Космос в кубе. Как студенты КПИ конструируют и запускают наноспутники

Евгений Руденко, Эльдар Сарахман, Дмитрий Ларин — Пятница, 9 апреля 2021, 05:30

У 1999-му, за три роки до створення Ілоном Маском компанії SpaceX, вчені Каліфорнійського політеху і Стенфорда, зловивши тренд "доступного космосу", заснували міжнародний рух СubeSat (сubе – куб, sat / satellit – супутник).

"Нова космічна революція" – слоган формату CubeSat, в якому працюють молоді українці, відображає раніше небувале. В 21 столітті сконструювати орбітальний апарат можна не тільки на заводах, у лабораторіях великих корпорацій, але і в умовному або ж цілком натуральному гаражі.

Кубсат – супутник вагою не більше 1,33 кілограма, з габаритами 10х10х10 см. З таких модулів, які називають "юнітами" (unit), збирають і крупніші сателіти. У поняття "наносупутник" вписується апарат вагою до 10 кілограм.

В останні роки роль високотехнологічного "гаража", де виробляють кубсати, взяли на себе університетські лабораторії в різних частинах світу. Серед них – столичний Київський політехнічний інститут (КПІ), alma mater Ігоря Сікорського.

Перший український кубсат з'явився у космосі в 2014 році. Розрахований на рік-два роботи, він рухається навколо Землі на висоті 600 кілометрів вже майже сім років. Посилаючи сигнали, апарат, про існування якого більшість в Україні не здогадується, продовжує дивувати своєю живучістю.

З чого роблять наносупутники? Які завдання вони вирішують? Хто і як їх виводить на орбіту? Чим кубсати можуть допомогти військовим? І як за допомогою скла можна знищувати ворожі безпілотники? Репортаж УП з Київського політеху.

№1

Серед майже 23 тисяч супутників, рух яких у реальному часі можна відстежити в інтернеті, загубився один об'єкт, незаслужено забутий в Україні. PolyITAN-1 – його назва розшифровується як "Polytechnic Institute Technological Automatic Nanosatellite".

На ньому немає тризуба, жовто-блакитного прапора і написа Made in Ukraine. Але той, хто в темі, знає: цей кубсат зроблений в Київському політехнічному інституті імені Ігоря Сікорського.

Над першим українським наносупутником працювали 30 студентів КПІ

У той самий момент, коли єдиний на сьогодні діючий супутник України пролітає над Ефіопією зі швидкістю сім з половиною кілометрів на секунду, 32-річний Євген Коваленко показує копію цього кілограмового апарату.

– Він рухається з такою швидкістю, з якою весь Київ, від Теремків до Троєщини, можна перетнути десь за три секунди, – каже Коваленко.

Після закінчення навчання в КПІ Євген не зміг покинути космічні проєкти університету

Євген, випускник КПІ, працює директором IT-відділу однієї з великих компаній. Паралельно викладає і бере участь у космічній програмі університету. Грошей це не приносить, тільки задоволення і нові навички інженера-розробника. Ще й віру в те, що в технологічному плані Україна не така погана, як може здатися.

– Сонячні батареї, електроніка, система, яка відповідає за навігацію, орієнтування, блок живлення, радіоприймач і передавач, – показує Коваленко кубсат.

Про університетські досягнення Євген розповідає у величезному ангарі КПІ, де спочивають остови радянських ракет і авіатехніки: літаків Міг-23, Ан-24Т та гелікоптера Мі-2.

На зразках старої радянської техніки студенти можуть побачити, як влаштовані літальні апарати та ракети

В КПІ два роки навчався Сергій Корольов, засновник практичної космонавтики

На цей хоча і вражаючий, але іржавий антураж, можна дивитися двояко. Песиміст, який ностальгує за минулим, скаже заїжджене: "Какую страну прос*али!". Такі, як Євген, випромінюють обережний оптимізм: "Ми ще не перестали бути космічною державою. Сподіваюсь, що такого взагалі не станеться".

Коли в КПІ почали конструювати перший наносупутник, Євген Коваленко був студентом-ентузіастом, яких чимало в університетській космонавтиці. Учасники стартового проєкту розраховували на те, що PolyITAN-1 протримається на висоті близько 600 кілометрів рік-два.

Наносупутники працюють за рахунок сонячних батарей

PolyITAN-1 і ще 21 наносупутник із різних країн запустила українська ракета-носій з території Оренбурзької області РФ в червні 2014 року.

Всі апарати, виведені тоді на орбіту, давно згоріли в атмосфері. Але студентський сателіт з України і далі продовжує рух, роблячи повний оберт навколо землі приблизно за час футбольного матчу.

№2

Перший наносупутник PolyITAN-1 був пробою нового на той момент для України формату CubeSat.

– Основним завданням було довести, що ми можемо зробити платформу, яка працюватиме, – згадує Євген Коваленко. – PolyITAN-1 мав передавати на Землю телеметричні дані: внутрішню температуру, заряд батарей, положення стосовно Землі тощо.

З КПІ вийшов легендарний винахідник Ігор Сікорський, на честь якого переіменували університет

Зовнішні перепади температур від мінус 40 ° C до плюс 80 ° C, внутрішнє нагрівання від плюс 5 ° C до плюс 35 ° C, гамма-випромінювання – агресивне середовище, з яким стикається кубсат у космосі, вимагає тривалих і дорогих випробувань на Землі.

Десять років тому в КПІ розробили обладнання, що перевіряє міцність космічних приладів і окремих елементів.

У лабораторіях КПІ є дивне обладнання, яке зрозуміло тільки фахівцям

Те, що дилетант може жартома порівняти з самогонним апаратом, у Михайла Ільченка, керівника космічної програми КПІ, академіка НАН України, викликає непідробну гордість.

– Це унікальне обладнання, якого немає в жодному університеті України, – показує Ільченко. – Ми зробили камеру, яка імітує деякі умови космосу. Температура до мінус 190 °C, тиск – десять в мінус п’ятій ступені...

В цій капсулі багато своїх виробів тестувало КБ "Південне". Також ми працюємо з іншими замовниками.

Михайло Ільченко: "КПІ – єдиний університет України, де є своя космічна програма"

PolyITAN-1 обійшовся КПІ приблизно в 100 тисяч доларів, а його запуск – у 25 тисяч. Як і тоді, так і зараз, грошима допомагають компанії, зацікавлені в підтримці практичної космонавтики.

Після вдалого виведення на орбіту першого наносупутника, в КПІ зробили PolyITAN-2-SAU, що складається з двох юнітів вагою 1,9 кілограм. Обійшовся він удвічі дорожче.

Тестування приладів для космічних апаратів може відбуватися без перерви протягом тижня

У 2017-му PolyITAN-2 з іншими кубсатами ракета Atlas V доправила з мису Канаверал (США) на МКС. Звідти наносупутники запускали за допомогою японського робота-маніпулятора.

– Наш другий апарат вже виконував наукові завдання в масштабному дослідженні верхніх шарів атмосфери. Це була міжнародна програма QB50. На супутнику стояли сенсори, які виміряли кількість атомарного кисню та передавали дані на Землю, – розповідає Михайло Ільченко.

За цим склом агресивне для людини та техніки середовище

Вчені КПІ мають досвід участі в різних космічних програмах

– PolyITAN-2 вивели на висоту 300 кілометрів. За два роки він планово спустився до рівня 90 кілометрів та потім перестав існувати. Але встиг зробити заплановані дослідження на необхідній висоті, – продовжує академік.

Всім сьогоднішнім досягненням Михайло Ільченко, який віддав КПІ 60 років, радий без застережень. Він пам'ятає часи, коли співробітники університету брали участь у програмах СРСР з підкорення космосу. Але можливості, які є у нинішніх студентів його надихають не менше.

Академік Ільченко каже, що Україна ще не втратила свій космічний потенціал

Космос більше не привілей військових, спецслужб і влади. Космос дійсно став ближче.

– Можна взяти деталі для супутника на радіоринку? – жартує журналіст УП.

– В тому числі, – сміється академік.

№0

За логікою влади, для освоєння Україною космосу в останні роки потрібен вагомий привід. Для Офісу президента ним стало 30-річчя Незалежності.

На початку року Володимир Зеленський доручив запустити в 2021-му апарат дистанційного зондування Землі "Січ 2-1".

Розуміння того, у скільки саме державі обійдеться проєкт, поки немає. У 2015 році ДП КБ "Південне" обіцяло виготовити апарат за 98 мільйонів гривень. Україна веде переговори з компанією Ілона Маска SpaceX про виведення українського супутника на орбіту за один мільйон доларів.

Аерокосмічні технології в КПІ вивчають не тільки в теорії

Кубсати дозволяють займатися практичною космонавтикою молодим українцям, які не мають великого інженерного досвіду

На тлі розмов про запуск "Січ 2-1" і очікувань космічних програм державного масштабу робота в університетських лабораторіях залишається майже непоміченою.

Сергій Пуха, головний інженер ОКБ "Шторм" КПІ розповідає: в alma mater Ігоря Сікорського готові конструювати не лише кубсати.

– Ось макет мікросупутника вагою до 100 кілограм, який ми розробили в 2017 році, – розказує він. – Це апарат з оптичним сканером для зондування Землі, для фотозйомки з висоти 600 кілометрів.

Сергій Пуха запевняє, що навіть в університетських лабораторіях можна робити потужні супутники

– Зараз ми робимо різні системи, які в майбутньому можна буде інтегрувати в такий мікросупутник, – продовжує Сергій Пуха. – Апарат коштуватиме від півтора до двох мільйонів доларів, це ціна без запуску. Таких грошей КПІ не має.

Якщо буде державне фінансування, ми можемо приступити до реалізації проєкта у будь-який момент.

Один з головних елементів космічних зондів – високоякісні лінзи. В КПІ є цех, де виробляють таку оптику. Тут можуть робити складні об'єктиви, зокрема і для військових.

Оптика, яку роблять у КПІ, могла б допомогти на фронті, але залишається в стінах КПІ

– У нас є дзеркала, за допомогою яких можна знешкодити безпілотник на відстані до 800 метрів, – розповідає інженер. – За допомогою такого скла можна, просто кажучи, випалити частину об’єкта, перегріти двигун, вивести з ладу механіку чи електроніку.

Це наша розробка 2014 року, але держава, на жаль, не підтримала проєкт. Подібні системи є в США, Китаї, Ізраїлі, коштують вони мільйони, але у нас була дуже бюджетна ідея з точки зору реалізації.

№3

У свої двадцять років студент Олексій Падун – інженер-розробник наносупутників. За його плечима семестр навчання "на відмінно" в США і наукова робота в NASA, у дослідницькому центрі імені Гленна.

– В Америці студенти – справжні фанати, вони зацікавлені в освіті, в космонавтиці, беруть участь у різних університетських проєктах, – згадує він.

Розробкою наносупутників він почав займатися на першому курсі, в 16 років

Небом Падун загорівся ще в школі, займався авіамоделюванням. У нього вже є льотно-штурманський досвід на легкомоторних літаках українського виробництва "Аеропракт". Але амбіції студента йдуть далі, в космос. Його мрія – пілотована космонавтика.

Сьогодні Олексій бере участь у проєкті КПІ PolyITAN-3. Це новий наносупутник з трьох юнітів, який, якщо вірити обіцянкам уряду, виведуть на орбіту разом із "президентським" "Січ 2-1". Але це не точно.

Про третій кубсат Олексій Падун розповідає в лабораторії теплових труб і наносупутникових технологій, де розробляли і тестували попередні "кубики" КПІ.

Над PolyITAN-3 українці працюють разом з колегами з Познанської Політехніки

Головне завдання апарату – фото і відеозйомка з космосу. За допомогою PolyITAN-3 в КПІ хочуть протестувати платформу, яка зможе розгледіти з космосу будинок, вантажівку або, скажімо, танк.

Глобальна ідея така: сконструювати вісім більш потужних супутників, які в режимі 24/7 покриють автономно, без участі людини, велику територію. Такі спостереження будуть корисні і в мирних, і в оборонних цілях.

Падун: "У проєкті я працюю з системою орієнтації супутника. Займаюсь програмуванням, випробуваннями, практичною механікою"

Розробка кубсатів виглядає влучною метафорою стану всієї космічної галузі країни: можемо, але в маленьких розмірах.

Коли дивишся на таких, як Олексій Падун, розмови про майбутнє української космонавтики звучать не так вже й мінорно.

Від 20-річного студента, одягненого в чорний "бомбер" з американським прапором і лого NASA, віє самовпевненістю і юнацьким максималізмом. Утім, вони цілком співзвучні зі словами Ігоря Сікорського, які викарбувані на пам'ятнику конструктору гелікоптерів в містечку КПІ: "Знімаю капелюха перед альма-матер, яка підготувала мене до підкорення неба".

– Навіщо я це роблю? – відповідає Падун в кінці бесіди. – Головна мета – прискорити освоєння космосу. Це те, до чого людство повинне прагнути. Космос – безмежний для досліджень.

Полетів би я на Марс? Навіть вагатися не буду. Жодної секунди! Вам я обов’язково подарую патч місії (нашивку – УП).

Євген Руденко, Ельдар Сарахман, Дмитро Ларін, УП

[UPCLUB]