«ТаблетСат-Аврора» – первый российский частный спутник
19 июня 2014 г. в 23:11:11 по московскому времени из позиционного района Домбаровский в Оренбургской области (космодром «Ясный»), был осуществлён успешный запуск ракеты-носителя «Днепр» (конверсионной ракеты РС-20). На ней в составе кластера из 33 малых космических аппаратов из 17 стран мира на орбиту Земли был запущен первый российский частный микроспутник – технологический демонстратор «ТаблетСат-Аврора», разработанный компанией «СПУТНИКС».
Этот первый частный спутник России стал предтечей целой флотилии малых космических аппаратов (МКА) производства отечественных частных компаний. На сегодняшний день, спустя десять лет после этого события, насчитывается более 60-ти МКА на орбите, изготовленных только на платформах «СПУТНИКС», и не менее 30 КА других производителей. В их числе аппараты ДЗЗ, демонстрационные, научные, образовательные и коммерческие. Но вернемся на 12 лет назад.
Описание миссии
Началось все в далеком 2012 году. Тогда частная космическая компания «Спутниковые инновационные космические системы, она же – «СПУТНИКС», являвшаяся на тот момент дочерней компанией ИТЦ «СКАНЭКС», стала резидентом “Сколково” и получила грант – 29,5 миллионов рублей (860 тысяч долларов) при условии софинансирования для разработки подсистем космического аппарата нового форм-фактора “ТаблетСат”. В ходе работы над проектом всего за восемь месяцев был подготовлен к запуску микроспутник – демонстратор для отработки комплекта служебных систем, получивший изначальное название ТаблетСат-2U-EO.
Сам проект, работа над которым началась в октябре 2013 года, получил название “АВРОРА”. В качестве основы для спутника был использован новый стандарт микроспутниковой платформы — ТаблетСат.
Исходным форм-фактором конструкции являлась шестиугольная призма диаметром 400 мм, с боковыми гранями в виде развернутой обработанной тонкостенной панели из алюминиевого сплава АК4.
Шесть раскрываемых солнечных батарей (панелей) шарнирно закреплены на гранях верхней стороны, фиксируются в сложенном положении от старта до развертывания плавким соединением и устанавливаются в рабочее положение с помощью пружин. На нижнем (надирном) конце установлена антенна X-диапазона, из которой выступал объектив камеры ДЗЗ.
Конфигурации микроспутников на этой платформе включали различные варианты. Базовый модуль служебных систем массой около 10 кг был принят за 1 «юнит» (1U), далее платформа могла масштабироваться, к примеру, в 2U (25 кг), 4U (50 кг), 7U (90 кг).
Система энергопитания платформы обеспечивала питание полезной нагрузки постоянным стабилизированным напряжением 5 В и 12 В. Возможна была и реализация варианта с нестабилизированной шиной номиналом 12 В или 27 В. Обмен информации с полезной нагрузкой осуществлялся по интерфейсам CAN, SpaceWire, LVDS.
КА «ТаблетСат-Аврора» представлял собой модификацию платформы ТаблетСат формата 3U. Предполагалось, что данный формат может обеспечивать установку полезной нагрузки со средневитковой потребляемой мощностью до 20 Вт, пиковой — до 75 Вт при длительности работы до 10 минут на витке. Генерируемая мощность с шести раскрывающихся панелей солнечных батарей должна была составлять не менее 120 Вт. Масса летной модели микроспутника составляла 26 кг.
В качестве основной полезной нагрузки на аппарате была установлена панхроматическая фотокамера дистанционного зондирования Земли «ЛЕПТОН-МОНО» производства АО «НПО ЛЕПТОН» со следующими характеристиками:
| Спектральный канал | 1 |
| Спектральная полоса | 430 … 950 нм |
| Разрешение в надир (проекция пикселя) | 15,6 м |
| Ширина полосы захвата | 51 км (кадр 51х38 км) |
| Рабочие углы Солнца | 5 … 90 ° |
| Рабочий диапазон температур | 0…+40 °С |
| Интерфейс управления | CAN |
| Масса | 1,5 кг |
| Габариты | 92,5×92,5×292 мм |
| Энергопотребление | в рабочем режиме — не более 8 Вт,
в дежурном режиме — не более 1 Вт |
Для высокоскоростной передачи данных КА «ТаблетСат-Аврора» был оснащён бортовым комплексом передачи данных X-диапазона, обеспечивающим передачу информации со скоростью 70 Мбит/с на несущей частоте 8192 МГц, тип модуляции – BPSK. Мощность передатчика составляла 8 Вт. Экспериментальная антенна X-диапазона имела семь излучателей, угол апертуры каждого составляет 60 градусов, т.е. антенна перекрывает полусферу ±120 градусов.
Но основное назначение МКА «ТаблетСат-Аврора» — служить технологическим демонстратором для отработки новых приборов и бортовых систем в космосе.
Среди них:
⬢ малогабаритный звёздный датчик;
⬢ цифровые солнечные датчики;
⬢ цифровой датчик угловой скорости с совмещённым магнитометром;
⬢ двигатели-маховики;
⬢ гиродины;
⬢ электромагнитные катушки с блоком управления;
⬢ бортовой GPS-приемник;
⬢ блок ориентации и стабилизации;
⬢ бортовой комплекс управления;
⬢ бортовая антенная система X-диапазона;
⬢ бортовая передающая система X-диапазона;
⬢ система энергопитания на базе LiFePO4- аккумуляторных батарей;
⬢ бортовые приемопередающие УКВ радиомодули диапазона 435…437 МГц;
⬢ экспериментальные солнечные панели.
Запуск МКА
Контракт на запуск аппарата был подписан в ноябре 2013 г., сам запуск был изначально запланирован на конец марта 2014 г. (после переноса, который состоялся во второй половине июня 2014 г.) При таких сжатых сроках было понятно, что команда разработчиков столкнется с серьезным дефицитом времени, связанным с необходимостью успеть к датам запуска. В подобной работе принципы проектной работы над космическими аппаратами, принятые в отечественной традиционной космической промышленности, не подходили, и за основу был принят зарубежный опыт создания малобюджетных малых космических аппаратов, который кратко можно изложить пословицей — «И швец, и жнец, и на дуде игрец». В проекте каждый специалист полностью отвечал за свою систему, включая её проектирование, изготовление и испытания, сборку, интеграцию и последующую эксплуатацию, при этом тесно взаимодействуя с другими участниками проекта на уровне интерфейсов. Каждый специалист в той или иной степени обладал навыками конструктора, электронщика и программиста.
Работа над МКА кипела и днем, и ночью, и в результате самоотверженного труда уже в начале июня 2014 года спутник был доставлен на космодром «Ясный» для подготовки к запуску и интеграции с ракетой-носителем.
Управление и прием данных
Управление аппаратом осуществлялось из центра управления полетами «СПУТНИКС» в Москве, с привлечением резервных партнерских станций в Калуге и Берлине.
Данные с микроспутника планировалось принимать на наземный комплекс приёма и обработки информации с полезной нагрузки «УниСкан» ИТЦ «СКАНЭКС» с диаметром зеркала антенной системы от 2,5 м.
Ровно десять лет назад, 19 июня 2014 г. первый частный микроспутник «ТаблетСат – Аврора» передал первые пакеты телеметрии с орбиты Земли.
Несколько записей приема телеметрии радиолюбителями и поныне хранит интернет.
Посмотреть одну из них можно по ссылке: https://www.youtube.com/watch?v=lXUfwuRf-Pw
Не стоит забывать, что «ТаблетСат-Аврора» являлся и радиолюбительским космическим аппаратом.
На борту располагались три идентичных УКВ приемопередатчика. Два из них использовались для командной радиолинии и передачи телеметрических данных GMSK в любительском диапазоне на частотах 435,550 МГц и 436,100 МГц с шириной полосы менее 7 кГц. Предполагалась, что их мощность будет варьироваться по команде с наземной станции в пределах от 0,8 до 2,0 Вт. Оба должны были работать одновременно, обеспечивая два независимых канала работы с МКА в симплексном режиме. Основной передатчик работал на частоте 435,550 МГц использовал бортовую штыревую антенну, дополнительный приемопередатчик на 436,100 МГц был подключен к раскрывающейся антенне, которая была сложена и разворачивалась при раскрытии одной из панелей солнечных батарей. В качестве рефлектора этой антенны использовалась внутренняя поверхность этой панели СБ. Сигнал с этой антенны услышали первым, поэтому было понятно, что солнечные панели раскрылись.
Изначально было запланировано, что в штатном режиме каждый из двух УКВ трансиверов будет работать в служебном режиме для радиообмена с Землей, а в остальное время они будут отключаться в целях энергосбережения. Но во время витков, когда не запланирован радиообмен с ЦУП или вне зоны радиовидимости ЦУП, должен был активироваться третий УКВ-приемопередатчик – D-STAR ретранслятор.
Основные характеристики D-STAR ретранслятора:
| Мощность | 0.8 Вт |
| Частота прима/передачи | 437,050 МГц ( ± 10 кГц) |
| Режим | D-STAR DV (GMSK, BT=0.5, 4800bps) |
| Максимальная длина голосового сообщения | 8 минут |
D-STAR ретранслятор использовал бортовую штыревую антенну.
По сути, это ретранслятор “попугай”, но со своей “изюминкой”.
“Изюминка” заключалась в том, что для работы с ним достаточно было иметь направленную антенну и обычную любительскую радиостанцию, поддерживающую протокол D-STAR. Пользователь передает голосовое сообщение длительностью до 8 сек, которое затем ретранслируется обратно на Землю. А протокол D-STAR поддерживали в основном трансиверы ICOM.
Тестирование ретранслятора D-STAR на спутнике «ТаблетСат-Аврора» началось с 11 августа 2014 года. Но, к сожалению, отчетов о подтвержденной успешной работы через ретранслятор D-STAR не сохранилось.
Итоги миссии
Да, микроспутник «ТаблетСат-Аврора» был успешно выведен на орбиту, успешно развернул все панели с солнечными батареями, подал “голос” с орбиты. Аппарат проработал несколько месяцев, были проверены бортовые системы, получен опыт эксплуатации КА на орбите. Позднее из-за некачественных аккумуляторов произошел отказ в его системе электропитания, поэтому далее спутник функционировал только тогда, когда освещался Солнцем, и бортовые системы получали питание от панелей солнечных батарей. Поработав с КА в таком режиме еще несколько месяцев, было решено прекратить связь со спутником. Вот только назвать это неудачей нельзя, вся эта миссия была большим прорывом. И самое ценное в этом проекте было то, что в процессе разработки и эксплуатации микроспутника был получен бесценный опыт создания и эксплуатации именно малых аппаратов. Помимо конструкторской документации, результатов наземных испытаний, тестирования, отчётов по обработке полученной в ходе полёта телеметрии специалистами «СПУТНИКС» был сформулирован первый нормативный документ для внутреннего пользования. Документ назвали на тот момент «Перечнем полученных уроков» 😊
Эти полученные уроки позволили специалистам компании «СПУТНИКС» переосмыслить подход к разработке ПО, проектированию, компоновке, тестированию МКА на разных этапах. А также созданию наземной инфраструктуры — стенды для тестирования МКА перед запуском и наземные станции управления и приёма телеметрии, для последующей эксплуатации спутника на орбите. На основе разработанных для платформы и спутника бортовых приборов были созданы новые более продвинутые версии компонентов микроспутников.
А уже через четыре года кропотливой работы на орбите появились наноспутники СириусСат-1 и СириусСат-2, выведенные на орбиту с борта МКС 15 августа 2018 года.
Вслед за ними запущены и другие кубсаты, и, конечно, любимец многих радиолюбителей – «ОрбиКрафт-Зоркий» RS15S, запущенный на орбиту 22 марта 2021 года в сопровождении других товарищей, а потом… Хотя, это уже другая история!
73!