Выбор языка |
Главная О КНТС Новости Программы Направления исследований Эксперименты Результаты Информационные ресурсы Приём заявок
Шифр эксперимента: АВИС
Направление НПИ: 5. Технологии освоения космического пространства
Секция КНТС: 7. Технические исследования и эксперименты
Наименование эксперимента: Отработка технологий создания и применения пико/ нано спутников для контроля отделения космических аппаратов и мониторинга их состояния на орбите в автономном режиме, включая технологии разделения, сближения и стыковки нано спутников
Цель эксперимента:

Создание серии пико/нано спутников с различными функциональными возможностями для контроля отделения космических аппаратов и мониторинга их состояния на орбите в автономном режиме.

Описание эксперимента:

Идея проведения данного КЭ возникла в результате анализа серии неудачных запусков космических аппаратов (КА) и их нештатной работы на орбите. В ряде случаев неудачи были связаны с нарушениями в работе последней ступени ракеты–носителя (РН) или разгонного блока, в результате чего космический аппарат выводился на нерасчетную орбиту и в течение длительного времени оказывался вне зоны действия наземных средств управления КА и приема телеметрической информации. Как следствие, терялась возможность контроля состояния объекта и воздействия на режимы работы основных систем КА. Другой достаточно распространенной нештатной ситуацией являются нарушения в раскрытии жизненно важных элементов конструкции спутника, таких, как панели солнечных батарей, штанги с датчиками выносных измерительных приборов, антенны систем управления и связи, антенны исследовательских комплексов и т.п. В подобных ситуациях наличие на борту автономной системы контроля состояния КА, которая могла бы обеспечить обследование основных систем спутника и передать результаты обследования в Центр управления по независимым каналам связи, в том числе, с участков орбиты вне зоны видимости наземных станций, было бы чрезвычайно полезным с точки зрения определения причин нештатной ситуации и способов ее устранения. Роль такой автономной системы мог бы выполнять нано спутник массой в несколько килограмм, оснащенный системой видео и покадровой съемки, имеющий трехосную систему стабилизации и миниатюрную двигательную установку для совершения инспекционного облета космического аппарата и последующего причаливания к месту базирования на борту КА. Нано спутники разового использования могли бы устанавливаться на последней ступени РН или разгонного блока (РБ) и вести контрольную съемку процесса отделения с посадочного места или в состоянии полета после отстрела от РН/РБ, передавая информацию в реальном времени (on-line) на Землю по независимым спутниковым каналам связи (например, Глобалстар) практически из любой точки пространства. КЭ «АВИС» планируется реализовывать поэтапно Этап 1 включает разработку, изготовление и летные испытания демонстрационного образца пико спутника АВИС-1П, предназначенного для подтверждения функционирования в условиях автономного полета, возможности осуществления видеосъемки исследуемого объекта и передачи получаемой информации в реальном времени в ЦУП по независимым спутниковым каналам связи системы ГЛОБАЛСТАР. Демонстрационный образец АВИС-1П будет иметь размеры 10?10?10 см и массу ~ 1 кг. Предполагается, что первоначальная экспериментальная отработка будет осуществляться на МКС сначала в закрепленном состоянии на одном из элементов внешней конструкции станции, а затем путем «ручного» запуска через транспортно-пусковой контейнер при выходе российского космонавта для выполнения работ в отрытом космосе. Летные испытания пико спутника АВИС-1П на начальной фазе программы КЭ позволят сделать первый шаг на пути сокращения технологического отставания России в области создания спутников такого класса и приступить к разработке и изготовлению многофункциональных пико и нано спутников для различных применений в космической деятельности. Этап 2 предусматривает дальнейшее развитие функциональных возможностей космических аппаратов АВИС-1. Последовательно будут решаться следующие задачи: 2.1. Создание и экспериментальная отработка рабочего образца нано спутника АВИС-1Н с 3-осной системой стабилизации, размером 20?10?10 см и массой ~2 кг, имеющего 5 web-камер, 2 канала передачи информации, ГЛОБАЛСТАР (основной) и 435 МГц (резервный). Предполагается запуск с помощью транспортно-пускового контейнера с борта ТГК «Прогресс» после его отделения от МКС, съемка ТГК и передача информации в процессе расхождения на произвольном участке орбиты, в том числе, за пределами зон видимости наземных комплексов управления. 2.2. Создание и экспериментальная отработка рабочего образца нано спутника АВИС-1НД с 3-осной системой стабилизации и двигательной установкой, размером (25-30)?10?10 см и массой ~(2.5-3) кг, имеющего 5 web-камер, 2 канала передачи информации, ГЛОБАЛСТАР (основной) и 435 МГц (резервный). Предполагается запуск с помощью транспортно-пускового контейнера с борта ТГК «Прогресс» после его отделения от МКС, видео съемка ТГК и передача информации в процессе расхождения, выполнение обратной операции сближения, обследование ТГК, сближение с выбранным элементом конструкции ТГК на минимальное расстояние. 2.3. Изготовление и запуск на орбиту связки из двух наноспутников в конфигурации 2.2, их разделение на орбите, поиск друг друга, обратная операция сближения и стыковки с помощью стыковочного устройства. Экспериментальная отработка нано спутников по программам 2.1-2.3 позволит перейти к созданию промышленных образцов платформ весом менее 10 кг и их массовому использованию в качестве средств контроля разделения космических аппаратов и мониторинга состояния КА в процессе эксплуатации, а также для других применений. Освоение технологии разделения нано спутников, их управляемого полета и стыковки представляет интерес с точки зрения формирования космических группировок с заданными свойствами и изменения их конфигурации в полете. Практический интерес представляют также следующие применения нано спутников АВИС-1: - калибровка наземных средств радиолокационного наблюдения за космическими объектами; - отработка маневров сближения с другими КА и осмотра жизненно важных систем КА; - отработка микроманипуляторов и систем захвата; - отработка специального комплекса для регистрации сигналов радиолокаторов и оперативной доставки информации на наземные станции; - отработка элементов новых аккумуляторных и солнечных батарей, в том числе, экспериментальных тонкопленочных СБ из аморфного кремния; - решение задач в интересах национальной безопасности; - отработка новых приборов, в том числе, аппаратуры связи в оптическом и радио диапазонах; - отработка малогабаритных систем дистанционного зондирования Земли; - отработка новых ЭРДУ микро тяги с системами питания и управления; - отработка аппаратуры фиксации внешних воздействий; - отработка автономного управления группировкой нано спутников; - отработка миниатюрных элементов системы терморегулирования; - отработка новых композиционных материалов, в том числе высокомолекулярных полимерных соединений, в элементах конструкции нано спутников. - исследование атмосферы и нижней ионосферы с использованием прямых и дистанционных методов мониторинга с борта низкоорбитальных нано спутников. Следует особо выделить перспективу создания «нано лабораторий» для испытания электронных элементов (микропроцессоров, ИС, п/п комплектующих и т. п.) и других объектов, включая биологические, на воздействие космической радиации и других факторов орбитального полета (предполагается возврат исследуемых образцов на Землю). Преимуществом использования нано спутников для решения указанных выше задач является значительно более низкая стоимость их изготовления, выведения на орбиту и эксплуатации по сравнению с существующими малыми космическими аппаратами. В более далекой перспективе разработанные в данном проекте технологии управляемого полета, сближения и стыковки нано спутников могут найти применение при сборке различных модульных конструкций в космосе без участия космонавтов. В настоящее время в мире наблюдается чрезвычайно высокая активность в области создания нано и пико спутников, в которую вовлечены как университетские лаборатории и студенческие коллективы, так и достаточно мощные компании, имеющие высокий мировой рейтинг. Ежегодно проводятся международные симпозиумы по аппаратам типа CubeSat. 4-6 июня 2013 состоится 5-й европейский симпозиум по CubeSat в Брюсселе. Одним из свидетельств такой активности является проект Cubesat50 (https://www.qb50.eu/index.php/project-description/cubesats), предполагающий выведение на низкую околоземную орбиту 50 нано спутников, поставляемых консорциумом участников из разных стран и финансируемому в рамках европейской рамочной программы (FP7). Для управления 50-ю аппаратами CubeSats предполагается создать сеть параллельно работающих центров управления полетами (QB50 MissionControlCentres) в режиме реального времени в VKI (VON KARMAN INSTITUTE FOR FLUID DYNAMICS, https://www.vki.ac.be , Стэнфордском университете в США (http://www.stanford.edu ) и NPU в Китае(http://www.nwpu.edu.cn ). В проекте участвуют 24 страны, среди которых Румыния, Польша, Венгрия, Греция, Португалия. Из ведущих космических держав Германия, Франция, Испания, Великобритания запускают по 3 пико спутника, а США - 10 пико спутников. При этом Россия предоставляет услуги по запуску РН типа "Штиль 2.1", но не имеет в составе группировки ни одного пико- или наноспутника. В США на основе платформы Cubesat созданы 33 спутника. Они разработаны в основном университетскими лабораториями, хотя часть была создана подразделениями NASA и Министерства обороны. Разработанные пико- и наноспутники делятся на три категории: научные, технологические и образовательные. Особенно важны последние две категории, поскольку они дают уникальную возможность для тестирования новых технологий и приобретения опыта в создании космических аппаратов, не разрабатывая с нуля большие дорогостоящие спутники. Среди активных разработчиков спутников типа CubeSat - компания SSTL (Суррей, Великобритания), Лаборатория космических систем Университета Кентукки (США), Калифорнийский политехнический институт (США), Стэнфордский университет и другие организации http://www.cubesat.org/index.php/missions.

Новизна эксперимента:

Научная аппаратура "АВИС" должна производить контроль разделения космических объектов и мониторинг состояния инспектируемых объектов на орбите в автономном режиме, в том числе, включая отработку технологии разделения, сближения и стыковки наноспутников. На настоящий момент создание такого комплекса не предусмотрено ни в одном из заявленных экспериментов в рамках программ КНТС. Ближайшим отечественным аналогом НА "АВИС-1П" является технологический наноспутник минимальной комплектации ТНС-0, разработанный ФГУП «РНИИ КП» в обеспечение КЭ «Наноспутник» и запущенный 28.03.2005 (масса — 5,0 кг, диаметр — 170 мм, длина — 550 мм). Однако, путники АВИС-1П и ТНС-0 имеют существенные отличия по габаритно-массовым и техническим характеристикам, а также по конечному целевому назначению.

Научная аппаратура:

На пико- и нано спутниках устанавливается аппаратура видеорегистрации. Блоки и агрегаты, входящие в состав НА: - блок Web-камер (5 шт.) с устройством обработки видеоинформации; - бортовой центральный контроллер (БЦК) с ЗУ; - солнечная батарея и блок АБ с контроллером питания; - блок приемо-передатчика 435МГц; - приемник GPS/ГЛОНАСС; - антенный блок с модемом и антеннами Global Star, антеннами БКУ 435 МГц (4 шт., 2 приемные и 2 передающие) и GPS/ГЛОНАСС (4 шт.).

Ожидаемые результаты:

Основными ожидаемыми результатами эксперимента являются: - совершенствование и повышение эффективности функционирования бортовых систем, применение принципиально новых конструкционных материалов для создания космической техники, отработка методов использования робототехнических устройств и дистанционного управления ими для проведения сложных технических операций на борту космических комплексов, создание средств эффективного получения и накопления энергии в космосе, а также перспективных двигательных установок, отработку технологии, методов и средств создания крупногабаритных конструкций с помощью КА малой размерности, создание специального целевого оборудования в обеспечение выполнения перспективных научных исследований; - проведение углубленных исследований условий длительного орбитального полета МКС и их комплексного воздействия на эксплуатационные характеристики новых конструкционных материалов и узлов КА, включая их стойкость к такого рода воздействиям; - получение практической информации, служащей исходными данными для совершенствования используемых и разработки новых служебных бортовых систем; - совершенствование технологии, методов и средств создания КА пико и нано размерности, их систем и бортового оборудования в условиях космического полета; - изучение особенностей функционирования в условиях космического полета сложных технических систем, а также их экспериментальная отработка, с целью создания служебного и научного бортового оборудования нового поколения.

Полученные результаты:

 

Сроки проведения: декабрь 2012 – декабрь 2015
Состояние эксперимента: Готовится
Организация постановщик: ЗАО «Технологии ГЕОСКАН»
Организации участники: ОАО РКК «Энергия» им. С.П.Королева, ФГБУ НИИ ЦПК им. Ю.А.Гагарина, ЦУП-М (ФГУП ЦНИИмаш)
Научный руководитель: Чмырев В. М., ЗАО «Технологии ГЕОСКАН», Генеральный директор, доктор физ.-мат. наук
Публикации по эксперименту:

 

Последнее обновление: 14.11.2017

Информационная справка

Программы

Изображения