«Аист-2Д» за 8 лет на орбите отснял шестую часть поверхности Земли
На орбите завершил работу российский спутник «Аист-2Д». Это малый космический аппарат для проведения научных экспериментов, отработки и сертификации целевой аппаратуры дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), служебных систем и программного обеспечения. Спутник, разработанный РКЦ «Прогресс» (входит в госкорпорацию «Роскосмос») в кооперации с Самарским национальным исследовательским университетом, был запущен 28 апреля 2016 года с космодрома Восточный. «Аист-2Д» проработал на орбите восемь лет, более чем вдвое превысив заявленный срок активного существования, отсняв при этом 93 миллиона кв. км или больше 1/6 земной поверхности
Малый аппарат с большими возможностями
Как свидетельствует литера в наименовании, «Аист-2Д» относился к демонстрационным спутникам. Из полной массы с целевой и научной аппаратурой в 531,4 кг на спутниковую платформу приходилось 250 кг.
В полезную нагрузку входит широкозахватная мультиспектральная оптико-электронная аппаратура видимого диапазона «Аврора» разработки и производства Красногорского завода имени С.А. Зверева. Она имела высокое разрешение - с 490 км могла различать объекты на Земле размером менее 1,48 м в панхроматическом режиме или 4.5 м – в мультиспектральном, увеличенную полосу захвата (39.6 км) и минимальные массу и габариты. Инфракрасные фотоприемники спутника, не требующие охлаждения, позволяли получать не только ночные снимки земной поверхности, но и отработать технологию обнаружения малых очагов пожаров.
Входящий в состав целевой нагрузки радиолокатор для пассивной локации, разработанный в Поволжском государственном университете телекоммуникаций и информатики, позволял видеть из космоса не только объекты на поверхности, но и в подповерхностных слоях. В сочетании с наземной аппаратурой радиолокатор мог наблюдать объекты с пространственным разрешением до 5 м, укрытые листвой деревьев или другой растительностью.
На спутнике работала научная аппаратура, созданная учеными, студентами и аспирантами Института космического приборостроения Самарского университета. Масс-спектрометрический датчик анализировал собственную внешнюю атмосферу аппарата, изучал влияние окружающей среды на качество научных и технологических экспериментов и аэродинамику спутника. Датчик частиц помогал исследовать процессы деградации материалов под влиянием космоса (в частности, удары электронов и протонов на микросхемы памяти), проверять радиационную стойкость и эффективность установленной защиты. Магнитная система управления движением решала задачи стабилизации спутника в пространстве. Компенсатор микроускорений контролировал состояние космического аппарата и устранял бортовые вращательные ускорения. Специальный приборный комплекс исследовал микрометеориты и частицы космического мусора.
Необычная разработка
«Аист-2Д» имел статус экспериментального спутника, поэтому формально не входил в группировку ДЗЗ «Роскосмоса». Он создавался не в рамках госзаказа, а в инициативном порядке.
РКЦ «Прогресс» реализовал подход, при котором контроль за результатами, сроками и качеством работ лежал не на сторонних организациях, а целиком на исполнителе. Кроме того, разработчики блоков, приборов и систем образовали «альтернативную» кооперацию, отличную от традиционной, задействованной при выполнении «больших» проектов.
Помимо Самарского университета в создании спутника принимали участие НПО «Оптико-электронные комплексы и системы», Красногорский завод имени С.А. Зверева и другие организации. Научно-технический совет РКЦ «Прогресс» одобрил проектный облик «Аиста-2Д» 4 октября 2012 года.
На территории предприятия были развернуты наземные средства приёма и обработки информации с нового спутника – так специалисты получили возможность не только видеть результаты своего труда (что, безусловно, мотивировало), но и лучше понимать какого рода снимки нужны потребителю.
Самарский университет и «Прогресс» получили опыт совместной работы еще при создании двух самых первых научно-образовательных спутников серии «Аист», запущенных в 2013 году. В разработке нового «Аиста-2Д», принимали участие, прежде всего, молодые сотрудники предприятия (в части создания платформы), а также ученые, аспиранты и специалисты университета (в части комплекса научной аппаратуры).
По словам заместителя генерального конструктора – заместителя начальника ЦСКБ «РКЦ «Прогресс» Артема Филатова, разработчики хорошо понимали, что от результатов их работы зависит будущее космического аппаратостроения на предприятии.
«С учётом общемировых тенденций миниатюризации спутников, мы видели, что уже в ближайшей и среднесрочной перспективе нам необходимо будет особое внимание сосредоточить на развитии как раз данного направления», - отмечал Артем Филатов.
Для создания качественного задела в сжатые сроки и с учётом ограничений по финансированию нужно было отработать новые решения и технологии практически для всех этапов создания малых аппаратов – от проектирования до испытаний. Несмотря на сложность работы, разработчики с задачей справились.
Впечатляющие результаты
Поскольку в список задач, которые решал «Аист-2Д», входил мониторинг природных пожаров и активности вулканов, разрушений инфраструктуры, контроль наводнений и изменений городской застройки, основными потребителями информации со спутника были МЧС, Росреестр, Минлесхоз и правительство Самарской области.
В частности, власти региона использовали данные для выявления и мониторинга мест незаконной добычи полезных ископаемых, а также несанкционированных свалок твёрдых бытовых отходов. Из-за ограничений, которые налагает действующее законодательство на частоту проверок, спутниковые снимки могли быть единственным источником объективной информацией о возможных нарушениях.
Поскольку космическая съёмка помогает обновить карты и планы местности, РКЦ «Прогресс» неоднократно оказывал информационную поддержку Росреестру, как по разовым заявкам, так и по долгосрочным, для реализации которых требовалось больше времени (например, съемка в бесснежный период – с апреля по октябрь).
Данные, получаемые с «Аиста-2Д», использовались также и в реализации образовательных проектов, связанных с подготовкой специалистов в области обработки изображений и геоинформационных технологий. РКЦ «Прогресс» участвовало в программе «Дежурный по планете-2» в которой участники космических смен образовательного центра «Сириус» планировали съемки и обрабатывали данные ДЗЗ, полученные непосредственно с борта аппарата.
Много прикладной информации для организаций-разработчиков дали эксперименты, выполненные на борту «Аиста-2Д». В частности, получены данные о параметрах магнитного поля и изменения величины микроускорений, изучено влияние факторов космического пространства на материалы и конструкции аппарата. Знания и опыт уже применяются при разработке новых спутников.
За время эксплуатации «Аиста-2Д» протестирована технология коррекции бортового программного обеспечения не только путем посылки кода в бортовое оперативное запоминающее устройство, но и «перепрошивкой» постоянного запоминающего устройства. Таким образом удалось откорректировать бортовой софт для новых режимов съемки поверхности Земли и проработать радиометрическую калибровку целевой аппаратуры уже во время полета.
Следующий «Аист»
За годы работы на орбите со спутника получен значительный объем прикладных и научных данных, а конструкция и системы подтвердили правильность основных конструктивно-компоновочных решений. Кооперация, образованная в процессе изготовления «Аиста-2Д», зарекомендовала себя положительно, а рекордное время работы спутника на орбите – хорошее тому подтверждение.
Платформа, отработанная на «Аисте-2Д», имела большой потенциал для дальнейшего использования в проектах спутников ДЗЗ. В 2019 году РКЦ «Прогресс» выиграл тендер на создание космического комплекса стереоскопической съемки, включающего два малых космических аппарата «Аист-2Т», и над этим проектом работает та же кооперация. Новые аппараты создаются на базе платформы, отработанной в ходе эксплуатации предшественника.
Пара спутников «Аист 2Т» должна обеспечивать получение панхроматических, перекрывающихся конвергентных (стереоскопических) изображений и цветных (спектрозональных) изображений земной поверхности. Информация с этих аппаратов послужит, прежде всего, для создания картографической продукции, использующей как одиночные, так и стереоскопические снимки. Кроме того, «Аист-2Т» может выполнять мониторинг чрезвычайных ситуаций.
«У нас нет сомнений, что данные с малых аппаратов «Аист-2Т» найдут своё применение и в других областях отечественной экономики, т.к. опытно-конструкторская работа реализовывается в рамках проекта «Информационная инфраструктура» национального проекта «Цифровая экономика Российской Федерации», – говорит Артем Филатов.
Отвернувшись от Земли
Уникальная особенность «Аиста-2Д» - с его борта проводилась съемка не только поверхности Земли, но и космических объектов, движущихся по геоцентрическим орбитам. Обычно спутники ДЗЗ не могут делать это, поскольку для такой съемки нужны дополнительные исходные данные и алгоритмы управления, учитывающие интервалы времени, в которые возможно получение изображения, наводящие аппаратуру в нужном направлении и управляющие угловым движением спутника во время съемки.
Утром 9 мая 2021 года в качестве такого объекта использовалась вторая ступень ракеты «Чанчжэн-5В», с помощью которой 29 апреля 2021 года запускался базовый блок китайской оритальной станции «Тяньгун».
По словам исполнительного директора «Роскосмоса» по перспективным программам и науке Александра Блошенко, «[«Аист-2Д»] специальным образом развернули по команде с Земли». Таким образом, сделан снимок ступени на фоне космоса. Всего аппарат предпринял две попытки съемки ступени. Эксперименты по фиксации движущихся космических объектов существенно расширяют возможности космических аппаратов ДЗЗ.
