Спецпроект

Украинская дорога в космос



марсианский дрон, ракетные двигатели и микроспутники


Украинские инженеры вырвали победу в хакатоне NASA, предложив инновационный дрон для исследования Марса. Молодые ученые из КПИ активно осваивают новое направление изучения космоса - микроспутники. А США заинтересовались украинскими двигателями для ракет, которые могут заменить российские.

"Обозреватель" подготовил спецпроект, посвященный успехам украинской космонавтики.

Марсианский прыгун

Украинские разработчики 26 мая выиграли хакатон NASA Space App Challenge, представив на конкурсе проект дорона Mars Hopper. Украинская команда заняла первое место в номинации "Выбор людей".

Задача Mars Hopper - исследование полярных шапок Марса, самой заманчивой области для космических экспедиций. По расчетам ученых, в далеком будущем именно с помощью огромных полярных шапок можно будет терраформировать Красную планету, сделав ее пригодной для жизни.

В составе команды победителей семь энтузиастов: Александр Буткалюк, София Буткалюк, Вячеслав Осауленко, Николай Денисенко, Павел Правдюков, Андрей Музыченко и Илья Рубинский. Самая младшая участница - София Буткалюк, ей всего 11 лет и она перешла в седьмой класс лицея в Виннице.
Именно Софии принадлежит идея, использовать для топлива сухой лед, диоксид углерода CO2, из которого состоят полярные шапки Марса.

Использование льда, который будет добываться на поверхности Красной планеты, позволяет отказаться от сотен килограмм топлива, которые иначе пришлось бы вести с Земли.

Все что необходимо - собрать нужное количество льда, растопить его, превратив в сверхкритическую жидкость, направить в сопла и получить реактивную тягу. Оторвавшись от поверхности, Mars Hopper с помощью тех же процессов направляет энергию на винты, которые поддерживают дрон в разряженной атмосфере Марса.

Учитывая то, что для растопки сухого льда используется РИТЭГ (радиоизотопный источник электроэнергии), который может работать десятилетиями и используется в том же известном марсоходе Curiosity, ресурсы для полета у Mars Hopper просто неограничены.
От такого способа полета и произошло название дрона - Mars Hopper - марсианский прыгун. Он совершает длинные прыжки, во время которых ведет съемку поверхности Марса.

Также в полете дрон берет пробы атмосферы и собирает другие важнейшие данные. Затем совершает посадку, набирает лед, проводит исследование на поверхности и совершает новый "прыжок".

"Мы делали все максимально легким, чтобы давление было низким. Использовали обычные бытовые инструменты. Под ресивер взяли обычную полиэтиленовую бутылку, за что, кстати, коллеги нас очень дразнили и назвали нашу конструкцию "бутылколет". Но мы получили ракетопланчик весом 122 грамма, который на 3-4 граммах сухого льда может пролететь несколько метров", - рассказал Александр Буткалюк.
Следующая стадия разработки - изготовление прототипов и проведение серии натурных экспериментов, часть из которых пройдет на земле, а другая на высоте в 30 километров, где плотность атмосферы идентична марсианской. В этом помочь молодым ученым решил Национальный университет "КПИ", который предложил проводить дальнейшую работу в инновационной среде университета "Sikorsky Challenge". Тем более, что трое членов команды: Павел Правдюков, Николай Денисенко и Вячеслав Осауленко - киевские политехники с разных факультетов.

"Все условия в НТУУ "КПИ" для этого есть. Причем здесь можно не только поработать в лабораториях прототипирования, но и получить инвестиции от венчурных фондов, и в случае необходимости получить консультации ученых и конструкторов, которые много лет работают в различных научных областях, связанных с космической и авиационной тематикой", - рассказали "Обозревателю" в университете.

Микроспутники

Времена, когда на исследование космоса выкидывались огромные средства, а понятие Космическая гонка было синонимом Холодной войны - давно ушли в прошлое. В космос активно стремятся частные компании, стартапы и просто энтузиасты, для которых вопрос экономии вышел на первый план.

Ответом на такое требование стало появление платформы CubeSat - программы по стандартизации спутников. По размерами они должны быть кратны кубу 10х10х10 сантиметров, весом около одного килограмма. Благодаря этому в одну ракету даже легкого класса помещается несколько десятков CubeSat-ов, что значительно удешевляет стоимость выведения на орбиту, до $30-40 тысяч.

Такие условия заставляют разработчиков максимально тщательно компоновать спутник, ведь на счету каждый грамм и миллиметр. Правда, современный уровень электроники позволяет оснастить даже такой миниатюрный спутник всем необходимым.

Несмотря на кажущуюся "игрушечность", именно в микроспутниках ученые видят будущее развития космонавтики. Даже в запланированной NASA программе пилотируемого корабля Orione, которую оценивают в миллиарды долларов США, CubeSat-ы играют важнейшую роль. С их помощью планируется исследовать Луну, астероиды и другие космические объекты.

Учитывая их малый вес, размер и стоимость - можно одновременно запустить целый рой микроспутников и не бояться, что выход из строя одной единственной микросхемы, как это бывает на дорогих и больших научных зондах, будет означать полный провал программы.
Для запуска CubeSat-ов Международную космическую станцию даже оснастили специальным устройством, которое расположили на американском сегменте. Установка "выбрасывает" в открытый космос микроспутники, которые до этого отправляют на МКС вместе с другими грузами с помощью беспилотных "грузовиков" или во время смены экипажей. Такой способ вывода на орбиту обходится еще дешевле, ведь миниатюрные спутники летят в оставшемся незанятом месте, фактически "за компанию".
Использование CubeSat стало основой стартапа Planet Labs, который с 2014 года получил порядка 200 миллионов долларов инвестиций. По задумке Planet Labs, вывод множества дешевых микроспутников позволит получать снимки Земли чуть ли не в режиме онлайн. Заказчиками снимков могут быть как крупные компании, так и частные лица. А целями - от мониторинга состояния нефтепровода, до коллективного селфи.
А почти два года назад, 19 июня 2014 года, в космосе заработал украинский микроспутник PolyItan-1, созданный учеными КПИ и ставший первой украинской разработкой по программе CubeSat.

Он был выведен украинским ракетоносителем "Днепр", созданным из баллистической ракеты Р-36М, более известной по "западному" имени - "Сатана".

Несмотря на скорее тестовые и демонстрационные задачи, первый украинский микроспутник стал успешной платформой для оценки работы солнечных батарей, созданных в КПИ и новых алгоритмов обработки сигналов спутниковых навигационных систем.

А для работы с PolyItan-1 в КПИ был создан свой миниатюрный космический центр, ставший базой подготовки специалистов, которые могут на практике поработать с космическим аппаратом на орбите.
В это же время в лабораториях КПИ готовятся к пуску следующие микроспутники, которые значительно расширят спектр научных программ.

Так, уже ждет старта PolyITAN-2, который в два раза больше своего предшественника и включен в международную исследовательскую программу QB-50, в которой будут участвовать сразу полсотни подобных аппаратов, оснащенных высокоточной аппаратурой.

Задача нового микроспутника - исследование нижних слоев термосферы, от границы между космосом и атмосферой, которая проходит на высоте 90-100 километров, до 400 километров, где находится орбита МКС.

Запуск спутника и старт масштабной исследовательской программы намечен на конец 2016 - начало 2017 года.

Ракетные двигатели

Санкции США против России отразились не только на благополучии Кремля. Вашингтон также вынужден корректировать свои программы, в которых он зависел от поставок из РФ. Так, в ракетоносителе Atlas V, который в США выводит в космос спутники, грузовые корабли и межпланетные станции, используются российские двигатели первой ступени РД-180.

Необходимость в этих двигателях давно стала головной болью для американцев, ведь Atlas V выводит на орбиту и военные спутники. И если раньше использование российских разработок лишь немного ударяло по имиджу США, то после введения санкций вопрос стал более остро.

Именно по этой причине в Вашингтоне заинтересовались в совместной с Украиной разработке и производстве ракетных двигателей на замену РД-180. Об этом сообщил глава Государственного космического агентства Украины Любомир Сабадош. Добавив, что технические требования переданы в днепровское КБ "Южное", а ближайшие детальные переговоры назначены на ноябрь.
В свою очередь КБ "Южное" за свою историю разработало более трех десятков различных ракетных двигателей, которые используются в украинских ракетоносителях "Зенит", "Циклон", "Днепр", зарубежных - американской Antares и европейской Vega.

При этом еще в прошлом году генеральный конструктор КБ "Южное" Александр Дегтярев сообщил, что уже несколько лет идет разработка перспективного семейства двигателей для первых ступеней ракетоносителей с мощностью порядка 250-500 тонн и выше, что подпадает под необходимые параметры для американской ракеты Atlas V.

"По нашим оценкам, такой двигатель может быть создан и испытан уже к 2019 году", - заявил летом 2015 года Дегтярев.

Кроме того, этот перспективный двигатель может использоваться и для отечественного нового ракетоносителя "Маяк", на которое КБ "Южное" возлагает особые надежды.