Как собрать спутник своими руками
Мы привыкли к космическим полётам. Запуск очередной ракеты попадёт в новости, только если что-то пойдёт не так. На орбите Земли работает больше 2000 спутников — они обеспечивают связь, работу навигаторов, используются в научных экспериментах.
Долгие годы космические программы могли позволить себе только самые богатые и технически развитые страны. В начале XXI веке ситуация резко изменилась, на орбите появились спутники частных компаний и даже учебные заведений.
Вы задумывались, что можете собрать спутник своими руками, а потом — отправить его в космос?
Сегодня мы расскажем как.
Шаг первый: выбираем размер
Если вы хотите запустить свой космический телескоп или орбитальную лабораторию, потребуется индивидуальный проект и бюджет, сопоставимый с ВВП страны третьего мира. Мы расскажем о более доступных вариантах: фемто- и пикоспутниках.
Фемтоспутники
Фемтоспутники — это космические аппараты весом меньше ста грамм. Их размеры редко превышают пару сантиметров. Это буквально одна-две электронные платы и компактный источник питания — солнечная батарея.
На борту чаще всего размещают радиопередатчики и миниатюрные цифровые сенсоры. У спутников нет механических частей и аккумуляторов, это экономит вес и упрощает конструкцию.
На орбиту фемтоспутники попадают вместе с большими собратьями, как попутная нагрузка. Билет в космос обойдётся как путешествие из Москвы в Нью-Йорк бизнес-классом — около полутора-двух тысяч долларов.
Пикоспутники
Пикоспутники гораздо крупнее, их масса может достигать полутора килограмм. Кроме электронных компонентов на борту присутствуют механические элементы: раскладные солнечные панели, гироскопы, системы ориентации и даже солнечные паруса.
Часто спутники оборудуют аккумуляторами, поэтому растут требования к теплоизоляции: за один оборот вокруг Земли температура спутника меняется почти на триста градусов: от –170°C до 125°C.
Иногда такие аппараты играют роль носителя фемтоспутников. Пикоспутник выводят в космос с помощью ракеты, а на орбите, в заранее определённых точках, спутник выпускает рой крошечных аппаратов.
Стоимость создания и запуска пикоспутника сопоставима с покупкой электромобиля Tesla X — цены начинаются от 80 тысяч долларов. Но даже здесь можно существенно сэкономить. Как? Расскажем дальше.
Шаг второй: выбираем платформу
Итак, размер выбрали. Теперь определим, какие задачи сможет решить наш спутник.
Фемтоспутник
Фемтоспутники могут выполнять и простые научные задачи: измерять магнитное поле, окружающую температуру, ускорение и передавать эти данные на Землю. Так можно получить интересные данные о верхних слоях атмосферы и получить представление об условиях жизни на МКС.
Для фемтоспутника не нужны сложные и редкие компоненты, подойдут чипы, которые используются в бытовой электронике: смартфонах или планшетах.
KickSat Sprite — открытый проект: всё необходимое для сборки своего спутника — чертежи, модели и программный код — можно бесплатно скачать с GitHub. Хотите готовое устройство, тогда следите за страницей проекта на KickStarter.
Пикоспутники
гораздо технологичнее. На борту могут быть уникальные измерительные приборы, механические устройства и даже собственные двигатели.
Собирать такой спутник «с нуля» — задача крайне трудоёмкая: придётся углубится в дебри сопромата и термеха, повозится с натурными испытаниями и пробиться через семь кругов согласований с будущим «космическим извозчиком».
Имейте ввиду, компании, которая доставит такой спутник на орбиту, понадобится как минимум два одинаковых устройства. Первое будут испытывать на Земле: оно пройдёт через барокамеру, вибростенд, подвергнется шоковой заморозке и побывает в печи. Только после успешных испытаний дублёра, перевозчик пустит на борт ваш спутник.
Разработка существенно ускорится и упростится, если вы решите строить свой спутник на базе существующих платформ: CubeSat или TubeSat.
CubeSat
Первый стандарт любительской космонавтики, он появился ещё в 1999 году. Сейчас это самая популярная платформа для создания студенческих спутников.Залогом успеха стали чёткие спецификации и упрощением процедуры запуска.
Спутники стандарта CubeSat собираются в контейнеры и уже в них крепятся на ракетоноситель. Если спутник соответствует требованиям платформы, программа испытаний существенно сокращается.
Кроме того, предусмотрен альтернативный вариант запуска. Аппараты попадают на Международную Космическую Станцию на борту грузовых кораблей. А потом космонавты в прямом смысле выкидывают их за борт во время плановых выходов в космос.
Для CubeSat выпущено множество сертифицированных компонентов: несущие рамы и силовые конструкции, бортовые компьютеры и электронные модули, сборки аккумуляторов и солнечные панели. Вы можете собрать спутник из деталей разных производителей, это существенно удешевит сборку спутника. А ещё можете купить набор для сборки: конструктор с уже включённой доставкой спутника на орбиту обойдётся в 20 тысяч долларов.
TubeSat
создавался как дешёвая альтернатива CubeSat.
Спутник строится на базе круглых печатных плат. Платы с электроникой соединяются между собой металлическими втулками.
Внешний корпус собирается из прямоугольных плат с солнечными панелями и внешними сенсорами. Получается простая и лёгкая конструкция.
Набор для сборки такого спутника намного бюджетнее: компоненты и запуск обойдутся примерно в 12 тысяч долларов. Спутник получится вдвое легче аналогичного CubeSat, а стоимость запуска напрямую зависит именно от веса.
Стандарт TubeSat развивает некоммерческая компания Interorbital Systems, которая занимается выведением таких спутников на околоземную орбиту.
Шаг третий: ищем бюджет
Всё просто. Покупаем набор, собираем спутник, запускаем в космос. Вот только где взять деньги на собственную космическую программу?
Не торопитесь продавать машину или квартиру. Есть как минимум два более интересных варианта.
Краудфандинг
или «народное финансирование». Бюджет на космическую программу можно найти на сайтах boomstarter или Planeta.ru. Главное — придумать запоминающуюся и яркую идею.
Это получилось у авторов проекта «Маяк». Запустить спутник, который будет виден в ночном небе ярче, чем любая звезда, захотели почти три тысячи спонсоров.
Проект собрал почти два миллиона рублей. 14 июля 2018 года аппарат был запущен в космос. К сожалению, во время запуска произошла авария, в контейнер со спутником попало топливо из сбойнувшего двигателя. «Маяк» вышел на орбиту, но не смог раскрыть солнечный отражатель. Запуск признали частично удавшимся.
Центры детского творчества
Проектированием и запуском космических спутников занимаются детские образовательные учреждения. Первой ласточкой стал сочинский «Сириус»: о запуске спутников, которые школьники собрали в детском лагере, рассказали во всех новостях. Сейчас похожие программы появляются в крупных центрах детского творчества.
Если вы уже вышли из школьного и даже институтского возраста, можете прийти со своим проектом к руководству такого центра. «Роскосмос» поддерживает образовательные программы по всей стране.
Если у вас вместе с детишками получится собрать что-то похожее на спутник, появится шанс запустить его в космос с борта МКС. Запуск при этом вам не будет стоить ни копейки.
Если вы с детства мечтали о космосе, не сдавайтесь Сегодня мечта может стать явью. Главное, сделайте первый шаг.
Источник
Сделай спутник своими руками
Шаг в космос со ступенек вуза
Космонавтика может быть разной — частной, студенческой, любительской. Все это разные грани одного и того же явления, а именно — возможности проникнуть на орбиту не только госкорпорациям крупнейших космических держав, но и практически обычному человеку. Да, индустрия ракет-носителей, космические станции и космический туризм еще долгое время будут требовать триллионных вложений и оставаться уделом избранных, но прикоснуться к космосу на определенном уровне сегодня доступно любому!
Фото из личного архива.
Мой собеседник — Александр Шаенко, инженер, более десяти лет работающий в космической отрасли, кандидат технических наук, преподаватель МГТУ им. Баумана. Принимал участие в разработке ракет-носителей «Ангара», самолета Boeing Dreamliner, работал ведущим инженером одной из первых частных российских космических компаний. Сегодня Шаенко вместе со студентами, у которых преподает, практически в гаражных условиях создает спутник и готовит его к запуску:
— Мы хотим запустить спутник именно силами студентов, чего ранее никогда не делалось, — начинает Александр.
— Как? Известно, что силами студентов уже запущено немало спутников — и в МГУ, и в МАИ, и у вас же в Бауманке, и в Сибирском государственном аэрокосмическом университете…
— На самом деле почти все эти спутники студенческими являются весьма и весьма условно. Они запускаются по плану научной работы университета, который готовят в основном профессора и научные работники вуза, изготавливаются большей частью на государственных предприятиях космической отрасли — то есть студенты там, по сути, только рядом стоят и наблюдают.
— А что вы планируете изменить в нынешнем подходе к студенческой космонавтике?
— Я как-то работал в одной молодой частной аэрокосмической компании, и, чтобы продемонстрировать серьезность наших планов, мы изготовили спутник. Буквально — пришли в офис, где были только столы и стулья, а через полтора года наш спутник вышел на орбиту! На нем была аппаратура мониторинга радиоэфира и сбора данных о морских судах. Спутник этот, пусть не научный, был построен руками недавних студентов, а не заказан у аэрокосмических госкорпораций, и быстро! Я считаю, что в рамках вузовской космонавтики должны быть не только серьезные спутники с научной программой, к которым студенты причастны постольку поскольку, но и более простые спутники, пусть даже без цели получить новые научные данные, но спроектированные, рассчитанные и сделанные непосредственно руками студентов.
— Что за спутник вы собираетесь запустить?
— Это спутник для визуального наблюдения под названием «Маяк», работу над которым мы начали летом прошлого года. Вся задача спутника — быть видимым с Земли, но зато очень отчетливо! Любой желающий сможет увидеть его невооруженным глазом, причем перепутать его с чем-либо вы не сможете — таким ярким будет свечение! После вывода на орбиту на спутнике заработает газовый реактор и надует газом полимерную металлизированную оболочку в форме огромной пирамиды. Ее грани станут отражать солнечные лучи и светиться ярче самых видимых звезд.
— На каком этапе сегодня находится работа?
— Мы тестируем оборудование — надувную оболочку, газовый реактор, электронику. Работы близки к завершению — недавно мы проверяли надувание оболочки и работу газового реактора в стратосфере, на высоте 10 километров — в условиях экстремально низкой (до минус 70 градусов) температуры. Для этого узлы спутника поднимали на шаре, наполненном гелием. Этим летом планируется финальный «прогон» — поднятие всего спутника в сборе на высоту порядка 40 километров, практически в ближний космос — там уже очень разреженный воздух. Этот подъем также осуществим на гелиевом шаре.
— Воздушный шар, способный поднять 4 кг, должно быть, немаленький… Безопасны ли такие эксперименты для авиации?
— Даже не 4, а 6 килограммов — помимо спутника на шаре взлетит аппаратура наблюдения за его параметрами. Шар действительно огромный — на земле он имеет диаметр 4 метра, а на высоте за счет разницы в давлении он раздуется до 20 метров в диаметре! Подобные запуски действительно опасны для авиации, но в нашей команде есть один энтузиаст, который единственный в России занимается подъемом шаров в стратосферу на официальных основаниях — у него есть разрешения от военных, авиационных служб и т.д. Каждый запуск требует отдельного одобрения и строго курируется. Этот человек имеет достаточный опыт в подъеме высотных шаров.
— Как финансируется проект?
— Мы использовали краундфандинг — сбор добровольных пожертвований на интернет-площадке, где собираются технари и айтишники. Собрать удалось около 250 тысяч рублей, на которые мы приобретаем материалы для постройки спутника. У нас все предельно открыто и используется «принцип Тома Сойера» — помните, как он принимал от приятелей деньги и игрушки в обмен на разрешение немножко покрасить забор? В смысле, пожертвование позволяет любому участнику присоединиться к студенческой команде.
— После изготовления спутника встанет задача вывода его на орбиту, который своими силами вам уже не осуществить. Как это планируете делать и сколько это стоит?
— Сегодня многие компании в мире предлагают «транспортные услуги» — выводят на орбиту любые спутники, в том числе и частные. Спутник, сделанный в России, легко запустит американская ракета и наоборот — никакой адаптации его к ракете не требуется. Теперь о ценах. Вывод небольшого спутника вполне доступен — доставить на орбиту 1 килограмм полезного груза обойдется в переводе на рубли около 2 миллионов. Наш спутник весит 4 килограмма — то есть его запуск стоит 7–8 миллионов рублей.
— Откуда должны взяться эти немалые для студентов деньги?
— Это, разумеется, самый больной вопрос любого студенческого или любительского проекта. Изыскиваем спонсоров… Перспектива есть.
— Пару лет назад ведущие научно-технические вузы подписали с Роскосмосом соглашение о создании некого «Космического научно-образовательного консорциума». Возможности для бесплатного запуска без привязки к научной ценности спутника все же существуют?
— Честно говоря, мне ничего не известно о деятельности того консорциума. Но зато известны случаи, когда вузам говорили: да, мы запустим ваш спутник бесплатно, но вы должны доказать, что он безопасен для самой ракеты и для других спутников, которые она выводит на орбиту. Для этого вам нужно пройти ряд экспертиз… за несколько десятков миллионов рублей! Так или иначе, сегодня Роскосмосом управляет уже другой человек. С новым руководителем Роскосмоса и Объединенной ракетно-космической корпорации, мы сегодня сотрудничаем и надеемся на его помощь в нашем проекте. «Космос малых форм» сегодня на подъеме во всем мире, его нужно популяризировать и продвигать, и делать это проще доступными проектами, в которых может принять участие каждый, а не только «взрослые ученые»!
Источник
