Однако иллюзий о возможности таким образом удешевить запуск малых спутников питать не следует. Конверсионные ракеты требуют немалых затрат для модернизации и адаптации к новым для них задачам. Да и «акулы рынка» запусков не допустят их широкого «демпингующего» использования. Все так, конечно, но… лед тронулся. Появилось другое понимание того, как можно решать задачи в космосе с меньшими временными и материальными затратами.
Продолжая тему снижения стоимости доставки малых спутников на орбиту, следует упомянуть интенсивно обсуждавшийся в прессе способ вывода малых спутников — с помощью, например, крылатых ракет. Было даже несколько авиационно-космических проектов вывода малых спутников на легких ракетах, несомых различными самолетами (Ту-160, «Мрия», МиГ-31), но большинство из них так и не воплотились в жизнь. Практически осуществить этот способ удалось лишь американцам на Pegasus’e с самолета B-52. В частности, 17 июля 1991 года с борта самолета B-52, базирующегося на авиабазе Эдвардс, так был осуществлен запуск ракеты-носителя Pegasus HAPS, которая вывела на низкую околоземную орбиту семь военных микроспутников связи Microsat-1, …, Microsat-7 массой 22 кг каждый. главными достоинствами такого способа являются малое время подготовки и реализации запуска и возможность вывода спутника на орбиту достаточно произвольного наклонения. Недостатком — малая масса выводимой полезной нагрузки.
ТЕОРИЯ
Разрешающая способность оптических приборов характеризует их способность давать раздельное изображение двух близких точек. Дж. Релей, используя теорию дифракции, ввел критерий, в соответствии с которым предельное угловое разрешение определяется выражением 1,2 l/d, где l — длина волны, d — диаметр входного отверстия оптической системы. Тем самым, исходя из этого критерия, независимо от класса спутника должна быть обеспечена минимально необходимая апертура оптической системы.
В начале 80-х годов в Центре космических полетов им. Годдарда (США) была разработана GAS-программа (Get Away Special Program), в рамках которой осуществлялся вывод микроспутников с борта шаттлов. Спутники массой до ста килограммов размещались в специальном контейнере цилиндрической формы и выталкивались с помощью пружинного толкателя после выхода шаттла на орбиту при минимальном участии экипажа корабля.
В настоящее время используются в основном два способа вывода малых спутников — либо на среднем носителе типа Ariane попутным запуском, либо на легком носителе типа «Днепр», специально ориентированном на групповой запуск [Помните, — с десяток боеголовок?.. — Ю.Р.] такого типа аппаратов. Недостаток обоих способов — в ожидании подходящего по срокам пуска и планируемой орбите вывода носителя. Появились даже фирмы, специализирующиеся на посредничестве в поиске и отслеживании нужных по срокам и орбитам носителей. В США для запуска малых спутников используются средства собственной разработки, например ракета «Дельта» в разных модификациях. При этом как в США, так и в Европе реализуются преференции в использовании национальных средств вывода спутников на орбиту («акулы рынка» не дремлют!).
Конечно же, не все задачи под силу решить малыми аппаратами — немыслимо ведь запустить космонавта на корабле с недостаточной надежностью или разместить большую оптическую систему на малом спутнике — отношение l к d еще никто не отменял. Фактически работает принцип из теории оптимизации на ограничениях — оптимум достигается не на границах интервала, а где-то между ними. Но где? В общем, все это требует более сложных методов принятия решений. Например, как утверждает поговорка, — хорошо быть здоровым и богатым. А если хотя бы один компонент отсутствует?
Допустим, имеющиеся материальные или финансовые ресурсы не позволяют быстро построить большой аппарат. «Длинных» ресурсов нет, но задачи же решать надо. Тогда можно попробовать использовать распределенный по времени ресурс — сегодня решаем часть задачи, придавая ей статус законченной, а при поступлении следующего ресурсного транша повторяем процедуру. Действуем «методом декомпозиции» — разбиением нерешаемой в целом задачи на подзадачи, каждую из которых удается решить имеющими средствами. Даже если ресурсы не поступают, то задача уже частично решена (накоплены знания, получена необходимая информация, проверена технология, продемонстрированы возможности).
МЕТАФОРА
При пролете планеты ее гравитационное поле изменяет скорость аппарата как по величине, так и по направлению. Действие гравитационного поля планеты можно сравнить с пращой. При этом необходимо точно обеспечить пролет аппарата на заданном удалении от ее поверхности. Маневр широко используется в межпланетных миссиях. Впервые был реализован во время полета спутника «Луна-3» в 1959 году для фотографирования обратной стороны Луны.
Так что же нового привнесло понятие «малый спутник»? Ведь еще в 60-х годах ВНИИЭМ [ВНИИЭМ — российское предприятие, которое ранее разработало спутники серии МЕТЕОР и ГОМС для составления прогнозов погоды, РЕСУРС-О и их модификации для наблюдения Земли, льдов мирового океана] разработал и вывел на орбиту для отработки технологии управления угловым движением спутников с помощью электродвигателей-маховиков пару малогабаритных спутников массой около 100 кг («Электро-1» и «Электро-2» — их макет можно и сейчас увидеть в Политехническом музее в Москве); правда, тогда никто не называл их малыми спутниками (ведь и упомянутый выше первый искусственный спутник Земли тоже попадал в этот класс). Да многие исследовательские спутники на заре космической эры по массе вполне попадали в этот диапазон (навигационные спутники Transit, исследовательские GGSE, Magion, спутники серии «Радио» и Oscar и многие-многие другие). Мартин Свитинг (ныне технический директор SSTL [SSTL — предприятие, образованное на базе исследовательской лаборатории Университета графства Суррей на западе от Лондона и занимающееся разработкой, созданием и эксплуатацией микро— и наноспутников], получивший несколько лет назад почетное звание сэра от королевы Великобритании за заслуги в области освоения космоса) в 80-х годах, на заре своей трудовой деятельности, разработал и запустил вместе с коллегами несколько микроспутников, которые назывались «радиолюбительскими», но опять же их никто не называл «малыми».
Оказавшись в середине 90-х годов на Workshop’e, проходившем под эгидой Международной академии астронавтики (IAA) и посвященном малым спутникам, а потом посетив лабораторию Мартина Свитинга, я, будучи знаком с отечественными космическими разработками, с удивлением обнаружил совершенно иной подход к формированию идеологии и организации разработки и создания космических аппаратов. Попробуем сформулировать основные особенности этой идеологии: сочетание классических подходов (законы небесной и теоретической механики, требования по чистоте при интеграции аппарата, предполетные испытания никто не отменял) плюс сокращение традиционных конструкторских и технологических требований к разработке, созданию, запуску и эксплуатации [Таких, как количество экземпляров аппаратов, предоставляемых для испытаний, использование комплектующих в «космическом» исполнении, управление и передача данных через комплекс космической связи и центры управления и т. п.]. Именно отказ от строгого следования второй половине этих требований [Корни которых находятся в понятии «военная приемка» — обиходное название системы контроля качества изделий, поступающих «на вооружение». — Ю.Р.] позволил вовлечь множество университетов и небольших компаний по всему миру в разработку, создание и использование малых спутников.
Можно выделить два основных направления, по которым развиваются малые спутники. Первое направление (условно назовем его университетским) базируется на весьма противоречивой идее «Better, Faster, Cheaper» [Анализ эффективности предложенной парадигмы приведен в статье Jim Watzin (NASA Goddard Space Flight Center), Observations from over a Decade of Experience in Developing Faster, Better, Cheaper Missions for the Nasa Small Explorer Program, Acta Astronautica, 2001, Vol. 48. No. 5-12. pp. 853-858. Интерпретация для детей почему надо делать малые спутники в забавной форме приведена на сайте НАСА] («Лучше, быстрее, дешевле»), провозглашенной в американской программе НАСА X2000 (программа разработки и создания миниатюрных космических аппаратов). Хотя правильней уж сказать «lower cost», так как термин «cheap» носит смысл «дешевка», а не низкая стоимость. Спутники, разработанные по такой идеологии, действительно невелики (обычно 10—100 кг и несколько десятков сантиметров). При их изготовлении используются самые доступные компоненты, как правило, даже не проходящие сертификации для применения в условиях космоса — и это при обычно негерметичном исполнении корпуса спутника! Основная экономия имеет три «составные части»: недорогие комплектующие, дешевые студенческие рабочие руки и — при малой массе спутника — дешевый, а зачастую и бесплатный вывод на орбиту. Такие спутники, конечно, не решают сложные научные или технологические задачи. Полезная нагрузка для них может поставляться даже бесплатно — с целью, например, проверки ее работоспособности в условиях космоса перед использованием в дорогостоящих проектах.