Зачем “Фобос-Грунту” операционная система Android?

Все, кто желает успеха российской космонавтике, сейчас молятся, чтобы застрявший на околоземной орбите аппарат, в конце концов, улетел если не в сторону Марса, то хотя бы к Луне, но шансы на это по-прежнему малы. Одна из системных причин провала миссии — попытка сразу сделать большую и сложную миссию без промежуточных малых и простых шагов, что, в итоге, вылилось в годы работы, 5 млрд рублей и 13 тонн мусора в космосе. Мы давно отвыкли от больших межпланетных проектов, а ведь даже привычные к ним американцы наращивают вес и сложность постепенно. Американский марсоход Curiosity габаритами с небольшой джип, который запускают в субботу, появился после того, как концепцию обкатали на 16-килограммовом марсоходе Sojourner в 1997 году.

В общем, надо быть проще. Так будет надежней и дешевле. Запад последние годы переживает настоящий ренессанс малых космических аппаратов. Связано это с тем, что электроника и аккумуляторы достигли, наконец, таких размеров, которые позволяют разместить компьютер с фотоаппаратом в габаритах телефона. Согласно принятой в космонавтике классификации, микроспутниками называются аппараты массой 10—100 кг, наноспутниками — 1—10 кг, а пикоспутниками — 0,1—1 кг. Наноспутники — это хит последнего десятилетия. В 2005 году был запущено только 1 наноспутник, в 2010-м — 16, а в 2020-м — ожидается более сотни.

Slon отобрал 6 малых космических аппаратов (из которых пять — легче 10 кг), каждый из которых внес свой вклад в идеологию и технологию доступных спутников. Досмотрев слайд-шоу до конца, вы узнаете, какие детали спутника уже можно купить в магазине, а также получите ответ на вопрос, вынесенный в заголовок, — зачем же космическим аппаратам ОС Android?

Первый любительский спутник спаяли в гараже

OSCAR-1

Дата запуска: 12 декабря 1961

Масса: 5 кг

Как только инженеры по всему миру осознали, что первый искусственный спутник Земли это всего лишь герметичный металлический футляр с батарейкой и радиопередатчиком, они поняли, что сами смогут сделать такой же. К реальным действия в 1960 году приступила группа американских радиолюбителей, назвавшая свой проект OSCAR — Orbiting Satellites Carrying Amateur Radio. Хотя группа — это сильно сказано. Множество спонсоров и компаний пожертвовали деньги и оборудование на сумму примерно $130 000 (в долларах 2010 года), но аппарат делал в своем гараже в основном один человек — Лэнс Джиннер, 22-летний инженер фирмы Lockheed. Как и советский спутник, он представлял собой герметичный корпус с вентилятором для перемешивания воздуха (в невесомости конвекции нет, поэтому гнать воздух от нагревающихся частей приходится пропеллером). Так же, как и в советском прообразе, там была батарея, радиопередатчик и датчик температуры, который менял скорость передачи в зависимости от температуры внутри. Только OSCAR-1 передавал не “бип-бип-бип”, а привет морзянкой по-английски — “Hi”.

Что отличалось, так это масса: американец весил 5 кг против 83,6 кг советского аппарата, притом, что проработали на орбите оба спутника одинаково — 22 дня. Создатели OSCAR-1 уговорили ВВС запустить свое творение как дополнительную нагрузку вместе с большим военным спутником. И 12 декабря 1961 года ракета-носитель “Тор-Аджена” вывела в космос разведывательный аппарат Discoverer-36 массой 1150 кг и пятикилограммовый OSCAR-1, ставший первым любительским спутником Земли.

Вклад в создание доступных спутников:

OSCAR-1 заложил все основные черты современных нано- и микроспутников, а именно — малая масса, малая стоимость, быстрое проектирование и изготовление, запуск попутно с большим аппаратом бесплатно или за очень небольшие деньги.

Снимок века родился в магазине “Пионер” на улице Горького

“Луна-3”

Источник: wikipedia.org 

Дата запуска:  4 октября 1959

Масса:  279 кг

В январе 1958 года Сергей Королев отправил в ЦК письмо о планах сфотографировать обратную сторону Луны (впервые в истории). Для фотографирования космический аппарат, который потом назовут “Луной-3”, должен был сам уметь ориентироваться в космосе, наводить камеру на Луну и поддерживать ориентацию в течение долгого времени. Разработать первую в истории систему ориентации космических аппаратов Королев поручил Борису Раушенбаху. К весне!

Учитывая сжатые сроки, Раушенбах решил не строить никаких математических моделей, а сразу конструировать конкретную систему — “коробочки”, которую “можно пощупать”, и убедиться, что она работает. Реализацию “коробочки” он начал с того, что, взяв под отчет в институте 1000 рублей, отправил молодого инженера Анатолия Пациору на улицу Горького в магазин “Пионер”, чтобы тот накупил паяльников, проводов, сопротивлений, разных полупроводниковых штучек и прочей технической мелочевки, предназначавшейся для утешения юных техников. Из этих в буквальном смысле детских игрушек была построена первая в истории система космической ориентации, включающая маленькие реактивные двигатели на сжатом газе, оптические датчики, гироскопические приборы и логические электронные управляющие устройства. Во время испытаний и доводки системы традиция использовать подручные средства продолжилась: к соплам двигателей крепили красные шелковые ленточки, чтобы видеть выбросы газа по колебаниям ленточек, шторки датчиков обклеивали черным бархатом (одна из сотрудниц, между прочим, пожертвовала свой шарфик), а Солнце Раушенбах имитировал, поднося несколько зажженных спичек к датчику.

Кстати, здание магазина “Пионер” в Москве (ул. Горького, дом 56 — сейчас 1-я Тверская-Ямская, ул., 28) до сих пор сохраняет связь с электронной техникой — только вместо “Пионера” там сейчас компьютерный магазин Z-STORE.

Вклад в создание доступных спутников:

Наглядное опровержение мифа о том, что для решения сложных задач обязательно использовать запредельно дорогое оборудование.

“Японец” скидывает из космоса на e-mail фотки с сотового телефона

Источник: Университет Токио Название: XI-IV

Дата запуска: 30 июня 2003

Масса: 1 кг

Наноспутник XI-IV (произносится как “сай-фо”) сделан студентами Университета Токио. Среди множества студенческих наноспутников, которые делаются в зарубежных университетах, он выделяется двумя вещами.

Во-первых, использует ту же элементную базу, что и сотовые телефоны. Например, фотокамера разрешением 128*120 (неплохое разрешение для мобильника на тот момент).

Во-вторых, токийские студенты придумали проект “XI-IV Mail Station” — “Почтовая станция XI-IV”. Можно зарегистрироваться на специальном сайте и спутник скинет на указанный мэйл фотку Земли из космоса. Следующий спутник этого же университета под названием XI-V снимает Землю более продвинутым телефонным модулем с разрешением 320*240.

Кстати, запустили “сай-фо” с космодрома в Плесецке ракетой “Рокот”. Основной нагрузкой был российский 750-килограммовый метеоспутник “Монитор-Э”, а попутной — восемь микро- и наноспутников, самый тяжелый из которых весил 66 кг, а самый легкий весил 1 кг.

Вклад в создание доступных спутников:

Спутник, функционирующий на орбите несколько лет, можно делать из телефонных запчастей.

Первый российский наноспутник посылал сигналы через американский модем за $2000

Источник: ЦНИИмаш Название: ТНС-0

Дата запуска: 28 марта 2005

Масса: 5 кг

ТНС-0 — первый и единственный российский наноспутник, тем он и ценен. Кроме того, на его примере видны некоторые типичные решения, которые применяются создателями сверхмалых аппаратов.

Во-первых, одна из серьезных проблем — это система ориентации. Система ориентации “Луны-3” хоть и была сделана из магазинных компонентов, однако весь аппарат весил 279 кг, что неприемлемо даже с учетом того, что сегодняшние технологии позволят облегчить многие подсистемы. Поэтому обычно применяют различные системы пассивной ориентации. Самая популярная — гравитационная. Проще говоря, аппарат делают в форме несимметричной гантели, поэтому с течением времени она развернется так, что ось гантели будет направлена к центру Земли, а тяжелый конце гантели будет ближе к Земле, чем легкий. Конструкторы ТНС-0 поэкспериментировали с экзотикой — магнитной системой ориентации. Упрощенно говоря, внутрь поставили постоянный магнит, который ориентировал спутник параллельно линиям магнитного поля Земли.

Во-вторых, для общения с Землей аппарат использует спутниковый модем. Спутниковые телефоны, как известно, хороши тем, что ловят сигнал даже там, где нет сотовых вышек, потому что информация идет через спутники над головой абонента. Если поставить модем, который выходит в интернет через спутниковую телефонную сеть, в космический аппарат, то спутники связи будут у него, конечно, не только “над головой”, но где-то сбоку и даже снизу, однако сигнал никуда не пропадет. Скорость обмена информацией у модема Globalstar, который стоял на ТНС-0, медленная (9,6 кбит/сек), зато его можно свободно купить примерно за $2000 и кроме связи он может определять координаты в пространстве, как GPS-навигатор.

В-третьих, способ запуска тоже довольно типичный — его сначала доставили на МКС, а потом космонавт вручную запустил наноспутник. Проще говоря, бросил его рукой во время выхода в открытый космос.

Вклад в создание доступных спутников:

Первый и единственный российский наноспутник на сегодняшний день.

ВВС США запустили спутник на 10-долларовом моторчике

Источник: wikipedia.org Название:  PSSC-2

Дата запуска:

19 июля 2011

Масса:  3,7 кг

PSSC-2, запущенный в нынешнем июле с борта “шаттла” был бы ничем не примечательным агрегатом американских ВВС для научных экспериментов и проверки сигналов GPS, если бы не четыре реактивных двигателя.

Дело в том, что наноспутникам хочется маневрировать на орбите так же, как и их старшим братьям. Увы, встроить полноценные и мощные двигатели в маленький аппарат невозможно. Конструкторы придумали несколько способов, как обойти массо-габаритные ограничения.

Основных идей две:  Использовать солнечный парус. Легкий, тонкий и большой лист алюминиевой фольги отражает солнечный свет так же, как обычный парус отражает ветер, и при этом сам двигается вперед. Конечно, солнечное давление очень мало, поэтому ускоряться на несколько километров в час приходится месяцами, но так и некоторые наноспутники никуда не спешат! Пока единственным работающим солнечным парусником является японский 315-килограммовый Ikaros. Но не обязательно быть большим, чтобы использовать солнечное давление: хотя 4-килограммовый американский NanoSail-D2 не смог выйти на орбиту, но Планетное общество (международное объединение любителей космических исследований) уже готовит к пуску 5-килограммовый LightSail-1, а в МГТУ им. Баумана проектируется полукилограммовый “Парус-МГТУ”.

Использование тросовых систем для торможения или разгона в электромагнитном поле Земли, а также для схода с орбиты. Самый интересный эксперимент — 5,5-килограммовая капсула “Фотино”, отделившись от спутника YES2, размотала вниз трос длиной 30 км и вошла в атмосферу. Правда, российско-итальянская команда не сумела найти маленький “Фотино” в казахстанских степях в 2007 году, но подтверждение о сходе капсулы с орбиты было получено.

PSSC-2 добавил еще один способ: разгон с помощью миниатюрного ракетного твердотопливного двигателя. Фишка в том, что ВВС поставили на спутник серийные моторы, которые покупают ракетомоделисты для своих полуметровых любительских ракет. Такие можно купить в специализированных магазинах или в интернете долларов за 10. К примеру, в России аналогичный двигатель стоит 500 рублей, весит около 100 грамм и в длину составляет 12 см. Обычно их называют пороховыми шашками, хотя в современных движках вместо пороха используется более продвинутое топливо.

Первый двигатель спутника был зажжен 4 ноября, чтобы поднять орбиту и предотвратить преждевременное падение PSSC-2 на Землю.

Вклад в создание доступных спутников:

Ракетный двигатель за пятьсот рублей из магазина для хобби — в космосе... Ну не круто ли?!

Гуглофон отправят в космос

Название:  STRaND-1

Дата запуска:  2012

Масса: 4 кг

Благодаря моде на смартфоны с операционной системой Android этот наноспутниковый проект оказался самым известным. Идея проста: современный смартфон — это, по сути, небольшой компьютер с фотокамерой, трехосным датчиком ускорений, модулями GPS и WiFi, а также радиоприемником. Если добавить к нему солнечную батарею и соответствующий радиопередатчик (или хотя бы спутниковый модем, как в ТНС-0), то получится полноценный спутник. Правда, ему нужен герметичный корпус, чтобы защититься от вакуума, перепадов температуры и радиации (к счастью, на околоземной орбите она не очень высокая).

Британская фирма Surrey Satellite Technology Limited (SSTL) создала 4-килограммовый STRaND-1. Сделать его сразу из смартфона она не решилась, поэтому на свою стандартную платформу, уже не раз летавшую в космос добавила телефон Google Nexus One (стоимость — около $500). Гуглофон будет общаться с бортовым компьютером спутника по WiFi — сбрасывать разную служебную информацию и космические фотографии через него на Землю. Кроме того, для дополнительного контроля на экран гуглофона будет направлена специальная фотокамера спутника. В конце миссии — если Google Nexus One будет вести себя хорошо — ему даже попытаются передать управление всем спутником.

В конце концов, смартфоны, ноутбуки, айподы и “зеркалки” давно и с успехом работают на МКС, а SSTL это очень опытная фирма, так что у STRaND-1 есть все шансы стать первым спутником под управлением ОС Android. Запуск намечен на 2012 год.

Вклад в создание доступных спутников:

“Прости, братан, вешаю “трубку” — пацаны с Байконура ее через 5 минут в космос отправляют!” — в этой фразе не только понты, но и сверхдешевый способ создания спутников.

Послесловие

Аппарат массой в пару килограммов можно за несколько месяцев собрать и протестировать в гараже или университетской лаборатории. Себестоимость наноспутника — от пары тысяч до пары сотен тысяч долларов. На них можно быстро испытать новые электронные компоненты или провести военные или научные эксперименты — от проверки функционирования GPS до предсказания землетрясений. Минобороны США разрабатывает сеть наноспутников связи, которые будут передавать сообщение друг от друга с помощью лазеров (такой сигнал сложнее перехватить, чем радиоволны, а килограммовые спутники намного сложнее сбить ракетой).

В России космических коллективов по тематике “нано” мало. Заслуживает упоминания МГТУ им. Баумана, где конструируют пикоспутник с солнечным парусом “Парус-МГТУ” и новый стартап “Спутникс” при известной фирме “Сканэкс”. Единственный отечественный наноспутник — уже упомянутый ТНС-0, запущен в 2005 году.

Наноспутник для космической индустрии — то же самое, что персональный компьютер для индустрии больших ЭВМ. Он не убьет старших братьев, но создаст огромную новую нишу. Главный барьер для взрывного роста — отсутствие наноракеты для наноспутников. Сейчас малые аппараты приходится выводить попутным грузом с большими, то есть ждать сравнительно редких запусков традиционных ракет. Наноракета — как бы забавно ни звучало это слово — представляет собой ракету длиной несколько метров, способную вывести на околоземную орбиту аппарат массой до 10 кг. В США такие разработки ведутся как военными, так и частными компаниями. У нас тоже, но, в основном, частниками-энтузиастами. Когда наноракеты залетают, то наноспутники можно будет пускать хоть каждый день, а цена вместе с пуском будет составлять от десятков тысяч долларов (по очень оптимистичным оценкам) до миллиона (для высокотехнологичных военных спутников).

Николай ДЗИСЬ-ВОЙНАРОВСКИЙ