Ниже 300 километров: какие аппараты нужны для сверхнизких орбит
Масштабный проект Фонда поддержки проектов Национальной технологической инициативы (НТИ) при поддержке Госкорпорации «Роскосмос» по освоению высот 100–280 км перешел к реальной инженерной практике. Организаторы запустили технологический конкурс Up Great «Сверхнизкие орбиты» по созданию малого космического аппарата. Недавно прошел первый важный этап — отбор заявок и экспертное консультационное мероприятие, где некоторые участники представили свои проекты. Они предложили конкретные технические решения, способные открыть этот сложнейший диапазон для реальных космических миссий.
В первой статье мы подробно разобрали, почему этот диапазон высот стал отдельным технологическим вызовом — остаточная атмосфера стремительно тормозит аппараты и уводит их с траектории. Но если раньше речь шла об общей постановке задачи, то теперь начался отбор конкретных концепций.
Сбор заявок на конкурс официально завершился 26 апреля. Свои варианты компоновки предложили 25 команд — от частных космических стартапов до ведущих университетов. Теперь разработчикам предстоит доказать экспертам, что их проекты позволят спутникам не просто выживать на экстремальной высоте ради разовой демонстрации, а надёжно и долго работать в режиме постоянной миссии.
«В ходе конкурса в 2026 году будут протестированы двигательные установки и проведен расчет аэродинамики, в 2027 году будут созданы сами космические аппараты и проведены наземные испытания, а запуски лучших аппаратов запланированы на 2028 год, — говорит управляющий директор Центра развития системы технологических конкурсов Фонда НТИ Юрий Молодых. — Со стороны Национальной технологической инициативы мы очень рады, что конкурс собрал такое пристальное внимание как со стороны частных космических компаний, так и со стороны государственных институтов и аэрокосмических вузов. Уверены, что проведение конкурса позволит получить ответ на главный вопрос: насколько эффективным с точки зрения экономики может быть создание сверхнизкоорбитальной спутниковой группировки, и какие именно подходы и инженерные решения для этого наиболее эффективны».
В чем сложность сверхнизких орбит
Опустить технику ниже 280 км — задача выполнимая, это уже делали в рамках прошлых космических миссий. Настоящий вызов заключается в том, чтобы удерживать спутник на этих рубежах годами, полностью сохранив его энергоснабжение, связь с Землей и управление полезной нагрузкой.
На высотах около 200 км главным конструктивным барьером становится сильное аэродинамическое сопротивление. Судя по расчетам прошедшей сессии, без собственной двигательной установки любой объект совершит лишь считанные витки перед тем, как окончательно затормозит и сгорит.
Ситуацию усложняет воздействие атомарного кислорода, который разрушает внешние материалы корпуса, а также нестабильность самой атмосферы — существующие геофизические модели дают слишком большой разброс параметров.
Форма космического аппарата для сверхнизких орбит
Исследовательские группы МГТУ им. Н. Э. Баумана и МГУ им. М. В. Ломоносова пришли к близкому выводу: форма аппарата должна выбираться под конкретную высоту полета, а не только под размещение приборов. Для орбит порядка 200 км расчеты методом DSMC, выполненные с использованием программного комплекса DS-3V, показывают преимущество вытянутой и конической формы космического аппарата. Такая геометрия уменьшает сопротивление и помогает снизить требования к тяге двигательной установки.
Но с уменьшением высоты сопротивление растет, и сама форма корпуса уже не решает задачу полностью. Поэтому аппарат для сверхнизких орбит приходится рассматривать как единую систему: корпус, ориентация, энергетика и двигатель должны быть согласованы между собой. Ошибка в одном элементе быстро переходит в ограничение по сроку активного существования.
В случае аппаратов дистанционного зондирования Земли это влияет и на компоновку полезной нагрузки. Вертикальная схема, привычная для многих спутников, не всегда оптимальна: при горизонтальной компоновке можно уменьшить лобовую площадь, но тогда становится трудно разместить целевую полезную нагрузку. Один из вариантов — использовать поворотные зеркала, чтобы сохранить условия съемки без увеличения сопротивления.
Как выбрать двигатель для сверхнизких орбит
На мероприятии отдельно обсуждалось, что универсальной двигательной установки для всех сверхнизких орбит не существует. Разные высоты требуют принципиально разных подходов.
На рубежах около 200 км и выше могут применяться электроракетные двигатели в электропитанием от солнечных батарей. В качестве возможных вариантов рассматривались СПД-70, СПД-50, СПД-100В, КМ-45 и КМ-60.
В диапазоне примерно от 150 до 200 км становится актуальной идея прямоточного электроракетного двигателя, который использует газы остаточной атмосферы как рабочее тело. Логика прямоточного принципа понятна: аппарат собирает разреженные газы верхних слоев атмосферы, ионизирует их и ускоряет, создавая тягу.
Это не отменяет всех ограничений, но позволяет уменьшить зависимость миссии от запаса топлива на борту. За рубежом такой подход заложен, например, в концепции SabreSat компании Redwire: платформа массой около 400 кг рассчитана на эксплуатацию выше 150 км и допускает использование электрического или прямоточного двигателя.
Ниже 150 км требования к питанию бортовых систем резко растут, и в расчетах появляются уже предельные конфигурации с более мощным источником энергии. Например, прямоточные электроракетные двигатели в сочетании с ядерной энергоустановкой.
Российский спутник SX-VICTORIA для сверхнизких орбит
Одним из представленных на сессии проектов стал малый космический аппарат SX–VICTORIA компании «Спутниковые инновационные космические системы» («СПУТНИКС»). Концепция рассчитана на работу на высотах 200–280 км со сроком активного существования до 300 суток.
Новинка имеет корпус длиной около 3 м. Внутри выделены зоны двигательной установки, служебные блоки и отсек полезной нагрузки. По проекту целевое оборудование может размещаться в объёме, сопоставимом с тремя контейнерами формата 16U: сюда устанавливается оптико-электронная аппаратура, средства радиомониторинга или другие приборы. Также рассматривается возможность вывода нескольких кубсатов на разные орбиты.
Для энергетики предполагаются солнечные батареи площадью около 20 м² на основе кремниевых фотопреобразователей. Скорость передачи данных заявлена до 1 Гбит/с при энергопотреблении линии до 60 Вт. Оценочная масса спутника — около 240 кг. Двигательная установка относится к перспективным разработкам Центра Келдыша.
Важно, что в этой концепции сверхнизкая орбита не рассматривается как добавочная опция к обычной платформе. Аппарат изначально проектируется под работу в плотном для космических условий остаточном газе, где аэродинамика и энергетика определяют не меньше, чем состав полезной нагрузки.
Мировой опыт использования сверхнизких орбит
История сверхнизких орбит показывает, что отдельные аппараты уже могли функционировать в диапазоне высот чуть больше 200 километров. Советские «Космос-149» и «Космос-320», американские серии KeyHole, европейский гравиметрический спутник GOCE и японский SLATS/Tsubame проверяли разные варианты эксплуатации на малых высотах. Но эти миссии не стали серийными платформами для устойчивых группировок.
Самый показательный пример — японский Tsubame. Зонд JAXA функционировал на нескольких рубежах и достиг отметки 167,4 км, что было зафиксировано как рекорд минимальной высоты для спутника дистанционного зондирования Земли. Для удержания траектории использовалась комбинация ионной двигательной установки и газореактивных двигателей, особенно на самых нижних участках. Этот опыт важен потому, что он показывает практический предел: чем ближе к Земле, тем больше космический аппарат превращается в постоянно управляемую систему, а не просто в объект, движущийся по расчётной траектории.
Параллельно идет поиск новой геометрии. В декабре 2025 года NASA сообщило о запуске четырех аппаратов DiskSat — плоских дискообразных спутников диаметром около 1 м и толщиной около 2,5 см. Такая конфигурация рассматривается как один из вариантов для будущих миссий на экстремально низких рубежах, где нужно уменьшать сопротивление и одновременно сохранять полезный объем.
Дальнейшие этапы конкурса Up Great «Сверхнизкие орбиты»
Итог мероприятия можно сформулировать достаточно конкретно: создание спутников для работы на сверхнизких орбитах требует не модернизации отдельных систем аппаратов, а проектирования новой платформы целиком. Двигатель, форма корпуса, система ориентации, материалы и энергетика здесь связаны жестче, чем на привычных высотах.
В продолжении конкурса в 2026 году его участникам предстоит протестировать решения по двигательным установкам и аэродинамике. В 2027 году задача перейдет к созданию аппаратов и наземным стендовым проверкам, а в 2028 году лучшие инженерные проекты будут выведены в космос. Только летный эксперимент покажет, какие математические выкладки подтверждаются в реальной атмосфере и насколько экономически оправдана идея сверхнизкоорбитальной группировки.
Пока же конкурс фиксирует важный переход: этот диапазон перестает быть областью отдельных экспериментов. Он становится инженерной задачей с измеримыми параметрами: высотой, тягой, сопротивлением, сроком активного существования и полезной нагрузкой.
Самое популярное
