Первый шаг к Луне и Марсу: особенности и задачи новых спутников «Геоскана»

— Расскажите подробнее о запускаемых аппаратах. Какие спутники будут выведены на околоземную орбиту и какие задачи они будут решать? 

— Попутной нагрузкой от Геоскана полетят девять спутников. Из них восемь — это кубсаты размерностью 3 юнита (3U) — Геоскан-1, Геоскан-2, Геоскан-3, Геоскан-4, Геоскан-5, Геоскан-6, ИнноСат3 и 239Alferov, и один кубсат размерностью 16 юнитов (16U) — ИнноСат16.

Геоскан-1 — экспериментальный спутник дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), на котором установлены две обзорные камеры Cyclop с широкоугольным и сверхширокоугольным объективами. Они снимают с разрешением до 3 Мпикс и записывают видео до 30 кадров в секунду. С помощью систем навигации, ориентации и стабилизации спутник сделает снимки, которые затем будут транслироваться в радиолюбительском диапазоне частот.

Геоскан-2 предназначен для тестирования технологии автоматического зависимого наблюдения-вещания (АЗН-В), которая позволяет отслеживать местоположение, скорость и направление движения воздушных судов. Спутник проверит возможность применения технологии в космическом пространстве для мониторинга беспилотных аппаратов в атмосфере Земли.

Геоскан-3 предназначен для отработки технической связи в УКВ-диапазоне.

На спутниках «Геоскан-4» и «Геоскан-5» установлена партнерская полезная нагрузка — приемопередатчики S- и P-диапазона разработки АО «Спутниковая система «Гонец». Это экспериментальные аппараты. Они будут тестировать пакетную передачу данных — технологию, которая используется в системах удаленного мониторинга, персональных коммуникациях и сфере интернета вещей.

1 / 3

Гонец

Гонец

Геоскан-6 оборудован двумя обзорными камерами Cyclop и гамма-спектрометром совместной разработки Геоскана и Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе РАН. Снимки с камер будут транслироваться на Землю в радиолюбительском диапазоне частот, и вместе с аппаратом «Геоскан-1» помогут протестировать технологии для создания будущих спутников ДЗЗ. Данные с гамма-спектрометра позволят локализовать гамма-всплески и получить информацию о некоторых космических процессах во Вселенной.

На ИнноСат3 стоит автоматизированная информационная система (АИС) разработки Геоскана, которая принимает маяки с кораблей. Она вычисляет местоположение, скорость и направление морских судов, помогает предотвращать их столкновение и ретранслирует данные береговым службам для мониторинга судов в открытом водном пространстве.

— Среди запущенных спутников также оказался «школьный» спутник 239Alferov. В чем его особенности?

— Аппарат создан Геосканом по программе Space-π для Президентского физико-математического лицея №239 и Физико-технической школы им. Ж. И. Алферова в Санкт-Петербурге. Вместе с Геосканом-6 он станет первым научным астрофизическими аппаратом для компании.

На борту школьного спутника находится гамма-спектрометр, или монитор гамма-всплесков, совместной разработки Геоскана и Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе РАН. Таким образом, компания делает не просто образовательные спутники, но и космические аппараты для фундаментальных научных исследований. Не зря один из них носит имя нобелевского лауреата Жореса Ивановича Алфёрова.

Фонд содействия инновациям, который выступает организатором проекта Space-π, планирует запустить отдельную программу — «Охотники за сверхновыми», в которую войдет целый ряд кубсатов с гамма-спектрометрами. Несколько аппаратов позволяют ученым использовать метод триангуляции — за счет совместных единовременных наблюдений локализовать на небесной сфере источники гамма-всплесков.

В специально выделенный сектор памяти бортового компьютера 239Alferov записаны 7787 имен и более 3500 изображений участников акции «Отправь свое имя в космос». Из общего числа заранее отделены 67 самых интересных рисунков, которые будут транслироваться в радиолюбительском диапазоне во время полета.

— Почему Геоскан решил включить в запуск не только собственные спутники, но и образовательный кубсат?

— Почти год не было запусков ракет-носителей с попутной нагрузкой. Теперь же прошел один из них — вместе с двумя спутниками «Ионосфера-М» (№3 и №4). Следующий намечен на IV квартал 2025 года — вместе с двумя аппаратами «Аист-2Т» (№1 и №2) из Самары.

Из-за отсутствия пусковых возможностей целый ряд образовательных спутников находится в очереди на запуск. Поэтому Геоскан решил запустить летом один аппарат проекта Space-π вместе с собственными спутниками, за свой счет. А осенью на орбиту отправятся четыре спутника форм-фактора CubeSat 16U по этой же программе от Фонда содействия инновациям. Один из них сделан в Геоскане — это спутник нижегородского Университета им. Лобачевского для агроэкологических исследований в различных регионах страны.

— Чем отличается аппарат ИнноСат16 от других разработок компании?

— Спутник дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) ИнноСат16 станет первым российским кубсатом размера 16U на орбите. Для сравнения, максимальная размерность аналогичных аппаратов других компаний в космосе — 12U. Поскольку объем позволяет, мы смогли установить на него достаточно хорошую панхроматическую камеру большого размера отечественной разработки. Она имеет фокусное расстояние объектива 1100 мм и пространственное разрешение около 2,5 метра на пиксель с высоты примерно 500 км.

1 / 4

ИнноСат16

ИнноСат16

Когда кубсат будет снижаться — разрешение будет улучшаться. Прибор позволит сохранять информацию в оттенках серого с расширенным спектром видимого цвета и получать четкие изображения для задач дистанционного зондирования Земли.

При проектировании 16-юнитового аппарата разработчики Геоскана использовали новые подходы, учились делать более крупные аппараты. Далее они свой опыт планируют масштабировать: компания будет делать аппараты ДЗЗ увеличенных размеров до конца десятилетия. Это позволить улучшить качество съемки и срок жизни спутников, за счет применения плазменных двигательных установок.

Всего у ИнноСат16 две глобальные роли для Геоскана. Во-первых, с помощью него мы начнем тестировать технологии ДЗЗ, а во-вторых — начнем отработку наших будущих научных миссий, включая детальную 3D-съемку Луны и Марса. Запускаемый кубсат станет первым шагом к заданной цели: от 3-юнитовых спутников мы переходим на 16-юнитовые и будем тренироваться снимать Землю.

— В каких областях можно будет использовать данные, полученные со спутников Геоскана?

— В основном запускаемые сейчас спутники Геоскана — экспериментальные и технологические, они не будут использоваться для предоставления коммерческих услуг. Мы на этих спутниках потренируемся, чтобы дальше делать более крупные спутники с другими задачами. В настоящий момент у компании две основные цели, если говорить о коммерческой области — дистанционное зондирование Земли и связь. Соответственно, на этих спутниках мы тестируем свои технологические обзорные камеры среднего разрешения, будем учиться работать с партнерской камерой Лептона для получения снимков Земли.

На 3-юнитовых аппаратах мы протестируем новую систему GNSS Геоскана по приему сигналов GPS и ГЛОНАСС, чтобы определять положение спутников на орбите.

Два спутника — Геоскан-6 и 239Alferov — будут выполнять научные задачи по программе постановщиков эксперимента из Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе РАН. Данные, собранные гамма-детекторами на их борту, будут опубликованы, и другие ученые смогут использовать их в своих исследованиях.

Со спутника ИнноСат16 мы также будем публиковать фотографии в открытом доступе, чтобы показать, каких навыков Геоскан достиг в области ДЗЗ. Мы не будем их продавать — это тренировочные снимки. В дальнейшем, на основе этого опыта, планируем проводить съемку, которая будет использоваться как для получения коммерческих данных, а также и для некоммерческих, научных и образовательных целей.

Кроме того, все девять аппаратов так или иначе помогут радиолюбителям на Земле, которые будут принимать с помощью личных антенн открытые данные и снимки. В том числе Геоскан участвует в создании сети открытых радиолюбительских станций «СОНИКС» для приема данных со спутников.

— Какой ожидаемый срок службы запускаемых аппаратов?

— Мы планируем, что срок службы аппаратов будет примерно два года. Это связано с высотой орбиты — в основном она будет около 500 километров. У восьми спутников нет двигателей, поэтому никак повлиять на срок их нахождения на орбите мы не сможем. Они будут постепенно снижаться и сгорят в плотных слоях атмосферы.

Свой двигатель есть только у спутника 239Alferov — это абляционный плазменный двигатель VERA, сделанный в НИЯУ МИФИ. Такой же установлен на спутнике Vizard-ion, запущенном в ноябре 2024 года. Но пока тот двигатель не был включен на орбите — то же самое будет и с новым аппаратом. Сначала нужно выполнить основную научную задачу, а затем уже включать двигатель. Инженеры опасаются помех в системах спутника из-за конденсаторов, которые используются в двигателе и могут влиять на работу аппарата.

Плазменный двигатель МИФИ под названием VERA

У нас проработан проект 16-юнитовых спутников с двигателями, но на ИнноСат16 установки не будет, поскольку нужно было выбирать — либо большая камера, либо баллоны с ксеноном и двигатель. В данном случае приоритетом был не срок службы, а проведение тестовой съемки, поэтому для нас было важнее поставить хорошую камеру.

— До того, как отправиться на орбиту, спутник проходит несколько этапов. Как происходит процесс производства спутников в Геоскане?

— Когда мы начинали работу в 2021 году, над проектами работала команда из семи человек. Над нашим первым спутником — Геоскан-Эдельвейс — работало в совокупности 12 человек, его разработка с нуля заняла 1,5 года. Он успешно провел на орбите 18 месяцев и открыл нам дорогу в космос.

Сейчас у нас есть три отдела. Один из них — по разработке спутников, состоящий из группы программистов, группы разработчиков электроники и группы конструкторов. Еще два — по проектам малых космических аппаратов и по наземным системам. Появилось также отдельное экспериментальное производство спутников, куда входят монтажники, которые собирают платы и аппараты. Пока у нас было опытное единичное производство. Возможно, в ближайшем будущем оно станет серийным, к нашим услугам интерес непрерывно растет. Геоскан стал одним из самых привлекательных в Санкт-Петербурге мест для работы в космонавтике, нас уже намного больше, чем было в начале.

Типичный процесс изготовления аппарата выглядит так: мы сами разработали спутниковую платформу, дальше получили данные о полезной нагрузке от партнеров и заказчиков. Происходит интеграция сначала на уровне документации и компьютерных моделей. Дальше отдельные детали, печатные платы мы заказываем на производствах по стране. Затем все это собирается в Геоскане, проводятся электрические, механические приемочные, функциональные испытания, после чего — интеграция с пусковым контейнером перед запуском на орбиту. После этого на самолете они отправляются на космодром, где ставятся на ферму разгонного блока.

Спутники и бортовые системы мы разрабатываем самостоятельно. Отдельные компоненты могут быть партнерскими — например, для ИнноСат16 мы купили у камеру, гироскоп и звездный датчик других российских производителей. Все остальное делаем сами, в том числе бортовой компьютер, систему электропитания, систему ориентации и стабилизации. Сборка происходит в Геоскане, в том числе на уровне приборов и плат. Механические испытания перед отправкой на космодром мы проводим на базе партнеров.

Разработчики сопровождают все этапы производства — помогают, тестируют готовые платы и компоненты спутника. В том числе они проверяют, чтобы включались все системы и работала полезная нагрузка.

Параллельно к работе с аппаратами готовятся операторы нашего Центра управления полетами. К новому запуску мы вводим в эксплуатацию вторую нашу наземную станцию управления.

— Вы упомянули, что Геоскан работает над проектом, который предполагает проведение 3D-съемки Луны и Марса. Какие ключевые этапы включает эта миссия?

— Проект находится в проработке. На первом этапе задумка в том, чтобы сделать для начала два аппарата для окололунной орбиты. Они будут оригинальной конструкции — не в форм-факторе кубсата. Наши межпланетные аппараты будут оснащены плазменными двигателями на эффекте Холла от Центра Келдыша, в то время как специалисты Института прикладной математики им. М. В. Келдыша РАН помогут нам с программным обеспечением, алгоритмами и расчетами нужной траектории для полета к Луне. По плану, зонды могут стартовать попутно с другими аппаратами на ракете-носителе Роскосмоса.

Баллистики ИПМ им. М. В. Келдыша РАН придумали интересную схему полета, которая позволит использовать возмущающее действие гравитационного поля Солнца и плазменные двигатели для сложных маневров. Аппараты будут выводиться попутной нагрузкой на обходную траекторию перелета к Луне. Используя тягу двигателя и гравитационные возмущения, за много дней они выйдут на низкую окололунную полярную орбиту. Спутники будут проводить съемку поверхности Луны с разрешением 2 м/пикс — ожидается получить около 30 ТБ данных для создания 3D-модели небесного тела, которые будут передаваться на Землю в оптическом диапазоне.

— Какие основные задачи будет решать проект и когда ожидаются его первые результаты?

— Основная задача — научная, проект не будет коммерческим. Для планирования межпланетной миссии планируем использовать наши наработки по коммерческим спутникам ДЗЗ и собственное финансирование. Запуск предварительно намечен ближе к концу десятилетия — постараемся подготовить его к 2027-2028 году. Некоторое время после достижения Луны спутникам потребуется на съемку, отправку информации. Сейчас мы работаем над способом передачи данных.

Полученная 3D-карта Луны высокого разрешения методом цифровой фотограмметрии станет дополнительным инструментом для ученых, который дополнит другие возможности для исследований. Полученная информация будут опубликована в открытом доступе. Исследователи смогут использовать ее в своей работе по изучению естественного спутника Земли и по планированию будущих космических миссий — как автоматических, так и пилотируемых.

Кроме того, натуральная фотограмметрическая модель обеспечит более понятное представление Луны для любителей — ее можно будет приблизить, детально рассмотреть поверхность, увидеть следы работы там людей. Потому что даже на видеосъемке не всегда можно разобрать, что там на поверхности.

— Сейчас Геоскан создает образовательные спутники и аппараты ДЗЗ. Какие у компании дальнейшие планы в области разработки космических аппаратов? Планируется ли расширять линейку продукции или модернизировать существующие спутниковые платформы?

— Обязательно. У нас происходит непрерывная модернизация. Сейчас полетят 3-юнитовые аппараты и они уже отличаются от наших аппаратов такой же размерности, которые отправились на орбиту в ноябре 2024 года. Например, мы улучшили систему навигации, модернизировали программное обеспечение — оно дорабатывается постоянно. Аппараты на орбите мы можем перепрограммировать, перепрошить — это касается любой платы и системы. Сейчас активно работаем над улучшением системы ориентации и стабилизации, которая необходима как для съемки Земли, так и в будущем для Луны и Марса. Если мы идеально научимся работать на околоземной орбите, то сможем делать то же самое и в относительно дальнем космосе.

Также экспериментируем с улучшением солнечных батарей. В качестве материала панелей для 3-юнитовых аппаратов используется кремний, для 16-юнитовых — арсенид галлия, который дороже, но у него выше КПД и стойкость к радиации. В этой области мы работаем с НТЦ тонкопленочных технологий в энергетике — они сторонники того, чтобы кремний возвращать в космонавтику и использовать на низких околоземных орбитах.

Мы проведем эксперимент на спутнике Геоскан-1 с солнечными панелями из полупроводников разного типа. Так, там установлены солнечные панели из перовскита и кремния -n и -p типа. За время полеты мы с коллегами оценим эффективность и длительность службы используемых материалов.

Данные, которые мы получаем из космоса, дают нам понимание того, что еще можно и нужно улучшить. Опыт по 3-юнитовым и 16-юнитовым аппаратам пригодится для создания группировки спутников ДЗЗ. Первый большой аппарат полетит сейчас, а второй, под названием «Лобачевский», созданный для Нижегородского государственного университета, отправится на орбиту примерно осенью. У него будет две камеры меньшего размера, чем на ИнноСат16 — мультиспектральная цветная и гиперспектральная. Поскольку аппарат еще в процессе сборки, мы сможем применить полученный летный опыт при его создании.

— Можете рассказать подробнее о развитии собственной группировки ДЗЗ Геоскана? На каких аппаратах будет строиться система?

— Основой будущей группировки ДЗЗ Геоскана станут несколько спутников формата 16U. В дальнейшем планируем делать более крупные спутники. Пока есть два варианта: либо это будут большие кубсаты — до 60 юнитов (при том, что сейчас максимальный размер в мире — 24 юнита). Другой вариант — делать спутники оригинальной конструкции, не привязываясь к форм-фактору кубсата и его строгим формам. В таком случае, придется создать еще и свой контейнер или как говорят систему отделения, либо работать по этому вопросу с нашим партнером, компанией «Аэроспейс кэпитал».

В планах компании — достичь разрешения снимков ДЗЗ до 90 см на пиксель. Мы знаем, что в мире сейчас делают 30 см на пиксель в коммерческой съемке. Пока цель для нас очень амбициозная, но надеемся за два-три года ее достичь. Начинаем с 2,5 м на пиксель у ИнноСат16.

Кубсаты «Геоскана» — часть попутной полезной нагрузки, запущенной 25 июля ракетой «Союз-2.1б». Основной же стали спутники «Ионосфера-М» №3 и №4. Подготовили карточки о том, как они устроены и для чего нужны.

Космические аппараты займутся изучением космической погоды. Что ее формирует и как ее можно прогнозировать — рассказали все, что нужно знать.