Миниатюрные спутники

Сегодня как обычно в первый понедельник месяца наша передача посвящена космической тематике. А конкретно речь сегодня пойдет об искусственных спутниках Земли. При чем я сразу хочу оговориться, что о больших проектах, в реализации которых участвуют крупные национальные космические агентства, мы говорить не будем, а обратим наше внимание на разработки ученых из европейских университетов. Именно там сегодня решается судьба космоплавания. По мнению европейских ученых эра спутников-гигантов закончилась. Пришло время мини и микро-сателлитов, размер которых зачастую не превышает размера обувной коробки, а электронику, которой они напичканы, можно недорого купить в хозяйственном магазине за углом. Миниатюрные спутники стоят недорого, на их разработку уходит немного времени, что выгодно их отличает от их более крупных собратьев, при всем при том что работа, которую они выполняют в космосе, имеет огромное значение, как научное, так и практическое.

Мы стоим на пороге больших перемен. Судя по всему, процесс глобализации в ближайшие десятилетия еще более обострится. И только с помощью инструментов, расположенных в Космосе, мы сможем получить полную картину происходящего. Разумеется, большие и дорогостоящие спутники с многочисленными измерительными приборами на борту будут, как и прежде, приносить огромную пользу. Однако нам необходимо усилить мониторинг окружающей среды, а для этого нам нужны новые небольшие спутники. Они хотя не столь привлекательны для проведения фундаментальных исследований, однако без них не возможен тщательный всеобъемлющий контроль изменений окружающей среды. Я полагаю, что в будущем число небольших спутников резко возрастет. Я также надеюсь, что европейские страны будут играть в этой области все более значимую роль, и что нам удастся продемонстрировать миру, на что способны мини и микро-сателлиты.

Британец Крэг Андервуд обладает огромным опытом в деле строительства небольших спутников. Физик и информатик в одном лице он в настоящее время работает в университете города Гилдфорд - графство Сюррей, где расположен Космический центр графства Сюррей, в котором в 1981 году был построен первый мини-сателлит.

Мы производим несколько типов небольших сателлитов. Большинство из них весят от сотни до 150-ти килограмм, однако есть и потяжелее, вес которых достигает 400- 500 килограмм. На сегодняшний день число уже запущенных нами и ожидающих запуска спутников малого размера составляет несколько сотен штук.

Когда речь заходит о мониторинге окружающей Среды, многим на ум приходит европейский спутник Envisat. Вот уже три года он находится на околоземной орбите, определяя состав атмосферы и следя за уровнем моря и толщиной ледяной корки, покрывающей полюса нашей планеты. На спутнике находятся 10 различных измерительных приборов, вес его составляет 10 тонн, и обошелся он Европейскому космическому агентству ЕСА не много ни мало в 2 миллиарда евро. 10 лет потребовалось разработчикам для того, чтобы построить этот спутник-гигант. И, тем не менее, сегодня, всего лишь три года спустя после его запуска, он уже устарел и считается динозавром спутникостроения, то есть вымирающим видом. Больше таких огромных спутников никто строить не будет. Причем не только по причине сокращения бюджета европейского космического агентства ЕСА. Дело в том, что уж больно много времени уходит на разработку и строительство такого левиафана.

Отныне, вместо того чтобы строить один огромный и неповоротливый спутник, европейцы будут посылать на орбиту несколько маленьких, но более юрких, способных на выполнение различных задач, справится с которыми не под силу спутнику-великану. На стороне карликовых сателлитов огромное преимущество. Во-первых, они стоят намного дешевле их более крупных собратьев. Во-вторых, их можно быстро построить, напичкать необходимой электроникой, которая еще не успела устареть ко времени запуска, и без особых проблем отправить на орбиту. Причем по нескольку штук за раз. Говорит Рене Лауфер, инженер в области аэрокосмической техники при университете города Штуттгарта.

Обычный спутник совершает виток вокруг земли за 90 минут. Однако при этом Земля тоже не стоит на месте. В результате спутник, совершив полный оборот вокруг земли за полтора часа, оказывается вовсе не в исходной позиции, поскольку Земля тоже успела повернуться к нему другим боком. Иногда проходит полдня, прежде чем сателлит вновь окажется в первоначальном пункте наблюдения. Наличие нескольких маленьких спутников позволяет нам проводить наблюдения интересующего нас района планеты на раз в пол дня, а гораздо чаще, с промежутком, не превышающим одного часа. В конечном итоге, это дает нам возможность непрерывного мониторинга районов природных катастроф, что является делом жизненно важным.

Новая техника уже зарекомендовала себя во время Цунами, случившимся в Южной Азии в прошлом году. Через два часа после начала стихийного бедствия в центре управления полетами были получены первые снимки затронутого катастрофой региона, сделанные четырьмя мини-сателлитами, проводившими мониторинг окружающей среды. Эти спутники, вес каждого из которых не превышает сотни килограмм, летят друг за другом на одной и той же околополярной орбите на высоте 750 километров над Землей. Такая формация спутников позволяет ученым практически непрерывно наблюдать за районами катастроф. Это первая в мире оперативная сеть микро-сателлитов была создана благодаря сотрудничеству Великобритании, Алжира, Нигерии и Турции, то есть стран, которые, как известно, не являются общепризнанными космическими державами. А построены все четыре спутника были в космическом центре университета английского графства Сюррей. Говорит руководитель этого центра Крэг Андервуд

Я очень рад, что благодаря нашим спутникам нам удалось спасти многие человеческие жизни. Согласитесь, что при их цене, которая составляет всего лишь 10 миллионов евро, коэффициент полезного действия просто огромен.

Поражает не только цена, но и экипировка космического патруля. Несмотря на скромный бюджет инструменты, находящиеся на борту мини-сателлитов, поистине уникальны. Все четыре спутника располагают особыми мультиспектральными камерами.

Любопытен тот факт, что наши конструкторы при создании мини-сателлитов использовали самые обычные детали, которые можно купить в любом магазине электроники. И, тем не менее, аналога нашим фотокамерам нет. Ни одна камера на околоземной орбите не может делать снимков с таким широким углом. В поле зрения их объектива попадают 600 квадратных километров земной поверхности. Как я уже сказал, вся наша техника сделана из самых обычных деталей, которые можно приобрести в любом супермаркете. Разумеется, нам пришлось над этими комплектующими немного поработать, довести, так сказать, до ума, чтобы наша техника без проблем функционировала не только на Земле, но и в космосе.

А теперь давайте перенесемся из Великобритании в Германию в баварский городок Оберпфаффенхофен, где расположен контрольный центр немецкого института аэрокосмических исследований, откуда осуществляется управление немецкими сателлитами особо малого размера. Один из таких спутников носит название BIRD, и оснащен он би - спектральным детектором инфракрасного излучения. С помощью этого прибора спутник способен измерять тепловое излучение планеты по двум различным каналам. Говорит Dieter Oertel, руководитель проекта Бирд при немецком центре аэрокосмических исследований

Наш спутник запрограммирован таким образом, что при обнаружении источника особо сильного излучения, какое бывает при лесном пожаре или извержении вулкана, он делает не один, а сразу два снимка. Первый с нормальной выдержкой, а второй с более короткой. С помощью двух этих снимков мы можем определить температуру и площадь теплового излучения. Более того, BIRD – это единственный в мире гражданский спутник, который на это способен.

Надо отметить, что сенсоры инфракрасного излучения установлены на многих спутниках. Имеются они на борту и таких крупных сателлитов, как американские спутники "Терра" и "Аква". Однако там эти инструменты имеют другое предназначение. Они либо настроены на обнаружение источников очень слабого излучения, например, для измерения температуры поверхности моря, либо запрограммированы на постоянное сканирование всей поверхности Земли. Это не позволяет ученым менять выдержку, с которой производится съемка. Таким образом, преимущества космического пожарного – немецкого спутника BIRD неоспоримы. Кроме того, немецкий спутник уже не раз доказывал свою полезность на деле.

4-го августа 2003 года в Португалии случился большой пожар. Наш спутник, пролетая над охваченным огнем районом страны, автоматически включился и произвел фотосъемку. Мы проявили полученные кадры и поставили их на сайт Мирового центра наблюдения за пожарами, который расположен во Фрайбурге. Через полчаса во Фрайбург позвонили из португальского штаба по борьбе с катастрофой и поблагодарили за оперативность, поскольку именно такой снимок очага пожара был им нужен для определения масштабов бедствия. Ведь получение своевременной и полной информация является зачастую решающим фактором в борьбе со стихией.

Другой немецкий научный центр, занимающийся разработкой и строительством мини-сателлитов, находится в столице земли Баден-Вюртенберг Штуттгарте. Там сотрудники института космических транспортных систем планируют реализацию собственной программы создания и запуска мини-сателлитов. Говорит руководитель проекта Рене Лауфер:

Мы не хотим ограничиваться запуском одного спутника по простой причине. Создание инфраструктуры для строительства сателлитов стоит больших средств. Поэтому было бы неразумно, с хозяйственной точки зрения, использовать ее один единственный раз. В настоящее время у нас осуществляется четыре проекта. В конечном итоге, мы планируем создание небольшого флота спутников.

Конечно, до британцев швабам пока еще далеко. В Штуттгарте нет своего космического центра и нет промышленных цехов для выпуска спутников. Однако перед университетскими учеными и цель такая не стоит. Штуттгартцы рассматривают свою программу как возможность проверки новых технологий непосредственно в космосе.

Дело в том, что космическая промышленность очень консервативна. В ней руководствуются следующим принципом: если вы еще не летали, то и не полетите никогда. Никто не хочет брать на себя риск и создавать что-то новое. И вот тут университет имеет решающее преимущество. Мы просто-напросто строим спутник и, не мудрствуя лукаво, запускаем его. Если полет удастся, то у нас на руках будет новая уже опробованная в космосе технология. Если нет – то и потеря невелика, поскольку это был всего лишь университетский проект, в результате которого мы обогатились опытом. Перед нами не стоит задача получения прибыли.

Феликс Хубер отвечает за создание первого из четырех штуттгартских спутников, запуск которого в космос намечен на конец 2006 года. Основное его отличие от других сателлитов - бортовой компьютер. Именно поэтому проект носит название "Летающий лэптоп".

Особенность нашего бортового компьютера заключается в том, что его возможно полностью перепрограммировать с Земли, в зависимости от стоящей перед нами задачи.

Проще говоря, "летающий лэптоп" может менять свои программы как перчатки. Однако на обычный компьютер с микропроцессором, операционной системой и программным обеспечением "летающий лэптоп" совсем непохож. Программного обеспечения на нем нет вовсе, зато имеется совершенно особый хардвэр, или, как его называют специалисты, "компьютерное железо", которое способно себя заново конфигурировать, в зависимости от стоящей перед ним задачи. Иначе говоря, спутниковый процессор в состоянии полностью изменить свою архитектуру.

Наш компьютер использует систему, которая называется свободно программируемая логика решеток. В информатике различают два типа таких логических решеток: "и"-решетки и "или"-решетки. Из таких решеток я могу в принципе создавать архитектуру любой сложности. Раньше это делали с помощью ламп. Я же с помощью программирования компьютерного чипа в реальном времени могу буквально на ходу менять его предназначение. Я просто конфигурирую его заново для выполнения уже совершенно иной задачи. Обычный процессор на такое не способен. Структура его логических решеток запаяна заводским способом раз и навсегда. Ему понятен только машинный язык, ничего другого делать он не умеет. Структуру нашего процессора можно изменять. Кроме того, наша система обладает еще одним преимуществом. Она работает безотказно. Если возникает проблема, она в состоянии в течение нескольких миллисекунд самостоятельно перегрузиться, такое обычным компьютерам с большими операционными системами не по плечу. Надо сказать, что система свободно программируемых логических решеток уже давно применяется в космонавтике, в частности она используется в некоторых приборах, установленных на спутниках, однако до последнего времени никто не решался оснастить ею бортовой компьютер. Мы первые кто на это отважился.

Если проект удастся, то поле для приложения новой технологии будет огромным. С помощью этой системы можно полностью перепрограммировать бортовой компьютер за четверть часа. Например, поменять задачи, решаемые спутником в зависимости от того, где находится спутник, над дневной или ночной стороной планеты. Если сателлит пролетает над освещенной солнцем стороной планеты, то его камеры делают снимки земной поверхности в видимой части спектра, если же спутник попадает в тень, то бортовой компьютер сам себя перепрограммирует и запускает приборы, работа которых возможна и в темноте. Кроме того, такой компьютер идеально подходит для проверки на практике нового программного обеспечения, разработанного для других космических миссий.

Спутник, оснащенный компьютером, который возможно полностью заново конфигурировать, можно сдавать внаем небольшим компаниям, занимающимся разработкой новых компьютерных программ для космоплавания. Такой фирме спутник нужен всего лишь на несколько дней и ей невыгодно запускать свой сателлит. У нас они могут взять спутник на прокат, проверить свое программное обеспечение, после чего они смогут предлагать его крупным аэрокосмическим концернам, как уже прошедшее проверку в космосе.