоспутников).
Космический аппарат Gaofen-11 02 (слово Gaofen в переводе с китайского означает «Высокое разрешение») – это очередной представитель в серии китайских гражданских спутников дистанционного зондирования Земли Gaofen, которые предназначены для спонсируемой государством программы China High-Definition System Observation System (CHEOS).
Первый спутник серии Gaofen был запущен 26 апреля 2013 года, он был создан на основе малой космической платформы CAST2000, которая была спроектирована и изготовлена китайской государственной компанией China Spacesat Co. Ltd. Первый космический аппарат серии Gaofen-9, который представляет собой измененную версию военного разведывательного спутника типа Yaogan-2, был запущен 17 июня 2020 года.
Спутник Gaofen-11 02 будет размещен на солнечно-синхронной орбите с параметрами 248 км × 694 км и наклонением 97.4°. Это уже шестой аппарат серии Gaofen, запущенный Китаем в текущем году.
Китайские государственные СМИ сообщают, что новый спутник Gaofen-11 02 будет использоваться для обследования земель, городского планирования, проектирования дорожной сети, сельского хозяйства и оказания помощи при стихийных бедствиях, его данные также будут использоваться для программы «Один пояс, один путь» (выдвинутая в 2010-х годах Китайской Народной Республикой концепция объединенных проектов «Экономического пояса Шелкового пути» и «Морского Шелкового пути XXI века»). Западные эксперты также допускают военное использование спутника.
Запуск китайской ракеты-носителя «Чанчжэн-11» с морской платформы «Дебо-3»
15 сентября 2020 года с морской платформы De Bo 3, расположенной в Желтом море, был совершен успешный запуск китайской ракеты-носителя «Чанчжэн-11», которая вывела на низкую SSO (солнечно-синхронную орбиту) 9 спутников дистанционного зондирования Земли серии Gaofen.
Морская платформа De Bo 3 имеет общую длину 159,6 метра, максимальную ширину 38,8 метра, осадку 10,9 метра, максимальную грузоподъемность 20500 тонн. Примечательно, что двигатель корабля представляет собой полностью электрическую силовую установку, обеспечивающую максимальную скорость в 12 узлов. Платформа De Bo 3 располагает динамическим позиционированием DP1 и 4-х точечной системой позиционирования якоря, а также быстрой регулировкой нагрузки.
До адаптации под морские запуски с использованием ракеты-носителя «Чанчжэн-11», эта баржа использовалась в основном для аварийного спасения поврежденных кораблей ВМФ. Платформа De Bo 3 также может транспортировать поврежденные корабли и перемещать крупное морское оборудование и детали стальных конструкций, морские платформы для добычи нефти, мастерские, секции судов и другое крупногабаритное оборудование.
«Чанчжэн-11» (Long March 11, обозначаемая как LM-11 для экспорта или как CZ-11 для Китая) представляет собой китайскую ракету-носитель семейства «Чанчжэн». LM-11 – это твердотопливный носитель, разработанный CALT (China Academy of Launch Vehicle Technology – Китайская академия космических технологий). Ее первый полет состоялся 25 сентября 2015 года. Ракета «Чанчжэн-11» создана на базе баллистических ракет DF-31 и предназначена для вывода на солнечно-синхронную орбиту легких спутников (массой до 350 кг).
15 сентября ракета «Чанчжэн-11» вывела на орбиту шесть спутников дистанционного зондирования Земли серии Jilin-1 Gaofen-03B и три спутника серии Jilin-1 Gaofen-03C. Оператором этих аппаратов (масса каждого не превышает 40 кг) является Чанчуньский институт оптики, точной механики и физики (Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, CIOMP).
На спутниках установлены недорогие камеры с низким энергопотреблением, малым весом и возможностью наблюдения с высоким разрешением. После включения в группировку Jilin-1 спутники предоставят пользователям в лесном и сельском хозяйстве, рыболовному флоту и работникам других отраслей данные дистанционного зондирования Земли.
Спутниковая группировка Jilin-1 была создана в китайской провинции Цзилинь и является первой в стране системой дистанционного зондирования собственной разработки, которая предназначена для коммерческого использования. Данные, передаваемые спутниками Jilin-1, предназначены для частных клиентов, чтобы помочь им в прогнозировании погоды и в смягчении последствий геологических бедствий, а также для ускорения исследования природных ресурсов планеты.
Провинция Цзилинь – это одна из старейших промышленных баз страны, которая активно развивает спутниковую индустрию. Для создания полноценной группировки Jilin-1 планируется запустить 138 спутников к 2030 году.
Дистанционное зондирование Земли с помощью кубсатов
21 сентября 2020 года со стартового комплекса SLS-2 космодрома «Цзюцюань» был совершен успешный запуск ракеты-носителя «Чанчжэн-4B», которая вывела на низкую околоземную орбиту спутник дистанционного зондирования Земли HaiYang 2C.
HaiYang 2 является представителем второго поколения спутников для наблюдения и мониторинга океана. Программа HaiYang, утвержденная Китайским национальным космическим управлением (China National Space Administration) в феврале 2007 года, предназначена для измерения динамики океана и параметров окружающей среды в микроволновом диапазоне, что позволяет проводить всепогодные наблюдения. Эти исследования также предполагают сбор данных о морском ветре, высоте морской поверхности и температуре поверхности моря, с целью предотвращения последствий стихийных бедствий.
Проектирование и разработка спутников серии HaiYang 2 началась в апреле 2007 года, программа финансировалась Государственным управлением океанических исследований Китая (Chinese State Oceanic Administration). Спутники эксплуатируются Национальной спутниковой службой океанических приложений (National Satellite Ocean Application Service).
Китайская беспилотная космонавтика и российские технологии
27 сентября 2020 года со стартового комплекса LC-9 китайского космодрома «Тайюань» был совершен успешный запуск ракеты-носителя «Чанчжэн-4B», которая вывела на SSO (солнечно-синхронную орбиту) два спутника дистанционного зондирования Земли – Huanjing 2A и Huanjing 2B.
Название спутника Huanjing в переводе с китайского означает «окружающая среда». По плану, Китай собирается запустить одиннадцать космических аппаратов серии Huanjing, предназначенных для мониторинга стихийных бедствий и окружающей среды. Спутники будут способны получать радиолокационные изображения в видимом, инфракрасном, мультиспектральном и синтезированном диапазонах апертуры.
Первые два спутника, Huanjing-1A и Huanjing-1B, были запущены 6 сентября 2008 года с помощью ракеты-носителя «Чанчжэн-2C» (Long March-2C) с космодрома «Тайюань». Спутник Huanjing-1C стал первым китайским аппаратом дистанционного зондирования, использующим новейший радар с синтезированной апертурой S-band (SAR S) в качестве инструмента для построения изображений. В этой связи стоит отметить, что этот радар с синтезированной апертурой диапазона S произведен в России на НПО Машиностроения.
Таким образом, мы можем без преувеличения сказать, что своими успехами в области создания дистанционного зондирования китайская космическая программа обязана российским технологиям.
Использованные источники
Arianespace SA
http://www.arianespace.com/
SpaceX (Space Exploration Technologies Corporation)
Американская компания
http://www.spacex.com/
Китайская аэрокосмическая научно-техническая корпорация
(CASC – China Aerospace Science and Technology Corporation)
http://www.spacechina.com/
Китайская академия космических технологий
(CAST – China Academy of Space Technology)
http://www.cast.cn/item/list.asp?id=1561
