5 мільйонів на виготовлення і нуль гривень на запуск. Як КПІ створює наносупутники

Наприкінці жовтня 2023 року Київський політехнічний університет отримав 5,2 млн грн від перерозподілення бюджету на завершення розроблення наносупутника PolyITAN-12U, який матиме оптичний сканер. Це не перший наносупутник КПІ, а запуск останнього на цей момент завершився ймовірною втратою апарата.

"Україна завжди була космічною державою і має бути нею", – каже Віталій Пасічник, проректор КПІ з наукової роботи. Liga.Tech поговорила з ним про фінансування наносупутника КПІ, для чого він потрібен, а також про плани університету та успіхи й невдачі України у космосі.

– У жовтні 5,2 млн грн бюджетних коштів перерозподілили на завершення розроблення наносупутника PolyITAN-12U в межах програми КПІ. На що саме планується витратити ці кошти?

– Сума буде використана для завершення циклу проєктування, виготовлення і випробування нашого космічного апарата PolyITAN-12U. Попередньо були виконані роботи також з його проєктування, виготовлення вузлів інженерної моделі. Зараз ми на фінальній стадії – маємо повністю завершити та зібрати космічний апарат. Його мають піддати цілій низці випробувань. Зокрема це вібровипробування, коли наносупутник ставиться на вібростенд і піддається навантаженням, які імітують ті, що діють під час виведення в космос, або вищі. Мета – переконатися, що апарат лишиться неушкодженим і функціональним. Інше – випробування на електромагнітну сумісність, щоб випромінювання різних блоків не заважали одне одному. Ще один вид випробувань – термовакуумні. Вони проводяться в камері, де імітуються практично всі умови космосу, за винятком відсутності тяжіння Землі.

Ще один напрям, на який підуть кошти, – підготовка до модернізації нашої станції наземного зв'язку з космічним апаратом, яка є в КПІ. Вона не була призначена для приймання великих обсягів інформації, тому потребує модернізації, щоб отримувати інформацію з цього супутника у вигляді фотографій.

– Звідки планується запуск та коли? Це буде комерційне замовлення для якоїсь компанії?

– Ми ще не можемо сказати, де і як буде запускатися і за які кошти. Всі наші попередні супутники ми запускали за допомогою підтримки партнерів – жодної копійки бюджетних коштів на три попередні космічні апарати не використали. Хоча тим, хто допомагав, це обходилося у певну суму і вони брали це все на себе.

І хоча порядок цін на запуск космічних апаратів такого класу ми знаємо, адже зверталися із запитами до компаній, які такі послуги надають, гадаю, що ми матимемо ситуацію, коли для України запуск буде безкоштовним.

– А якщо з погляду саме логістики, запуск буде десь на іншому континенті? 

– На сьогодні найсприятливіші за фінансами умови – США, мис Канаверал. Обирати можна SpaceX або іншу компанію. Вибір залежатиме від терміну запуску і масогабаритних характеристик апарата. Наприклад, компанія SpaceX укомплектовує ракету-носій різними космічними апаратами відповідно до спроможності вивезти сукупну масу в космос. Спочатку монтуються великі супутники, далі ставляться касети, в яких завантажуються наносупутники. В одну таку касету завантажується, зазвичай, декілька наносопутників. Вони чіпляються як гірлянда, і потім, коли ракета виходить на орбіту, вони виводяться на відповідні орбіти.

Вартість виведення в космос сьогодні нагадує купівлю квитків на літак або потяг. Якщо нам треба швидко, значить платимо дорожче. Якщо можемо почекати, це може бути і дешевше. 

– Про вартість доставлення кілограма вантажу ще зарано казати?

– Коли ми звертаємося до партнера, інвестора або благодійника по допомогу, то ми маємо розуміти порядок цін. Ми зверталися до компанії, яка на комерційних засадах забезпечує супровід запуску космічних апаратів. Це було потрібно, щоб зрозуміти порядок цін на такі послуги. Вони нам надали попередню комерційну пропозицію, що запуск аналогічного за розмірами і масою апарата може обійтись від $465 000 до $545 000. 

– Хтось ще займається такими супутниками в Україні? Яке у них призначення загалом? 

– Наносупутники – це сучасний світовий тренд, коли перехід до модульної структури дає можливість певним чином уніфікувати технологічні рішення. Це дає можливість уніфікувати і контейнери для запуску, в яких ставляться ці космічні апарати. В сукупності ця технологія знижує вартість розробки і вартість запуску.

За цим трендом ми маємо вписатися у певний форм-фактор, який визначено як 100 на 100 на 100 міліметрів, це один юніт або кубсат. З двох, трьох та навіть з 12 кубиків можуть утворюватися більші за розмірами космічні апарати. 

Вписавшись у формат кубсат і запустивши цілу серію, ми можемо створити свій Starlink, якщо в цьому буде потреба. У PolyITAN-12U, який уже на завершальній стадії, ми вперше ставимо на борт оптичний сканер для дистанційного зондування Землі. Це повністю наша розробка, виготовлена за власною технологією.

Роздільна здатність оптичного сканера – від 2 до 4 метрів на піксель, це своєрідний рекорд для космічних апаратів такого класу. Це фізична межа для габаритних розмірів 200 на 200 на 300 міліметрів. І наш оптичний сканер може забезпечити таку роздільну здатність.

Ми плануємо запустити супутник зі сканером і отримати можливість мати супутникові знімки там, де ми хочемо щось побачити.

Отримані з супутника зображення земельних ділянок можуть зацікавити аграріїв  в Україні та закордонних фермерів. Тобто інформація, отримана від університетського наносупутника в майбутньому може мати і комерційну складову.

– У січні з Флориди запустили супутник PolyITAN-HP-30, з яким досі не встановили звʼязок. Наскільки це типова проблема?

– Досі триває робота зі встановлення зв'язку з цим космічним апаратом. Його запустили ракетою-носієм Falcon 9. Разом з нашим космічним апаратом одночасно виводились на навколоземну орбіту більше сотні космічних апаратів. Під час запуску супутники є в сплячому режимі. Далі вони мають "прокинутись" і з ними має бути встановлений телеметричний зв’язок. Поступово всі запущені супутники ідентифікуються їх власниками. З місії Transporter-9 lосі не ідентифіковано кілька космічних апаратів, і серед них наш. 

Космос і космічні апарати – це проєкти з високим ступенем ризику. Можна пригадати Ілона Маска, який пішов іншим шляхом, ніж NASA. У агентства плануються роботи так, що проєкт з першого разу успішний, а Ілон Маск може дозволити безуспішно запустити кілька ракет, поки не досягне успіху. Без цих невдач у нього не було б ракет Falcon. 

Але не все погано із запусками наносупутників КПІ – наш перший український кубсат PolyITAN-1, запущений 2014 року, досі працює. Системи живлення, телеметричний канал підтвердили свою життєздатність. Дві місії наносупутників серії PolyITAN були успішними.

– Які подальші плани КПІ в напрямі розробки супутників? 

– Для нас проєкт створення наносупутників дуже важливий в плані інтеграції взаємодії наших наукових шкіл. На сьогодні на різних етапах до створення окремих частин цього апарата долучаються фахівці і студенти з восьми факультетів. В нас є мрія – на основі PolyITAN-12U  зробити більший проєкт для мікросупутника. Він матиме  більший за розміром сканер з більшими можливостями. 

Загалом PolyITAN-12U без оптичного сканера є модульною платформою, куди можна поставити іншу апаратуру. Платформа містить всі блоки, які забезпечать працездатність космічного апарата. 

Крім того, ми маємо на рівні ескізів цікаві проєкти на перспективу. Це, наприклад, BioSat – проєкт біологічних досліджень в космосі. Капсула у наносупутнику, яка допоможе вивчати зростання рослин у космосі. Спільно з Інститутом ботаніки НАН України опрацьована концепція для забезпечення майбутніх космічних місій поживними речовинами, які б могли рости в космосі. Поки цей проєкт ще не отримав жодної копійки фінансування і ми шукаємо партнерів для його реалізації.

Проєкт GraviSat близький до початку практичної реалізації – є партнери, зацікавлені в його реалізації. Цей проєкт стосується дослідження змін гравітаційного поля Землі. Якщо запустити на космічну орбіту кілька десятків таких апаратів, то можна на випередження прогнозувати землетруси. За певний час до землетрусу відбувається зміна гравітаційного поля Землі, а потім це виливається у зсув тектонічних плит. Розроблено спеціальні малогабаритні датчики, які дозволяють точно вимірювати це гравітаційне поле Землі. Постійний моніторинг стану магнітного поля Землі може стати основою глобальної системи попередження про землетруси.

Кожен з цих космічних апаратів має мати систему зв'язку, систему живлення, позиціювання, орієнтації. У КПІ вже створено повний цикл проєктування, виготовлення, тестування і підготовки до виведення в космос космічних апаратів такого класу.