Проект спутника для фотосъемки Луны

Проект спутника на лунную орбиту для фотосъемки "Аполлонов". Хватит спорить, давайте посмотрим! Подробнее
Проект спутника на лунную орбиту для фотосъемки "Аполлонов". Хватит спорить, давайте посмотрим!

Выберите вознаграждение

Новость №14
07 декабря

Проекту лунного микроспутника исполнился год, так что самое время рассказать как у нас дела и отчитаться о проделанной работе. Сразу признаю: в график мы не укладываемся, но сделано уже немало: подготовили техзадание, определились со схемой выведения и орбитой, провели три итерации компоновки спутниковой платформы, но обо всем по порядку.

1 октября 2015 года на краудфандинговой площадке "Бумстартер" стартовал сбор средств на Проект лунного микроспутника. Цель сбора: поиск средств на подготовку аванпроекта малого космического аппарата способного выйти на низкую окололунную орбиту для фотосъемки в высоком разрешении мест посадок "Аполлонов" и "Луноходов". Сбор средств завершился 5 ноября, вдвое превысив планируемую сумму: 1,75 млн руб., вместо запрашиваемых 800 тыс руб.

Построить даже околоземный спутник на эти деньги невозможно, этот сбор лег в основу первого этапа разработки космического аппарата - Описания проекта. В космической отрасли описание предполагаемого и предлагаемого к разработке космического аппарата носит название “аванпроект”. Именно им мы сейчас и заняты. Аванпроект содержит результаты предварительных расчетов орбитальных характеристик, возможностей двигательной установки и бортового радикомплекса, конструкции и оптических возможностей камеры, свойств системы ориентации, системы электроснабжения и других служебных подсистем аппарата, которые позволят реализовать поставленные задачи.

В дальнейшем потребуются новые этапы, каждый в разы сложнее предыдущего: эскизный проект, подготовка конструкторской документации, подготовка инженерного макета, проработка алгоритмов работы, написание программного обеспечения… И много-много чего еще, без чего невозможен запуск такого, достаточно сложного межпланетного космического аппарата.

За реализацию поставленной цели взялась инициативная группа инженеров, имеющих опыт работы в ракетно-космической отрасли или в близких отраслях. За время сбора средств в команду вошло еще несколько специалистов. Несколько ученых выразило свой интерес к проекту, как имеющему научные перспективы в изучении Луны. На проект откликнулись десятки энтузиастов космонавтики со всего мира.

Но выразить поддержку или даже поучаствовать в обсуждении - это одно, а посвятить время на разработку, и тратить хотя бы несколько часов в неделю, на расчеты, составление таблиц, схем, подготовку описания - это другое. Собранные на "Бумстартере" деньги отложены на некоторые комплектующие и проведение профессиональной экспертизы проекта. Поэтому вся работа, которая уже проделана и еще требуется для подготовки проекта, осуществляется бесплатно, на волонтерских основаниях. А у такой работы в любом графике очень много конкурентов, и вести ее способен только настоящий энтузиаст. Зачастую жизненные обстоятельства сильнее любого энтузиазма, за первый год работы у кого-то из участников проекта появилась новая перспективная работа, отвлекающая практически всё время; у кого-то полетел уже готовый космический аппарат и теперь всё время занято работой с ним; у кого-то родился сын… Всё это, безусловно, позитивные изменения в жизни, которым стоит только радоваться, но каждое из них задерживает реализацию нашего проекта и откладывает будущий старт, на который мы надеемся.

Возникли и неизбежные сложности психологической совместимости участников проекта. Так, пришлось отказаться от помощи радиотехника, который взял на себя обязательства подготовки бортового радиокомплекса. Несмотря на достаточно высокий профессионализм, он не смог найти общий язык с остальной командой. После его ухода работу по радиоканалу пришлось начинать практически с нуля. Сейчас мы общаемся с зеленоградской компанией “САИТ”, которая готова взяться за разработку бортового радиокомплекса для лунного микроспутника. Для них это уже не хобби, а работа, которую нам придется оплачивать, либо предлагать какие-то иные взаимовыгодные условия сотрудничества, но их высокий профессионализм и опыт стоит того.

Теперь подробнее о том, что сделано. Сейчас у нас аванпроект примерно на 70% готовности.

Готово Техзадание на аванпроект.
Сейчас можно ознакомиться с тем, что мы должны подготовить в ближайшее время. Надеюсь, получится закончить работу до Нового года.

Мы выбрали две возможные схемы выведения космического аппарата, под которые прорабатывается две компоновки. Первая схема выведения - попутный запуск на геостационарную орбиту. Это орбита метеорологических и телекоммуникационных спутников на высоте примерно 36 тыс км в плоскости экватора Земли. Например, там работает спутник “Электро-Л2”.Коммерческих пусков на геостационарную орбиту осуществляется около полутора десятков в год, с Байконура, Куру, Канаверала. В этом году добавился еще Вэйчан. Выведение пары и более спутников уже отработано несколькими космическими агентствами и компаниями, хотя цена за каждый запущенный аппарат может достигать десятков миллионов долларов. Столько у нас нет и не предвидится, поэтому мы можем надеяться только на попутный запуск в рамках каких-либо партнерских программ или господдержки.

Второй вариант выведения - пуск на лунопереходную орбиту. По сути - пустили в сторону Луны, а дальше справляйся, как знаешь. Такой пуск возможен только на ракете, которая выводит что-то к Луне. Наш спутник мог бы занять место на разгонном блоке отдельно от основной полезной нагрузки. Лунные пуски намного реже геостационарных. Если учитывать планы разных стран, то лунных ракет окажется около десятка в течение следующих десяти лет. Ближайший - пуск ракеты NASA SLS в 2018 году, где кроме корабля Orion полетит около десятка студенческих и частных кубсатов США. Ожидаются еще три или четыре пуска Роскосмоса, как минимум один Индии, несколько - Китая, есть в проектах у Южной Кореи и Японии. Предполагается пара запусков аппаратов по конкурсу Google Lunar XPRIZE. В общем, некоторый шанс встать на пуск до Луны у небольшого спутника есть, поэтому такая возможность тоже закладывается в разработку.

Две схемы выведения требуют существенно отличающегося запаса топлива. Чтобы решить этот вопрос рассматривалось несколько вариантов: разработка отдельного разгонного блока, создание двух типов космических аппаратов, но это неприемлемо из-за ограниченности бюджета и кадровых ресурсов. Компромиссный вариант стал таковым: единая спутниковая платформа и двигательная установка, различающаяся только объемом топливных баков. Такая компоновка является излишне громоздкой для “легкого” варианта, но это плата за универсальность.

Информация о такой компоновке была опубликована в мае 2016 года. Аппарат, летящий от геостационарной орбиты, получался массой 160 кг. Это в полтора раза больше того, что называется микроспутником, но формула Циолковского не смотрит на терминологию.

После включения в работу команды “САИТ” нам приходится пересматривать компоновку в сторону уменьшения. Их бортовой радиокомплекс оказывается легче того, что мы рассматривали вначале, меньше потребляет энергии, меньше греется, а значит мы можем уменьшать площадь солнечных батарей, радиаторов, облегчать систему ориентации. Работа в этом направлении еще ведется, что является некоторым оправданием, что аванпроект еще не готов. Вряд ли получится облегчить перелетный вариант ниже 100 кг, но похудение ожидается существенное.

Конструкция двигательной установки пока не определена. Знаем только, что маршевая двигательная установка будет двухкомпонентная НДМГ/АТ. Это токсичное топливо, и у нас нет допуска для работы с ним, но мы и не планируем это делать. В стране есть предприятия и с допуском и с опытом разработки подобных двигательных систем. Например, на сайте завода ФГУП «НИИМаш» в Нижней Салде нашлась система очень похожая на то, что нам требуется - двигательная установка возвратного модуля “Фобос-Грунта” - правда, она мощнее и тяжелее в два раза.

Рабочая орбита предполагается околокруговая, с наклонением 84-85 градусов, т.е. близкая к полярной. Это означает, что полюса мы сможем снимать только под углом до 15,5 градусов, что не совсем удобно для последующей работы со снимками, но приемлемо. Полярная орбита была бы удобнее, но выбранное наклонение позволяет устойчивее держать высоту, избегая существенного влияния масконов Луны. Точнее они будут, но будут взаимно компенсировать влияние друг друга. Это позволит долго держаться на выбранной орбите, не расходуя много топлива на коррекции.


Средняя высота орбиты предполагается 50 км. Это примерно столько же, как у американского LRO, но за счет более мощного телескопа разрешение снимков должно быть выше. Кроме того, реальная высота спутника будет постоянно меняться в определённых пределах, иногда достигая 20-25 км. Мы работаем над тем, чтобы в такие периоды оказываться над нужными нам целями. Плюс, в одном из вариантов оптической схемы предусмотрена работа в сине-зеленой части спектра. Это позволяет заметно поднять разрешение (примерно на 17%) без роста габаритов телескопа ценой некоторого снижения чувствительности : меньшая длина волны отодвигает дифракционный предел, и позволяет с тем же диаметром телескопа увидеть меньшие детали на поверхности (конечно при условии что оптическое качество телескопа - дифракционно-ограниченное).

Телескоп остался с мая без изменений - подготовленные варианты требованиям удовлетворяют, нужно лишь выбрать один из вариантов к моменту формирования окончательного облика спутника.

Расчеты показывают возможность получить разрешение 25 см на поверхности с орбиты 100 км (и существенно выше с более низких орбит), что в два раза лучше среднего качества LRO. Хотя в режиме максимального снижения LRO достигал разрешения в 30-35 см.

Наша орбита тоже позволит проводить снижения, что даст возможность повышать качество изображения, и различить детали до 10 или менее сантиметров на поверхности. То есть, при оптимальном развитии программы, будет возможность увидеть отдельные следы, и более мелкие контрастные объекты.

Рассылка вознаграждений спонсорам проекта на Boomstarter продолжается. С некоторыми из спонсоров я провел личные встречи во время моих поездок с лекциями по стране, но большинство вознаграждений еще не разослано, и это тоже требует времени. До Нового года также постараемся отправить большую часть значков и книг.

Новость №13
19 августа
Новость №12
13 июня

Что такое лекторий? В бытовом представлении, лекторий - это большое помещение набитое скучающими студентами и бубнящим преподавателем. Но лекторий Курилка Гутенберга - это увлеченные люди, создающие мероприятия для интересующихся наукой людей.

Курилка выросла из небольшого читательского клуба, откуда позаимствовала свое название. Там никто не курил, а просто собирались начитанные ребята и пересказывали друг другу прочтенные книги. Потом туда пришел Роман Переборщиков и всё перевернул. С ним Курилка стала собирать сотни слушателей, проходить от подвалов до площадей и от ночных клубов до музеев. География из Москвы расширилась до федерального уровня и даже вышла в ближнее зарубежье.

Секрет Переборщикова - его организаторские способности, и своевременно заключенный союз с ВК сообществом "Образовач". Роман ищет площадки готовые принять лекторий на безвозмездных условиях, ищет энтузиастов готовых помогать с организацией и техническим обеспечением, ищет интересных лекторов готовых выступить бесплатно. Мероприятие рекламируется в "Образоваче" и других сообществах Вконтакте, и, в результате, собирает сотни слушателей.

Лекции Курилки всегда бесплатные - это принципиальная позиция Романа. Лекторы не получают гонораров, владельцы помещений, где проходят встречи, не требуют арендную плату. Договориться на такие условия - нетривиальная задача, особенно в Москве. При этом навстречу идут не только государственные организации вроде Государственного исторического музея или Музея космонавтики, но и вполне коммерческие площадки вроде DigitalOctober.

Выступающие в Курилке - это не только популяризаторы, вроде меня, но и вполне серьезные ученые, вроде астронома Владимира Сурдина, физика Константина Ельцова или биолога Михаила Гельфанда. Хотя чаще выступают молодые специалисты, аспиранты, сотрудники лабораторий.

После нескольких успешно проведенных мероприятий в Москве, Курилка пошла в регионы. Фактически это были самостоятельные команды энтузиастов, которые вдохновились столичным примером и решили провести подобные встречи. От Курилки они получали консультации и советы по организации, от “Образовача” - пиар, и заимствовали символику и название Курилки. По сути получилась довольно успешная некоммерческая франшиза: более 150 мероприятий за два года, в 17 городах, более 20 тыс. слушателей, и более полумиллиона просмотров на Youtube.

Курилка даже вошла в шорт-лист премии Министерства образования “За верность науке”, но победителем не стала, т.к., по словам замминистра образования “Никаких курилок, у нас все в рамках закона...”

Чтобы не быть голословным, порекомендую несколько лекций, которые можно смотреть холодными июньскими вечерами под пледом с кружкой какао с зефирками:

Александр Семенов. Проект Aquatilis.

Вардан Элбакян. Личная жизнь звёзд.
Виталий Казаков. Будущее энергетики: Взгляд экономиста.
Марат Мусин. Международный космический проект РадиоАстрон.
Николай Павлов. Неврология и речь.
Симунин Михаил. Введение в квантовую физику.
Александр Граница. Интуиция с точки зрения науки.
Эдвард Мусаев. Теория струн.
Сергей Киселев. Стволовая клетка.
Владимир Егоров. Ядерная медицина.
Антон Захаров. Нейробиология вкуса.
Константин Ельцов. Сканирующий зондовый микроскоп.
Алексей Шпак. Летучие мыши - невидимые соседи.

Или выбрать самостоятельно.

При просмотре можно заметить, что качество записи сильно отличается от одного раза к другому. Это зависит от технического оснащения площадок, где проходят встречи. Монтаж и обработка видео тоже отличается разным качеством, т.к. обеспечивается волонтерской работой. Намучившись с чужой и одолженной техникой, Роман вынужден отойти от своей позиции “всё без денег”, но чтобы сохранить свободный доступ на лекции, он решил прибегнуть к краудфандингу.

Курилка Гутенберга собирает средства на оборудование для качественной записи видео и звука.

Для записи лекций приемлемого качества требуется не так много:
Камера Panasonic HC-VX870 - 38 000 руб.
Штатив Velbon Videomate 438 - 4 500 руб.
Диктофон Olympus VN-733PC - 4 500 руб.
Микрофон Shure MVL - 5 200 руб.
Итого: 52 200 руб.

Однако цель сбора на Бумстартере указана 600 тыс. руб. поскольку планируется приобрести несколько таких комплектов, и отправить их в наиболее активные города, и только один держать в Москве. Это позволит делать еще больше записей хорошего качества и обеспечит дальнейшее успешное развитие проекта в различных городах России и СНГ.

Я прошу поддержать Курилку любой суммой, т.к. это действительно достойный открытый волонтерский проект, каких не много в России.

https://boomstarter.ru/projects/493888/kurilka_gutenberga

Если возникнет желание организовать подобное мероприятие у себя в городе - обращайтесь к Роману. Ему же можно написать, если вдруг у вас завалялось ненужное рабочее оборудование для видео-аудиозаписи.

Новость №11
31 мая



Публикуем материалы открытой отчетной встречи разработчиков лунного микроспутника. Цель проекта: запустить космический аппарат на окололунную орбиту и снять места высадок астронавтов NASA и Луноходов СССР. В настоящий момент реализуется первый этап программы — разработка проектного облика космического аппарата и основных этапов полета.

15 мая мы провели открытую встречу с командой разработчиков. Музей космонавтики любезно предоставил конференц-зал. Коллеги со студии ЛДК помогли сделать видеозапись.

Отдельно выкладываем презентацию, которая демонстрировалась на встрече.

Когда мы объявили о начале проекта полгода назад, то были некоторые надежды удержаться в пределах стандарта CubeSat, и в массе до 50 кг, но чем дальше шла работа тем яснее становилась перспектива роста по всем направлениям.

Сейчас "в максимальной комплектации" заправленный аппарат получается не легче 160 кг, это уже не микроспутник, а мини-, но в "сухом" состоянии он в два раза легче, поэтому формально в пределах 100 кг держимся и можем считаться микроспутником.



"Точек роста" несколько:

Телескоп
Можно использовать сложную оптическую схему и сделать его длиной 350 мм, но наш оптик утверждает, что в таком случае потребуется высочайшая точность сборки, высокая стойкость к вибрациям, сложность юстировки. В общем слишком высокие риски получить "близорукий" телескоп на орбите. Поэтому "труба" получается 700 мм, зато более неприхотливая по допускам, вибростойкости, температурным искажениям конструкции.

Бортовой радиокомплекс
Габариты БРК Х-диапазона получаются 300х300х350 мм, масса 8 кг. Отдельно рупорная антенна. Скорость передачи данных до 1 Мбит/с. Наш радиотехник говорит, что такой скорости при передаче с Луны, в меньших габаритах и массе получится достичь только ценой снижения надежности радиокомплекса.

Солнечные батареи
Как ни хотелось запустить простой аппарат, облепленный со всех сторон фотоэлектрическими преобразователями, но энергетики не хватает. Поэтому предусмотрели раскрывающиеся батареи. Расположение плоскости батарей перпендикулярно оси съемки — самое выгодное для батарей, которые не могут вращаться, подстраиваясь под оптимальный угол освещения. Это вынужденный компромисс между надежностью и энергопотреблением.


Радиаторы
Мощный бортовой радиокомплекс и прочая электроника будут приводить к сильному выделению тепла, поэтому его придетсясбрасывать. Радиаторные панели спрятаны "под мышками" солнечных батарей — там больше всего тени, а значит и эффективнее всего охлаждение излучением.

Топливные баки
Поскольку мы не знаем с какой орбиты будет возможность запустить аппарат, рассматриваем два основных варианта: с геостационарной (36 тыс. км над Землей) или лунопереходной (пустили в сторону Луны, а дальше сами). Эта разница требует существенно различающихся запасов топлива. Долго искали компромисс между двумя орбитами выведения. Оптимальнее всего разработать два разных космических аппарата, каждый для своей орбиты. Второй вариант — сделать микроразгонный блок, типа маленького "Фрегата" или "Бриза", но это фактически означает, что придется делать два космических аппарата вместо одного. К счастью нам подсказали компромиссный вариант: проектировать один тип спутника, но с двумя вариантами топливных баков: больше или меньше. Опубликованный вариант облика: большой.


Двигательная установка
Пока самое слабо проработанное направление. Предварительно выбрана одна серийная российская модель, но по ней есть еще вопросы, поэтому пока определенности нет. Пока более-менее ясно, что это будет классический вариант двухкомпонентной двигательной установки на АТ/НДМГ. Это просто энергетически самый выгодный вариант. Электроракетные двигательные установки даже не рассматриваем — они требуют слишком много энергии, увеличивают срок полета, повышают требования по радстойкости электроники, т.к. надолго оставляют аппарат в радиационных поясах Земли… Короче, ЭРДУ автоматически прибавляют нолик к итоговой цене проекта.

Подробнее обо всем этом в видео:

И презентации.

Отслеживать развитие проекта можно в сообществе ВК "На Луну", в блоге проекта на Geektimes.

Новость №10
14 мая


Приглашаем всех желающих на открытую встречу с инженерами-разработчиками лунного микроспутника. Участники проекта расскажут об особенностях конструирования космических аппаратов для работы в межпланетном пространстве.

Москва, 15 мая (воскресенье), 17:00 "Музей космонавтики" у м. ВДНХ.

Осенью 2015 года инициативная группа инженеров и энтузиастов космонавтики объявила о начале разработки малого космического аппарата, который должен выйти на окололунную орбиту и произвести съемку мест посадок "Аполлонов" и "Луноходов" на поверхности Луны. На техническую проработку проекта было собрано 1,75 млн руб. через сайт Boomstarter от пользователей интернета, которым интересна космонавтика и история покорения космоса.

В настоящий момент группа разработчиков работает над проектом. Встреча 15 мая организуется при поддержке Музея космонавтики для того чтобы рассказать спонсорам проекта и всем интересующимся космосом, о том, как продвигается работа: какие результаты достигнуты, какие трудности возникают и как они преодолеваются. Мы обещали проводить такие встречи раз в два месяца, но пока так часто к сожалению, не получается: у всех семья/работа, а те деньги что собрали на руки по факту никто не получит, всё уйдет на железо и экспертизу.

На встрече можно будет узнать подробности, задать вопросы инженерам и инициаторам проекта. Можно предложить свою помощь и участие в реализации запланированной программы. Спонсоры могут получить часть вознаграждений, которые им полагались за поддержку проекта на Boomstarter (деревянные значки, книги "Атлас Луны", "Путеводитель астронавта", "Ричард Брэнсон").

Москва, 15 мая (воскресенье), 17:00-19:00

Музей космонавтики у м. ВДНХ.

Вход в музей по билетам: взрослый 250 р., по студенческому 50 р.

Видеозапись постараемся сделать.

Видео с предыдущей встречи полгода назад:

Следить за развитием проекта можно в блоге проекта на Geektimes, и в группе ВК.

О проекте я периодически рассказываю в своих лекциях.