ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ НАНОСПУТНИКОВ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СОЛНЦА

Проблемами исследования Солнца человечество пыталось заниматься многие годы, так как Солнце наиболее интересная часть вселенной, которая оказывает серьезное влияние на жизненные процессы планеты Земля.

Грандиозная мощность солнца постоянно меняется, поэтому звезду круглосуточно изучают специалисты NASA, Роскосмоса и других стран. В последние годы, статистика говорит о том, что в период магнитных бурь сильно ухудшается здоровье у значительной части населения земного шара.

В центре Солнца находится солнечное ядро. Фотосфера – это видимая поверхность Солнца, которая и является основным источником излучения.

В ядре осуществляется протон-протонная термоядерная реакция, в результате которой из четырёх протонов образуется гелий-4.

Корона — последняя внешняя оболочка Солнца. Корона в основном состоит из протуберанцев и энергетических извержений, исходящих и извергающихся на несколько сотен тысяч и даже более миллиона километров в пространство, образуя солнечный ветер.

С 1957 г по настоящее время ведется активное наблюдение за Солнцем. Были разработаны КА и зонды. Был проведен обзор Солнца, измерения параметров солнечного ветра, изучения внешней короны.

Таблица 1.

Исследования Солнца

В связи с развитием новых технологий, разработкой сверхлегких полимерных материалов с высокими физико-механическими свойствами получило развитие новое направление - производство наноспутников.

Кубсат  — формат малых (сверхмалых) искусственных спутников Земли для исследования космоса, имеющих объём не более нескольких литров и массу в единицы килограммов. Создание кубсатов стало возможным благодаря развитию микроминиатюризации и нано-технологий и стало массовым явлением в XXI веке. После появления формата кубсат появился ещё более малый формат покетсат (буквально карманный) в несколько сотен или десятков граммов и несколько сантиметров.

Кубсаты выводятся, как правило, сразу по несколько (и даже до семи десятков) единиц либо посредством ракет-носителей, либо с борта пилотируемых и автоматических грузовых космических кораблей и орбитальных станций.

Особенность CubeSat - фиксированные габариты. CubeSat 1U (unit) - это космический кубик 10х10х10 см, 2U - это уже два кубика т.е. 10х10х20 см, 3U - 10х10х30 см. Пока достигнутый предел - 6U или 10х20х30 см.

Рисунок 1. Наноспутники серии «Кубсат»

В настоящее время Россией разрабатывается проект системы наноспутников для исследования Солнца. Эксперимент программы «Ярило» позволит непрерывно наблюдать за активностью ближайшей к Земле звезды. Это позволит получать оперативный прогноз состояния межпланетной среды и регистрировать солнечные вспышки. Группировка состоит из двух наноспутников 1.5 U один из них всегда будет находиться над освещенной стороной Земли, это гарантирует непрерывное наблюдение за звездой, так как сегодня в России нет ни одного инструмента для исследования Солнца, поэтому построение такой группировки — уникальная и актуальная задача.

В рамках проекта будет продемонстрирован процесс разведения аппаратов на низкой околоземной орбите с помощью солнечного паруса и осуществлен обмен информацией между наноспутниками. Проект «Ярило» является развитием разработки парусного модуля для построения орбитальных группировок.

Обычно для мониторинга солнечной активности и выдачи прогноза «космической погоды» используют большие космические аппараты (КА). Их выводят на геостационарную орбиту (над экватором, в 36 тыс. км от поверхности Земли). При этом аппаратура для таких наблюдений является лишь частью общей нагрузки. Однако разместить отдельную аппаратуру возможно и на наноспутниках — это значительно снизит стоимость и срок ожидания запуска. Предполагается, что оба космических аппарата запустят одновременно с российского сегмента Международной космической станции или из транспортно-пускового контейнера любого носителя на низкую околоземную орбиту. Запуск с международной космической станции решает многие проблемы: он проще и дешевле ракет, для него не требуется адаптация и даже контейнер. Большинство CubeSat запускаются именно со станции. Но и здесь есть проблемы. Спутники, доставляемые на борту грузовых кораблей, могут пролежать до запуска несколько недель или даже месяцев, в результате чего бортовая батарея может разрядиться и спутник полетит мертвым. Другая проблема старта со станции - небольшой срок жизни спутника. Увод с орбиты после окончания срока работы осуществит солнечный парус, это поможет решить проблему засорения космического пространства.

Экспериментальная технология солнечного паруса обеспечит будущим КА маневрирование на ССО высотой до 800 км. Их планируемый срок работы — около 3,5 года. Находящийся на освещенной стороне орбиты аппарат с помощью установленного на борту спектрофотометра обеспечит мониторинг солнечной активности.

В настоящее время не так много Кубсатов оснащали солнечным парусом, но поскольку это единственный метод на текущий момент, который не требует ракетного топлива и не включает опасные материалы, интерес к нему не исчезает.

Вопросы запуска наноспутников решается разными способами:

Начинает активно использоваться практика «ручного» запуска наноспутников с борта Международной космической станции. В таких случаях наноспутники «Cubesat» доставляются на борт Международной космической станции в грузовом отсеке РН в качестве груза. С борта МКС наноспутники можно запускать двумя способами: вовремя выхода космонавтами в открытый космос, а также с помощью роботизированного манипулятора и системы развертывания.

С 2010 г. по настоящее время растет интенсивность запусков КА массой до 150 кг диаграмма количества запущенных в космос КА представлена на диаграмме.

Рисунок 2. Количество запущенных в космос космических аппаратов массой до 150 кг

Решить проблему запуска наноспутников возможно при использовании ракет-носителей сверхлегкого класса и даже нано-носителей. Из существующих разработок для выведения грузов до 150 кг на солнечно-синхронную орбиту имеются варианты ракет-носителей таких как Электрон и Таймыр.

«Электрон» — ракета-носитель сверхлёгкого класса, разработанная новозеландским подразделением американской частной аэрокосмической компании Rocket Lab.

Фирма Лин-Индастриал предлагает создать ракету сверхлегкого класса «Таймыр» для вывода полезной нагрузки на ССО.

В процессе проведения исследований предлагается увеличить количество наноспутников, при этом уменьшая геометрические размеры с предложенного 1.5 U в количестве двух штук на 1U в количестве четырех штук для обеспечения резервирования пары спутников, находящихся в теневой и солнечной стороне. Это можно обеспечить применением тонкопленочных современных материалов и рассмотреть вопрос выведения спутников на солнечно синхронную орбиту. А также рассматривается возможность создания 3-х ступенчатой сверхлегкой ракеты схемы тандем для вывода на солнечно-синхронную орбиту с твердотопливной 3ей ступенью.

Список литературы:

1. Аббот Ч. Солнце / Перевод с английского Н. Я. Бугославской; под редакцией Е. Я. Перепелкина. — Москва—Ленинград: ОНТИ, 1936. — 462 с.
2. Кочаров Г. Е. Солнце // Физическая энциклопедия : [в 5 т.] / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая российская энциклопедия, 1994. — Т. 4: Пойнтинга — Робертсона — Стримеры. — С. 589—598. — 704 с. — 40 000 экз. — ISBN 5-85270-087-8.
3. Наталья Ульянова. Космо-гонщики (рус.) // Бизнес-журнал : журнал. — М., 2015. — Октябрь (№ 10 (234)). — С. 52-55. — ISSN 1819-267X.
4. Чёрный И. Electron готовится к первому пуску // Новости космонавтики : журнал. — 2017. — Май (т. 27, № 5 (412)). — С. 45.