Сегодня вся космическая отрасль празднует великую дату, а именно - 165 лет со дня рождения основоположника современной космонавтики Константина Циолковского. Многие его разработки применяются в космонавтике до сих пор и являются основой для проектов многих бауманцев. Сегодня мы познакомим вас с одной из таких работ, с орбитальной группировкой наноспутников «Ярило № 1» и «Ярило № 2», разработанной студентами, аспирантами и молодыми специалистами МГТУ им. Баумана. 28 сентября 2020 года с космодрома Плесецк наноспутники «Ярило» были выведены на орбиту Земли.
Конструкция спутников
Ярило — группировка из 2-х наноспутников «Ярило № 1» и «Ярило № 2» для исследования Солнца и солнечно-земных связей. Особенностью миссии является наличие на аппаратах экспериментальной раскрываемой конструкции типа «солнечный парус», с помощью которого планируется построение группировки и пассивный увод с орбиты. Данный проект отличается значительной образовательной составляющей — все проектно-конструкторские работы, разработка аппаратов и их служебных систем, изготовление, экспериментальная отработка, интеграция полезной нагрузки, подготовка к запуску, управление и организация работ осуществлена студентами, аспирантами и молодыми специалистами — коллективом Молодежного космического центра университета. Накопленные знания, документация, опыт, материальная часть используются для обогащения учебных программ.
Полезной нагрузкой на первом аппарате является спектрофотометр для регистрации солнечной активности (разработка Физического института им. П.Н. Лебедева, РАН).
Детектор позволяет осуществлять мониторинг в мягком рентгеновском диапазоне 0,5-15 КэВ, включая наблюдение микровспышек, а также выполнять спектральную диагностику плазмы в исследуемых объектах. Считается, что мы живем в атмосфере Солнца, и потоки солнечного ветра (солнечная плазма, выбрасываемая из Солнца) сильно влияют на Землю. Частота и мощность вспышек на Солнце зависит от 11-летнего цикла солнечной активности. Сейчас Солнце вышло из минимума активности и начинает разгоняться. Во времена, когда Солнце активное, на нем происходят вспышки, которые аппарат и будет изучать. Во время вспышек происходит выброс в пространство по радиусу от солнца массы плазмы, и если Земля, двигаясь по орбите, попадает в этот выброс, у нас случаются геомагнитные бури.
Плазма в магнитном поле Земли «отбрасывается» и вращается вдоль магнитных линий, и в результате попадает в магнитные полюса Земли. В этот момент могут происходить сбои связи и электросетей, или, например, пилоты, пролетая над северным полюсом, получат дозу радиации. Предсказание таких вспышек — основная задача ученых. За 8 минут выброшенные рентгеновские кванты со скоростью света долетают до Земли так, что их можно зафиксировать специальным прибором на орбите. Сам тразиент (выброс плазмы) долетает до Земли через сутки-двое, он летит гораздо медленнее (со скоростью порядка 1000 км/с), что позволяет предпринять необходимые меры заблаговременно.
Полезной нагрузкой второго аппарата является детектор гамма-излучения и заряженных частиц (ДеКоР — разработка Научно исследовательского института ядерной физики им. Д.В. Скобельцына Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова). Задачами прибора являются исследование быстрых вариаций потоков электронов в зоне зазора между радиационными поясами, а также изучение динамики потоков частиц и гамма-излучения на низких орбитах в зависимости от геомагнитных условий в диапазоне 0,1-2 МэВ. Он позволяет изучать космическую радиацию, которая негативно влияет на организм живых существ и технику, и создает преграды для дальних космических миссий.
Эксплуатация на орбите
Пока спутник летит, вся телеметрия и полученная им полезная информация копится в его памяти (FRAM). Оттуда информация попадает на Землю благодаря приемо-передающим антеннам на аппарате (на Ярило используются две спиральные антенны УКВ диапазона) и наземным антеннам, которые расположены прямо на крыше корпуса «Специальное машиностроение». Когда спутник пролетает над Москвой в зоне радиовидимости, антенна принимает от него сигнал. Связь со спутником может поддерживаться в течение пяти минут, если трасса спутника проходит точно над Москвой, или около минуты, если зона лишь краем «задевает» город.
Со спутника на Землю в этот промежуток времени передается вся необходимая целевая информация, которая была собрана с датчиков: положение и ориентация, угловые скорости, температура, состояние аккумуляторных и солнечных батарей. С Земли же на спутник передаются команды, которые должны быть выполнены спутником: поворот, выдача определенной телеметрической информации, раскрытие паруса и пр.
МКА «Ярило» №3 и №4
Малые космические аппараты «Ярило» №3 и №4 — два малых космических аппарата (МКА) типоразмера CubeSat 3U предназначены для гелио-геофизических исследований. МКА «Ярило» №3, №4 созданы на опыте разработки и проведения летных испытаний первого поколения аппаратов «Ярило» №1 и №2. У аппаратов значительно увеличена отказоустойчивость систем, установлена высокоскоростная радиолиния, увеличен объем полезной нагрузки.
МКА «Ярило» №3 и 4 снабжены радиометрами МИРА, разработки ИЗМИ РАН, для измерения солнечной энергии, отраженной от поверхности Земли (альбедо Земли). Измерения проводятся в двух спектральных диапазонах 0,2-5 мкм и 0,2-50 мкм с расчетной чувствительностью 0,15+/-0,05 А/Вт. Полученные данные позволяют строить карты альбедо Земли, проводить оценку показателей, влияющих на глобальное потепление. Прибор является функциональным аналогом радиометров «ИКОР» устанавливаемых на космических аппаратах «Метеор».
Так же аппарат «Ярило» №3 оснащен модулем магнитометрии для проведения измерений магнитного поля Земли по трем осям. Для исключения влияния помех от самого космического аппарата на результаты измерения, один из датчиков отведен от корпуса МКА на разворачиваемой штанге из углепластика.
В рамках миссии на аппарате «Ярило» №4 планируется проведение технологического эксперимента по развертыванию надувной конструкции — оболочки, предназначенной для демонстрации технологии увода отработавших спутников с орбиты за счет торможения об остаточную атмосферу Земли, для того чтобы они не становились объектами «космического мусора».
МКА «Ярило» №5
Малый космический аппарат «Ярило» №5 предназначен для дистанционного зондирования Земли.
Аппарат оснащен малогабаритным динамическим Фурье-спектрорадиометром. Научный прибор, разрабатываемый Центром прикладной физики МГТУ им. Н.Э. Баумана, позволяет проводить химический анализ состава атмосферы Земли: определять концентрацию кислорода и углекислого газа в столбе воздуха по линии визирования прибора при освещении отраженным солнечным светом. Получаемая информация может использоваться для исследования углеродного баланса экосистем. Возможна доработка прибора для исследования других газовых составляющих в атмосфере.
Спутники являются экспериментальной базой для отработки новых технологий: технологии солнечного паруса, отдельных служебных систем и, в целом, для отработки собственной наноспутниковой платформы.
Кроме работы связанной с ЦУПом у Молодежного Космического Центра много других интересных проектов. Среди них малый спускаемый аппарат для быстрой доставки биологических образцов с МКС, проект «маленькой» ракеты, которая могла бы выводить небольшие объемы полезного груза, работа со школьниками и участие в различных программах международного обмена. Следите и дальше за нашими статьями, чтобы космическое пространство стало ближе для вас.
