Спутники-трансформеры набирают популярность

ВВС США планируют производить взрывы плазменных бомб в ионосфере с помощью микроспутников в целях улучшения качества радиосвязи на больших расстояниях, сообщает New Scientist. 

Известно, что ночью скорость радиоволны намного выше, чем в светлое время суток. Именно ночью плотность частиц в ионосфере, верхнем слое атмосферы, возрастает, что способствует более эффективному распространению радиосигналов.

Спутник CubeSat. Фото: сайт CubeSat

Однако ученые, выполняющие заказ ВВС США, столкнулись с двумя небольшими проблемами в реализации такого проекта: первая - как на десятисантиметровом "кубике" разместить генератор плазмы,  вторая - как произвести расчет рассеивания этой плазмы.

Разработчики пока пришли к двум вариантам исполнения генератора. Первый вариант предусматривает нагревание  металла до полного его испарения - результатом реакции с кислородом будет плазма. Второй - разработчики планируют нагревать металл, взрывая небольшие заряды: в итоге под воздействием взрыва появятся облака плазмы различной формы, подытоживает источник.

Давайте разберемся, как верхние слои атмосферы помогают нам организовывать радиосвязь. Представьте, что слой ионосферы - это стекло, на которое направляются радиоволны передатчика. Если направить радиоволну передатчика на стекло под определенным углом из одной точки земного шара, она отразится от поверхности по правилу физики - угол падения равен углу отражения - под тем же углом и будет принята в другой точке Земли.

Конечно, идеальным вариантом для осуществления связи послужило бы стекло с зеркальной поверхностью. В этом случае приемник принял бы все отраженные от поверхности сигналы передатчика практически без потерь. Но ионосфера - не зеркало, а своеобразная уплотненная заряженными частицами среда, которая не только отражает радиоволну, но поглощает и частично ее рассеивает. Вследствие чего сигнал становится слабее, и приемник может его не увидеть после отражения, или он будет настолько слабым, что мы не разберем речь корреспондента.

Вот поэтому американские ВВС сейчас и производят эксперименты с ионосферой, стараясь сильнее уплотнить ее внешними воздействиями (повысить степень ионизации) и тем самым обеспечить хорошую отражающую способность, несмотря на то что ионосфера сама по себе является природной земной плазмой (так же как молния, северное сияние, огни святого Эльма).

Ранее американцы в ходе одной из программ уже "бомбардировали" этот слой атмосферы радиацией на Аляске. Теперь же военные планируют привлечь к подобным экспериментам свои миниатюрные спутники. О каких спутниках идет речь?

В американских ВВС состоит на вооружении наноспутник CubeSat (в переводе с английского буквально "карманный кубик"). Этот космический аппарат был разработан в 1999 г. учеными Калифорнийского политехнического университета. Тогда любой студент мог построить свой спутник и использовать его в своих научных исследованиях.

Конструктивно в простейшем варианте исполнения спутник представляет собой куб с равными сторонами по 10 см (массой до 1,33 кг). Между тем предусмотрены варианты "кубсатов", состоящие от одного до шести скрепленных вместе кубиков (стандарты от 1U до 6U). К примеру, спутник стандарта 6U достигает массы около 8 килограммов. Грани "кубиков" выполняются из алюминия, поверхности покрываются солнечными батареями, тут же крепятся антенны приемника и передатчика. Перед запуском CubeSat помещается в пусковой контейнер P-POD. Остается только закрепить контейнер на ракете-носителе. Оказавшись в космосе, пусковой контейнер с помощью пружин отстрелит наноспутники на нужную орбиту.

Необходимо отметить, что в функциональном плане CubeSat ничем не отличается от других спутников: он может выполнять роль радиоретранслятора, собирать информацию об окружающей обстановке, передавать необходимые данные на Землю. Спутник может наблюдать не только за погодой, но и за Солнцем - предупреждать нас о солнечной активности. Ведь именно в магнитные бури работа электронных приборов нестабильна.

Компактный спутник не требует больших затрат для сборки, что делает его доступным для различных организаций и простых людей. Поэтому использование такого спутника уже не является прерогативой правительственных организаций. При правильном подходе к использованию получаемой с "кубика" информации можно решить множество вопросов, таких как планирование движения городского общественного транспорта, навигация транспортных средств, помощь в пограничных спорах и отслеживании воздушных и морских судов, поисково-спасательные работы, геодезическая фотосъемка и прочее.

Кстати, комплектующие для наноспутника можно заказать в интернете, и технически грамотные люди смогут использовать его для реализации своих инноваций. Хотя до уровня современного компьютера, который можно собрать за короткое время, еще пока далеко: необходимо проводить с "кубиком" сложные настройки, тесты, отладки, которые занимают не один месяц.

Но все равно работа с CubeSat намного проще, чем в традиционной космонавтике, поэтому наноспутники позволили сотням студентов, ученых и деловых людей различных стран, в том числе и России, выйти в космос.  

Так, в этом году с Байконура с помощью космической станции был запущен спутник "Томск-ТПУ-120" (стандарта CubeSat 3U) с целью оценки возможностей работы спутников на орбите. Кубический аппарат был разработан учеными Томского политехнического университета (ТПУ). Конструкцию спутника напечатали на 3D-принтере из термостойкого пластика и снабдили электроникой, разработанной специалистами Юго-Западного госуниверситета.

В марте 2016 г. на орбиту вышел наноспутник стандарта 3U - "Самсат-218", разработанный в Самарском аэрокосмическом университете. Особенность такого аппарата - возможность контроля его работы с мобильного телефона.

Кстати, ранее Роскосмос порадовал молодых специалистов вузов новостью, что бесплатно возьмется за доставку их спутников на орбиты. Для справки, стоимость запуска одного "кубика" стандарта 1U вместе с контейнером колеблется от $40 тыс. до $100 тысяч.

А вот американские ученые не хотят ограничиваться околоземными орбитами и попытаются использовать CubeSat для межпланетных полетов. Так, агентство NASA временно отложило запланированный на начало этого года полет на Марс исследовательского корабля "Инсайт" ("Insight") вместе с двумя "кубсатами" стандарта 6U. Марсианский "кубик" (Mars Cube One) выведут на межпланетную орбиту тем же разгонным блоком, что и модуль "Инсайт". Дальше спутники должны будут достичь Красной планеты самостоятельно.

Необходимо отметить, что миниатюрный спутник имеет ограниченные функции, но томские ученые идут дальше в расширении использования "кубиков", объединив их в кластеры. Один кластер может сочетать "кубсаты" различного назначения: "кубик"-фотокамера, "кубик"-отвертка, "кубик"-мусорщик и так далее. Другие кубические аппараты возможно наделять интеллектом, развивать и самообучать. В перспективе кластер станет роботом, способным ремонтировать космические аппараты (особенно аппараты с радиоактивным и токсичным топливом), заниматься уборкой космического мусора и выполнять другие важные вспомогательные задачи.

Спутники-трансформеры помогут нам в исследовании космоса, и со временем их возможности будут только расширяться. Все это изменит наш взгляд на освоение космоса.