Малые спутники и перспективы их запуска

Введение

Спутники малой массы и размера, как правило, весом менее 500 кг.

Малый спутник, миниатюрный спутник или smallsat – это спутник малой массы и размера, обычно весом менее 500 кг. Хотя все такие спутники можно назвать "малыми", для их классификации используются различные категории, основанные на массе. Спутники создаются небольшими, чтобы снизить значительные экономические затраты на ракеты-носители и расходы, связанные с их изготовлением. Миниатюрные спутники, особенно в большом количестве, могут быть более эффективны, чем меньшее число крупных спутников, для определенных задач – например, для сбора научных данных и радиорелейной связи. Технические сложности при создании малых спутников могут включать недостаточный запас энергии или отсутствие места для двигательной установки.

Ракета-носитель микроспутников

Ряд коммерческих и военных подрядных компаний в настоящее время разрабатывают ракеты-носители для микроспутников, чтобы выполнять все более специализированные требования к их запуску. Хотя микроспутники уже много лет выводятся в космос в качестве вторичной полезной нагрузки на борту более крупных ракет-носителей, такая схема не обеспечивает необходимой точности для многих современных небольших спутников, имеющих уникальные орбитальные и временные требования к запуску. В июле 2012 года Virgin Orbit объявила о разработке LauncherOne – орбитального ракетоносителя, предназначенного для запуска "малых спутников" в качестве основной полезной нагрузки на низкую околоземную орбиту, с планируемым началом запусков в 2016 году. Несколько коммерческих клиентов уже заключили контракты на запуск, включая GeoOptics, Skybox Imaging, Spaceflight Industries и Planetary Resources. Компании Surrey Satellite Technology и Sierra Nevada Space Systems разрабатывают спутниковые платформы, "оптимизированные под конструкцию LauncherOne". Virgin Orbit работает над концепцией LauncherOne с конца 2008 года и делает ее все более важной частью основного бизнес-плана Virgin, поскольку программа пилотируемых космических полетов Virgin столкнулась с многочисленными задержками и трагическим инцидентом в 2014 году. В декабре 2012 года DARPA объявила, что программа Airborne Launch Assist Space Access предоставит ракету-ускоритель для микроспутников в рамках программы DARPA SeeMe, целью которой был запуск "созвездия из 24 микроспутников (~ диапазон) с разрешением изображения 1 м каждый". Программа была отменена в декабре 2015 года. В апреле 2013 года Garvey Spacecraft получила контракт на развитие технологии суборбитального ракетоносителя Prospector 18 в орбитальный ракетоноситель для наноспутников, способный выводить полезную нагрузку на орбиту, а также на создание более мощного кластерного "20/450 Nano/Micro Satellite Launch Vehicle" (NMSLV), способного выводить полезные нагрузки на круговые орбиты. Швейцарская компания Swiss Space Systems (S3) в 2013 году объявила о планах разработки суборбитального космического самолета SOAR, который будет запускать микроспутник, способный выводить полезную нагрузку до на низкую околоземную орбиту. Испанская компания PLD Space была основана в 2011 году с целью разработки недорогих ракет-носителей Miura 1 и Miura 5, способных выводить на орбиту до .

A number of commercial and military contractor companies are currently developing microsatellite launch vehicles to perform the increasingly targeted launch requirements of microsatellites. While microsatellites have been carried to space for many years as secondary payloads aboard larger launchers, the secondary payload paradigm does not provide the specificity required for many increasingly sophisticated small satellites that have unique orbital and launch timing requirements. In July 2012, Virgin Orbit announced LauncherOne, an orbital launch vehicle designed to launch "smallsat" primary payloads of into low Earth orbit, with launches projected to begin in 2016. Several commercial customers have already contracted for launches, including GeoOptics, Skybox Imaging, Spaceflight Industries, and Planetary Resources. Both Surrey Satellite Technology and Sierra Nevada Space Systems are developing satellite buses "optimized to the design of LauncherOne". Virgin Orbit has been working on the LauncherOne concept since late 2008, and , is making it a larger part of Virgin's core business plan as the Virgin human spaceflight program has experienced multiple delays and a fatal accident in 2014. In December 2012, DARPA announced that the Airborne Launch Assist Space Access program would provide the microsatellite rocket booster for the DARPA SeeMe program that intended to release a "constellation of 24 micro satellites (~ range) each with 1 m imaging resolution." The program was cancelled in December 2015. In April 2013, Garvey Spacecraft was awarded a contract to evolve their Prospector 18 suborbital launch vehicle technology into an orbital nanosat launch vehicle capable of delivering a payload into a orbit to an even more capable clustered "20/450 Nano/Micro Satellite Launch Vehicle" (NMSLV) capable of delivering payloads into circular orbits. The Swiss company Swiss Space Systems (S3) has announced plans in 2013 to develop a suborbital spaceplane named SOAR that would launch a microsat launch vehicle capable of putting a payload of up to into low Earth orbit. The Spanish company PLD Space born in 2011 with the objective of developing low cost launch vehicles called Miura 1 and Miura 5 with the capacity to place up to into orbit.

Рынок наносателлектов

За десять лет запусков наноспутников до 2014 года было запущено всего 75 наноспутников. Одной из сложностей использования наноспутников являлась экономически эффективная доставка этих небольших спутников за пределы низкой околоземной орбиты. К концу 2014 года разрабатывались проекты более крупных космических аппаратов, специально предназначенных для вывода роев наноспутников на траектории, выходящие за пределы земной орбиты, для решения задач, таких как исследование удаленных астероидов.

Фемтоспутники

Термин "фемтоспутник" или "фемтосат" обычно применяется к искусственным спутникам с влажной массой менее. Как и пикоспутники, некоторые конструкции требуют более крупного "материнского" спутника для связи с наземными контроллерами. Три прототипа "спутников-чипов" были запущены на МКС в ходе ее последней миссии в мае 2011 года. Они были прикреплены к внешней платформе МКС "Эксперимент по материалам Международной космической станции" (MISSE 8) для испытаний. В апреле 2014 года наноспутник KickSat был запущен на борту ракеты Falcon 9 с намерением выпустить 104 чипсата размером с фемтоспутники, или "Спрайты". Однако, из-за отказа бортовых часов они не смогли завершить развертывание вовремя, и механизм развертывания вошел в атмосферу 14 мая 2014 года, не развернув ни одного из 5-граммовых фемтосатов. ThumbSat – еще один проект, планирующий запустить фемтоспутники в конце 2010-х годов. ThumbSat объявил о соглашении о запуске с CubeCat в 2017 году для запуска до 1000 этих очень маленьких спутников. В марте 2019 года CubeSat KickSat 2 развернул 105 фемтосатов, называемых "ЧипСаты", на орбиту Земли. Каждый из ЧипСатов весил 4 грамма. Спутники тестировались в течение 3 дней, после чего они вошли в атмосферу и сгорели.

Технические проблемы

Малые спутники обычно требуют инновационных двигательных установок, систем управления ориентацией, связи и вычислительных систем. Крупные спутники обычно используют двигательные установки на моно- или бипропеллентах для движения и управления ориентацией; эти системы сложны и требуют минимального соотношения объема к площади поверхности для рассеивания тепла. Эти системы могут применяться на более крупных малых спутниках, в то время как другие микро- и наноспутники должны использовать электрическую тягу, сжатый газ, испаряемые жидкости, такие как бутан или углекислый газ, или другие инновационные двигательные системы, которые просты, недороги и масштабируемы. Малые спутники могут использовать традиционные радиосистемы в диапазонах UHF, VHF, S и X, хотя часто они миниатюризируются с использованием более современных технологий по сравнению с крупными спутниками. Крошечные спутники, такие как наноспутники и небольшие микроспутники, могут быть лишены источников питания или массы, необходимых для больших традиционных радиотранспондерных устройств, и были предложены различные миниатюрные или инновационные системы связи, такие как лазерные приемники, антенные решетки и сети межспутниковой связи. Лишь немногие из них были продемонстрированы на практике. Электронные компоненты должны подвергаться строгим испытаниям и модификациям для обеспечения "устойчивости к космической среде" или сопротивления воздействию космической среды (вакуума, микрогравитации, экстремальных температур и радиационного воздействия). Миниатюрные спутники предоставляют возможность тестировать новое оборудование с меньшими затратами на испытания. Кроме того, поскольку общий финансовый риск миссии значительно ниже, в микро- и наноспутники можно интегрировать более современные, но менее проверенные в космосе технологии, чем в гораздо более крупные и дорогие миссии с меньшей терпимостью к риску.

Безопасность от столкновения

Малые спутники сложно отслеживать наземными радарами, поэтому трудно предсказать, столкнутся ли они с другими спутниками или пилотируемыми космическими аппаратами. Федеральная комиссия по связи США отклонила как минимум одну заявку на запуск малого спутника из-за соображений безопасности.