Созданный вместе со школьниками «Сириуса» первый космический зондовый микроскоп стартует на орбиту в 2023 году
Кубсат «Нанозонд-1» позволит выяснить, как повреждается поверхность спутников в космическом пространстве
16 янв. 2023 г.
В 2023 году на околоземную орбиту будет запущен сканирующий зондовый микроскоп, который разработан совместно с российскими школьниками в рамках программы «Большие вызовы» Образовательного центра «Сириус». Космический аппарат позволит получать изображения поверхности материалов в условиях открытого космоса и решать задачи создания новых материалов. Запуск запланирован на май 2023 года с космодрома «Восточный».
Околоземное пространство – агрессивная среда для искусственных аппаратов, которые человек выводит на орбиту. На их оболочку воздействуют космическая пыль и солнечное излучение, ионный ветер и частицы высокой энергии, удары нанометеоритов и фрагменты разрушенных спутников. Как повреждаются поверхности космических аппаратов и какими характеристиками должны обладать материалы для их изготовления − это предмет исследования учёных.
К решению этой задачи подключились воспитанники Образовательного центра «Сириус». В 2021–2022 годах они совместно со специалистами АО «Завод ПРОТОН» (г. Зеленоград), НИУ «МИЭТ» и ОГУ имени И. С. Тургенева создали прототип космического сканирующего зондового микроскопа и специальные антенны, которые будут принимать от него данные о воздействии космической среды на поверхность космических аппаратов. Проект назвали «Разработка и создание научно-исследовательского комплекса для экспериментов в космосе в области нано в общероссийском формате». Его руководителем и автором стал начальник научной лаборатории МИЭТ и ведущий конструктор «Протона» Борис Логинов.
После вывода на орбиту, аппарат будет с нанометровой точностью сканировать поверхность зеркала из золота, которая подвергается всему спектру воздействий открытого космоса. Снимки поверхностей будут передаваться по радиосвязи на Землю, чтобы специалисты могли оценить процессы разрушения материалов в условиях космоса.
«Благодаря этой разработке создана большая образовательная программа с встроенной в неё серьезной научно-исследовательской задачей. Ребята со всей страны в команде направления «Нанотехнологии» будут обрабатывать поступающие с микроскопа данные. Это первая в России попытка вместе со школьниками создать реальный массив big data для конкретной практической цели и выполнить распределенный анализ», − рассказал методист направления «Нанотехнологии» ОЦ «Сириус» Юрий Хрипунов.
Спутник разработан Орловским государственным университетом имени И. С. Тургенева совместно с АО «Завод ПРОТОН» (г. Зеленоград) и НИУ МИЭТ при поддержке Фонда содействия инновациям в рамках проекта Space-π программы «Дежурный по планете». Космический аппарат создан на основе спутниковой платформы компании «Спутникс» формата CubeSat 3U.
*Всероссийский конкурс научно-технологических проектов «Большие вызовы» – это масштабное мероприятие для старшеклассников и студентов, которые занимаются научной или исследовательской деятельностью. В этом году в конкурсе впервые могут принимать участие школьники из стран СНГ. В конкурсе принимают участие ученики школ и учреждений среднего профессионального образования уровня 7-11 классов.
— Расскажите, пожалуйста, о вашем втором спутнике в проекте Space-π.
— «Горизонт» (создаётся совместно с компанией «Геоскан») мы пока только готовим к запуску. Он запланирован на конец 2023 года. Для этого кубсата тоже провели конкурсный отбор полезных нагрузок, предложенных школьниками. Также выбрали проекты, связанные с приборотехникой, мехатроникой и системами управления, поскольку именно эти направления реализуются в нашем вузе. Например, установим модуль маховиков, который позволит ориентировать кубсат в пространстве и корректировать его местоположение на околоземной орбите.
— Каким образом?
— Модуль маховиков – небольшая коробочка с четырьмя двигателями, на валу каждого из которых есть маховичное колесо (грузик). Во время полёта спутника система датчиков сообщает нам, под каким углом кубсат находится относительно поверхности Земли. Если мы хотим изменить этот угол, то при помощи компьютерной имитационной модели рассчитываем усилие и запускаем часть двигателей. Таким образом можно будет решать любые задачи, требующие корректировки положения спутника в пространстве. Например, сделать фотографии под нужным углом или ориентировать на Солнце раскладывающиеся солнечные панели спутника так, чтобы их КПД был максимальным.
— Что еще предложили школьники?
— Как раз раскладывающиеся солнечные панели. Их у нас на спутнике две. Будем тестировать, насколько эффективно они работают под разными углами относительно Солнца, необходимо ли их раскрывать, или это избыточно. Возможно, для аналогичного эффекта достаточно покрыть весь корпус аппарата солнечными панелями. К тому же мы задумались о создании солнечного паруса, который позволит корректировать траекторию движения космического аппарата при воздействии на него солнечных лучей. Солнечные панели – первый шаг в его разработке.
Мастер-класс для школьников по основам спутникостроения
— То есть, проект «Горизонт» полностью посвящен навигации спутника?
— Не совсем так. Также там будет модуль исследования памяти.
Сейчас «Роскосмос» использует в спутниках однократно программируемую память, минус которой в том, что ПО аппарата не обновляется в процессе, и после принятия команды дорожки платы пережигаются – ничего изменить в алгоритме уже нельзя. При этом у однократно программируемой памяти есть весомый плюс – она радиационно стойкая, можно не беспокоиться о надёжности изделия.
— Чем принципиально будет отличаться ваша разработка?
— Мы разрабатываем электронную плату, на которой будут расположены три одинаковых модуля памяти с разной степенью физической защиты от радиации: первый модуль просто находится на плате, второй защищён, третий имеет повышенную защиту. При этом память в них будет находиться многократно программируемая и магниторезистивная. По предварительным данным, магниторезистивная память также может долго работать в условиях космического пространства, даже дольше, чем спутник обычно находится на орбите. Будем исследовать на практике, как часто будут происходить сбои в модулях, как модули поведут себя при воздействии прямых солнечных лучей, будем искусственно создавать помехи в электропитании. Обработанные данные планируем передать в «Роскосмос», а также разработчикам магниторезистивной памяти.
— Но вернёмся к школьникам. Помимо того, что они предложили очень оригинальные и новаторские идеи по оснащению спутников полезной нагрузкой, как ещё они участвуют в работе над проектами?
— В разработке полезной нагрузки и изготовлении спутников школьники не участвуют, эту работу ведут студенты Центра научно-технического творчества на базе «ВОЕНМЕХа». Но ребята вместе с нашими аспирантами и учёными в Центре управления полётами смогут выходить на связь с кубсатами, получать и передавать данные, работать в серии научно-образовательных экспериментов.
С февраля для школьников начинает работу онлайн-школа на базе Лекториума «ВОЕНМЕХа». Будут три часовые онлайн-лекции. В их разработке участвуют студенты и популяризаторы космонавтики: преподаватель Инженерно-космической школы при «ВОЕНМЕХе» Андрей Емельянов, выпускник нашего университета, космонавт Андрей Борисенко и другие. Расскажем о космонавтике, осветим техническую составляющую полезных нагрузок наших спутников в проекте Space-π. Каждая лекция завершится тестом. В зависимости от результатов запланированы поощрения для школьников.
— Как я понимаю, после окончания участия «ВОЕНМЕХа» в проекте Space-π работу со спутниками вы не закончите?
— Конечно, нет (смеётся). Сейчас наши студенты разрабатывают свой собственный малый космический аппарат – шестиюнитовый, не кубсат. Отрабатываем конструкцию, планируем испытания. В течение года будем отслеживать прогресс, проведём наземные эксперименты с разработками и отберём для нового запуска те изделия, которые будут наиболее жизнеспособными.
