Общество

28 августа 2023, 17:45

Зачем России нужны сверхнизкие спутники

Фото: Павел Кассин/Роскосмос Медиа/ТАСС

Высшее руководство России обратило внимание на ближайшее к нашей планете космическое пространство: дано поручение о создании отечественных спутников, предназначенных для работы на так называемых сверхнизких орбитах. О каких именно орбитах и спутниках идет речь, почему создание подобных аппаратов является сегодня самой модной тенденцией космических технологий – и что именно они могут дать России, в том числе с точки зрения обороны и безопасности?

Президент Путин поручил Роскосмосу и Агентству стратегических инициатив по продвижению новых проектов (АСИ) рассмотреть вопрос о создании космических аппаратов для предельно низких орбит. Для планеты Земля предельно низкие орбиты, или VLEO (Very low Earth orbit) – это орбиты на высоте до 400 км.

Это очень специфические орбиты. На таких высотах сохраняется сильное влияние земной атмосферы, быстро снижающее скорость и высоту полета космических аппаратов. Ниже 170 км срок работы спутника уже исчисляется днями. На высоте около 120–150 км спутник совершает свой последний виток, после чего входит в плотные слои атмосферы и сгорает.

Предельно низкие орбиты требуют работы двигательной установки, чтобы поддерживать высоту, иначе срок работы космических аппаратов будет составлять несколько лет или месяцев. Кроме того, такие орбиты требуют дополнительной работы над архитектурой спутников для уменьшения воздействий воздушных потоков остаточной атмосферы.

Более того, чем ближе к атмосфере, тем больше топлива требуется космическому аппарату для поддержки своей стабильной работы. Причем количество топлива увеличивается экспоненциально. К примеру, изначально Международная космическая станция работала на высоте около 300 километров, это требовалось для обслуживания станции челноками Space Shuttle, при этом в год тратилось 8600 килограммов топлива для поддержания орбиты. После подъема высоты до 400 км ежегодный расход горючего уменьшится до 3600 кг.

Без двигателя время жизни космического аппарата на сверхнизких орбитах составляет считаные месяцы или даже недели. Например, самый первый спутник ПС-1 имел орбиту в форме эллипса, дальняя от Земли точка которого (апоцентр) находилась на расстоянии 939 км, ближняя уже была на высоте сверхнизких орбит – всего 215 км. За счет такой орбиты и значительного торможения остаточной атмосферой ПС-1 просуществовал всего три месяца, после чего вошел в плотные слои и сгорел. Вышедшая на ту же орбиту вторая ступень ракеты за счет больших размеров прожила и того меньше, она сошла с орбиты уже через два месяца.

Отдельная проблема – воздействие на таких высотах атомарного кислорода, имеющего неспаренный электрон, что делает этот атом очень реактивным. В таком виде кислород очень сильно реагирует и разъедает большинство веществ. Для защиты от этого на сверхнизких орбитах используют покрытие с атомно-гладкой поверхностью, которая рассеивает атомы кислорода, что приводит к вдвое меньшему сопротивлению по сравнению с традиционными материалами.

Тогда зачем нужны такие орбиты, если работа на них приводит к подобным сложностям? Если на них нельзя вывести космический аппарат и без проблем пользоваться им, пока позволяет электроника?

Дело в том, что сверхнизкие орбиты удобнее для нескольких типов космических аппаратов. Это прежде всего спутники связи, спутники дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), радары и т. д.

Для дистанционного зондирования Земли все просто – чем ближе к Земле находится космический аппарат, тем с большим разрешением он сможет снять тот или иной участок поверхности. Ну или при сохранении разрешения, просто сам аппарат может быть проще и компактней. Военные США уже давно рассматривают вариант создания системы прямого управления полем боя при помощи созвездий спутников ISR (разведки, наблюдения и рекогносцировки), способных передавать визуальную информацию с видом «как в компьютерной стратегии» практически в режиме реального времени.

Для систем связи небольшая высота тоже очень большой плюс. Она позволяет держать высокий энергетический баланс линии (Link budget). При использовании спутников процесс передачи с Земли на спутник называется восходящей линией связи, а со спутника на Землю – нисходящей линией связи. Поскольку плотность мощности радиоволн уменьшается пропорционально квадрату расстояния между передатчиком и приемником, в первую очередь из-за распространения электромагнитной энергии в пространстве по закону обратных квадратов, то чем ближе спутник к Земле, тем меньше энергии требуется для отправки сигнала на Землю или на спутник, и тем лучше будет энергетический баланс линии.

Этот улучшенный энергетический баланс линии может использоваться либо для более низкой мощности при той же скорости передачи данных, либо для более высокой скорости передачи данных при той же мощности, либо для комбинации того и другого. Меньшие и/или более мощные передатчики могут быть наземными, спутниковыми или и теми и другими.

Есть и еще несколько плюсов. Для вывода на сверхнизкие орбиты требуется меньшая мощность ракеты-носителя. Кроме того, космические аппараты на сверхнизкой орбите не требуется комплектовать устройством для свода с орбиты. Вышедший из строя спутник не станет космическим мусором, а достаточно быстро и самостоятельно утилизируется, сгорев в плотных слоях атмосферы.

Последние годы сверхнизкими орбитами занимаются практически все страны. Есть проекты у США и Европы. Китай вообще собирается создавать постоянную группировку спутников на орбите ниже 300 км. Очевидно, ее придется постоянно пополнять.

Для России широкий разговор об использовании сверхнизких орбит начался в конце июня 2023 года, когда в ходе пленарного заседания форума Агентства стратегических инициатив (АСИ) «Сильные идеи для нового времени» главе государства сообщили о частном проекте по созданию такого рода спутников. И вот теперь, спустя полтора месяца, стало известно, что поручение о рассмотрении работ на сверхнизких орбитах было дано главе Роскосмоса Юрию Борисову и генеральному директору АСИ Светлане Чупшевой. До 1 декабря 2023 года от них требуется «рассмотреть вопрос о создании космических аппаратов, функционирующих на предельно низких орбитах (до 200 км), и изготовлении опытных образцов таких аппаратов для проведения испытаний».

Что может вывести Россия на сверхнизкие орбиты? Все зависит от сроков.

Если прямо сейчас, то это, скорее, испытательные космические аппараты в формате кубсатов, демонстраторы технологий. Если в горизонте нескольких лет, то это в первую очередь небольшие спутники для дистанционного зондирования Земли с возможностью максимально быстрой актуализации данных и специально созданные для такой орбиты спутники связи.

Пока же российские разработчики – чаще всего это молодые самостоятельные стартаперы – предлагают свои варианты решений для работы космических аппаратов, которые могут использоваться на столь сложных орбитах. Это и возможность использования азота и кислорода из остаточной атмосферы для работы двигателей космического аппарата на сверхнизкой орбите, и возможное изменение архитектуры спутников для работы с воздушными потоками. Скорее всего, уже в ближайшем будущем все эти решения могут сильно пригодиться.

Текст: Михаил Котов

Вам может быть интересно

Мирный житель пострадал при ударе FPV-дрона ВСУ по Грайворону
Темы дня

ВСУ лишили украинцев тепла и света

На этой неделе Киев погрузился в тотальный блэкаут. В многомиллионном городе не было света в домах, не работали метро и скоростной трамвай. На дорогах произошел транспортный коллапс. Власти не исключают, что горожанам вскоре придется самим рыть уличные туалеты. Впрочем, эксперты обращают внимание: на самом деле у Украины есть электричество, вот только получают его ВСУ.

Демографический кризис ставит крест на норвежском процветании

«Привычная нам Норвегия постепенно уходит в прошлое». Такими словами эксперты комментируют приходящие из Норвегии тревожные сообщения – страна находится на пороге масштабного кризиса. И дело вовсе не в деньгах, а в качестве и количестве населения. Какие изменения происходят в норвежском обществе и причем здесь миграция?

Отток населения обрушил цены на аренду квартир в Киеве

Избитому в тайной украинской тюрьме подростку вменили нападение на полицейского

Умер сыгравший Ленина в 18 фильмах народный артист РСФСР Каюров

Новости

Финляндия анонсировала новые меры для ограничения въезда россиян

Власти Финляндии в максимально сжатые сроки готовят дополнительные меры по ограничению въезда граждан России, заявил премьер-министр Петтери Орпо.

Самосвал обрушил пешеходный переход на Ленинградском шоссе в Подмосковье

В районе подмосковного Солнечногорска самосвал с поднятым кузовом задел и обрушил надземный пешеходный мост на Ленинградское шоссе, из-за чего движение на трассе оказалось перекрыто.

Путин обсудил с Совбезом предстоящие переговоры по Украине в ОАЭ

Президент Владимир Путин провел оперативное совещание с постоянными членами Совета безопасности, на котором обсуждались предстоящие в ОАЭ переговоры по украинскому урегулированию.

Дети в США получили на Хэллоуин конфеты с психоделиками

Во время празднования Хэллоуина в американском Сан-Диего 15 детей получили наборы жевательных конфет с содержанием псилоцибина, сообщил журнал Newsweek.

Федерация борьбы США извинилась за травму глаза россиянки Смирновой

Федерация борьбы Соединенных Штатов принесла извинения за травму глаза, которую американка Морган Тернер нанесла россиянке Елизавете Смирновой на чемпионате мира, сообщил президент Федерации спортивной борьбы России (ФСБР) Михаил Мамиашвили.

Медведев прокомментировал падение акций Japan Tobacco фразой «курение убивает»

Заместитель председателя Совета безопасности Дмитрий Медведев прокомментировал рекордное падение акций Japan Tobacco после передачи активов под временное управление, напомнив, что курение убивает.

Отца Меган Маркл арестовали в США по делу о хранении детской порнографии

Сотрудники ФБР задержали отца жены британского принца Гарри Меган Маркл в одном из домов престарелых в американском штате Флорида по подозрению в хранении детской порнографии.

Судовладельцы начали просить у хуситов разрешение на проход по Красному морю

Владельцы коммерческих судов стали отправлять электронные письма йеменскому движению «Ансар Аллах» для получения разрешения на пересечение акватории, пишет газета The Wall Street Journal (WSJ).

Первый снег выпал в Киеве на фоне отсутствия света и воды

В Киеве выпали первый снег и град на фоне критической ситуации со снабжением водой и электричеством, сообщают местные СМИ.

Дептранс анонсировал новую систему въезда в «Москва-Сити» и «Сколково»

Департамент транспорта Москвы сообщил о внедрении новой системы безбарьерного въезда в зоны «Москва-Сити» и «Сколково» с использованием автоматических камер с 12 декабря.

Умерова назначили главой делегации Украины на переговорах в Абу-Даби

Украинскую делегацию на трехсторонних переговорах России, США и Украины в Абу-Даби возглавит глава службы внешней разведки страны Рустем Умеров, сообщил украинский телеканал ТСН.

Самбист Волков завоевал золото чемпионата мира в Ташкенте

Российский самбист Демид Волков завоевал золотую медаль чемпионата мира по самбо в Ташкенте.
Мнения

Анна Долгарева: На войне спасает быт

Люди, в которых спорами проросла война, держатся за простые вещи: как шумит генератор, как обжигает губы сладкий кофе, как огонек зажигалки коротко вспыхивает желтым. Родные, чьи голоса слышны в телефоне, бесплотны, остаются звуком и плоской картинкой, хоть триста раз пересмотри кружочек. Щербинка кружки под пальцами – она здесь и сейчас.

Глеб Простаков: Россия предлагает миру технологическую альтернативу

Суверенитет в разумном понимании – это способность не остаться без критически важной технологии, когда внешние условия меняются, и возможность вести разговор с участниками мирового рынка на равных.

Андрей Колесник: Мир вступил в эпоху тотальной разведки

Сила военного зрения впервые за всю историю человечества стала соответствовать силе удара войск. А может быть, даже его превосходить. Именно поэтому 5 ноября, в День военного разведчика, хочется отметить: эта профессия стала ключевой для современной войны.
Вопрос дня

Как были обретены мощи святого князя Дмитрия Донского