В Самарском университете создают систему для управления наноспутниками

Проект молодых ученых Самарского университета по разработке комплекса управления, навигации и связи наноспутника, предназначенного для оперативного выявления признаков природных катастроф, получил грант Российского научного фонда.

Результатом работы станет прототип комплекса, который ученые должны протестировать в космосе.

Статистика свидетельствует о том, что с каждым годом количество стихийных бедствий возрастает. Использование же группировки космических аппаратов нанокласса способно помочь решить проблему оперативного мониторинга ионосферы. Поскольку изменение ее параметров – надежный индикатор для выявления признаков надвигающихся стихийных бедствий.

В сфере прогнозов природных катастроф требуется точность измерений и  оперативность передачи данных. Их как раз могут обеспечить «управляемые» группировки наноспутников. 

Однако для обработки данных мониторинга, полученных из космоса, необходима навигационно-временная привязка научных измерений. Для их проведения нужно знать траекторию движения наноспутника, время и место, когда он сделал необходимые замеры, а также в какой момент и как были ориентированы в пространстве оси чувствительности научной аппаратуры.

"На 99% современных наноспутников мы не встретим навигационных приемников, все пользуются данными системы NORAD. Это объединённая система аэрокосмической обороны США и Канады, средствами которой фиксируется любой объект, выводимый в космос”, - пояснил руководитель проекта, доцент межвузовской кафедры космических исследований Самарского университета Андрей Крамлих.

В зависимости от важности объекта, специалисты этой организации с определенной оперативностью выкладывают TLE данные (файлы с элементами орбит спутника, которые можно подставить в модель движения, а затем определить и спрогнозировать движение спутника) в свободный доступ.

"Но модель движения всегда отличается от реального движения. И если точности TLE данных для организации сеанса связи достаточно, то привязать к ней высокоточные измерения уже не получится. Поэтому установка на борт космического аппарата собственного навигационного приемника необходима", - добавляет ученый.

Разработчики при этом отмечают, что навигационный приемник на наноспутнике не может работать постоянно, так как потребляет слишком много энергии. Поэтому они предлагают проводить измерения на борту наноспутника, а обрабатывать навигационные данные уже на Земле - это существенно сократит время работы приемника.

За рубежом есть разработки, аналогичные комплексу управления, навигации и связи разрабатываемому в Самарском университете.

“Но они стоят немало, а их надежность не гарантирована, - отметил Андрей Крамлих. - Наша система должна быть дешевле».

Ученый обращает внимание и на тот факт, что малые габариты, масса и недорогая по сравнению с более крупными МКА стоимость наноспутников позволяет запустить на орбиту сразу несколько аппаратов и производить измерения во многих областях пространства одновременно. Это даст возможность получить пространственную картину и отследить ее изменения во времени.

Однако для мониторинга ионосферы важно не только запустить несколько наноспутников, но и поддерживать определённую конфигурацию их движения, а добиться этого можно только контролируя движение МКА. Кроме этого, необходимо контролировать ориентацию каждого спутника в группировке.

Для этого нужна система управления, которая уже частично отработана молодыми учеными. Они создали системы демпфирования – гашения угловых скоростей, чтобы снизить вращение спутника после отделения. Следующий этап - решение вопроса переориентации спутника.  

Также ученым нужно разработать оперативную систему связи, которая позволит быстро и в большом объеме передавать информацию на Землю. Традиционно передача данных со спутника осуществляется в момент, когда аппарат пролетает над центром управления полетами (ЦУП). В среднем сеанс связи бывает 4-8 раз в день и длится 5-10 минут, но когда речь идет о чрезвычайных ситуациях, где требуется оперативность, этого недостаточно.

Для того, чтобы ее повысить, группа ученых Самарского университета планирует использовать низковысотные сети связи: GlobalStar, Iridium, это позволит выстроить другую схему, не зависящую так жестко от сеансов связи с ЦУП. В этом случае экстренные данные с наноспутника будут сбрасываться на спутник связи, летающей на низкой высоте, который и передаст их на Землю. При этом основной массив информации будет выгружен позже - над ЦУП.

"Мы идем по пути импортозамещения - в комплексе управления, навигации и связи будет использована только российская аппаратура. У Самарского университета есть опыт создания наноспутников, есть сильная школа по спутниковой радионавигации, возглавляемая профессором Игорем Белоконовым. Появилась также школа по навигационным приемникам под руководством датского ученого Кая Борре, сейчас ее возглавляет доцент Илья Кудрявцев, соответственно, подтянулась "железная" составляющая. Так что теперь мы можем создать полностью свой приемник, точнее опытный образец", - отметил руководитель проекта.

Грант на разработку комплекса выделен исследователям на три года. По истечении этого времени группа молодых ученых должна представить прототип системы управления, навигации и связи, а затем протестировать его на спутнике в космосе.