За малыми видится многое

«Роскосмос» признал потерю двух шеститонных спутников «Ресурс-П», не отработавших положенного срока, а два десятикилограммовых зонда NASA MarCO успешно достигают Марса и передают данные. Госфинансирование «Роскосмоса» в восемь раз уступает бюджету NASA, но, кажется, разница определяется не только деньгами. Даже если Россия многократно увеличит финансирование космонавтики, на первый план выйдут кадровые и технические проблемы.

Второй десяток лет в мире идет космическая революция — спутники становятся меньше, производительнее, надежнее и дешевле. Это более выражено в низкоорбитальных аппаратах, но и для геостационарных тренд заметен. Сегодняшние возможности космических аппаратов по 50–100 кг или даже 5–10 кг казались немыслимы двадцать лет назад, хотя в отечественной космонавтике малые спутники продолжают называть «мусоросаты» и не относятся к ним всерьез. Наноспутники — это аппараты массой от 1 кг до 10 кг. Микроспутники — от 10 кг до 100 кг. Сегодня большинство отечественных спутников имеет массу сотни килограмм или тонны, не считая малых пассивных спутников-отражателей. Современная отечественная государственная промышленность произвела всего два наноспутника.

В конце 1990-х годов в Стэнфордском и Калифорнийском политехническом университетах разработали универсальный стандарт малых космических аппаратов CubeSat. Стандарт базируется на «кубиках» со стороной 10 см, называемых юнитами и обозначаемых латинской буквой U. Такие спутники имеют массу от 1 кг, могут достраиваться дополнительными юнитами и имеют градацию 1U, 3U, 6U и т. д. Для запуска CubeSat разработали пусковые контейнеры, позволяющие безопасно размещать наноспутники в попутной нагрузке ракет. Технология CubeSat позволила значительно снизить стоимость разработки и запуска спутников до десятков или сотен тысяч долларов. Экономия достигается благодаря стандартизации электронных компонентов, упрощению адаптации к ракете и возможности запуска с большими спутниками или с борта Международной космической станции.

Сначала стандарт CubeSat рассматривался исключительно как образовательный, спутники делали практически из бытовой и индустриальной электроники, и, как оказалось, она неплохо себя чувствует на низких околоземных орбитах, работая недели, месяцы или даже годы. Примерно половина образовательных CubeSat вообще не выходит на связь, но низкая цена позволяет игнорировать неудачи, компенсируя массовостью. Со временем возможности дешевого запуска и испытаний позволили повысить надежность электроники, увеличилась производительность космических аппаратов, и университеты подготовили достаточно специалистов. Спустя десять лет технология CubeSat достигла возможностей прикладного применения в науке и бизнесе. Сегодня пара таких спутников добралась до Марса, и сотни аппаратов создаются на частные инвестиции.

Для примера: частная космическая компания Planet, которая появилась в 2010 году, управляет примерно двумя сотнями спутников на орбите. Часть аппаратов приобретена при поглощении компаний Black Bridge и Terra Bella, но большинство разработаны и произведены сотней сотрудников компании Planet. Все это «созвездие» занято съемкой поверхности Земли, у компании в клиентах Monsanto и Пентагон, СМИ, экологические организации и правительства других стран. Planet делает ежедневно снимок всей земной поверхности, и любой пользователь может получить доступ к этим данным за $800 в месяц. В сентябре 2018 года компания открыла производство спутников CubeSat до 40 штук в неделю. Всего за первые пять лет разработки спутников было пройдено четырнадцать поколений аппаратов (сделал, запустил, выявил ошибки, сделал новую, исправленную версию, запустил… и так 14 раз!).

На предприятиях «Роскосмоса» работают около 220 тыс. человек, и примерно треть из них создавали те полторы сотни отечественных спутников, что работают на околоземной орбите. Конечно, нельзя напрямую сравнивать нано- и микроспутники Planet — летающие в космосе фотоаппараты — и многотонные громады «Роскосмоса». Российские спутники и снимают поверхность Земли, и обеспечивают глобальные навигационные данные, и ретранслируют огромные объемы информации, обеспечивая телевещание и связь по всей России и за рубежом.

Спутникостроительный и частнокосмический бум связан прежде всего с образовательной политикой NASA и развитием электронной промышленности. Космическое агентство постоянно финансирует разработку малых космических аппаратов в американских образовательных учреждениях, запускает их бесплатно, организует конкурсы проектов, хакатоны и школьные технические соревнования CanSat, то есть готовит кадры на семь-десять лет вперед. Американские вузы ежегодно запускают десятки наноспутников, а российские — один-два. Образовательные спутники позволяют студентам с первых курсов получать нужный опыт, и выпускники приходят в отрасль готовыми специалистами, способными проектировать, конструировать, программировать, управлять космическими аппаратами и руководить проектами, что экономит годы их производственной подготовки. Молодые специалисты идут на космические предприятия и создают собственные частные компании. И их поддерживает государство: NASA и DARPA постоянно раздают контракты на сотни тысяч и миллионы долларов небольшим частникам.

Вторая важнейшая выгода, которую получает американская космонавтика от нано- и микроспутников,— проведение летных испытаний в космосе новой электроники, приборов и компонентов. Традиционные большие спутники, что российские, что американские, стоят десятки и сотни миллионов долларов, поэтому для надежности, в них стараются использовать только проверенные в предыдущих полетах компоненты. Это снижает риски, но тормозит их прогресс. В «Роскосмосе» из-за ограничений бюджета зачастую вынуждены использовать технологии, выходящие еще из Советского Союза. И если для ракет это не столь критично, то отставание в спутниковых технологиях нарастает.

Как Дмитрий Рогозин приступил к обновлению «Роскосмоса»

В России несколько предприятий, производящих спутники. Хотя в некоторых отечественных аппаратах доля иностранных электронных компонентов достигает 80%, но главное — не утрачены производственные возможности. Была бы достаточно качественная отечественная электроника, наши спутникостроители делали бы спутники из нее. И тут выходит проблема испытаний. Спутников производится мало, риски высоки и производители скорее поставят китайский чип, проверенный космонавтикой Поднебесной, чем российский, но без космической сертификации. Получается замкнутый круг: малый спрос на космическую электронику не позволяет ее развивать, и из-за недостаточной развитости — малый спрос. Сейчас, с обострением темы импортозамещения, выделяются дополнительные средства на производство своей электроники, ее испытание и внедрение, однако решение этой проблемы не идет ни в какое сравнение с зарубежными темпами. Мы делаем скромные шаги вперед, когда конкуренты бегут далеко впереди.

В России есть свои студенческие спутникостроительные команды. Но их количество можно перечесть по пальцам одной руки. Например, флагман инженерного образования России — МГТУ имени Баумана создает микроспутники раз в десять лет. При этом отечественное ракетостроение с той же частотой топит их в океанах. МГУ запустил спутник «Ломоносов», однако там институтские только научные приборы, а сам спутник построило предприятие ВНИИЭМ в партнерстве с британской компанией SSTL. Направлением CubeSat занимаются в Московском авиационном институте, Самарском университете, Юго-Западном государственном университете, Томском политехническом университете, и, собственно, все. У каждого полетело по одному-два спутника. В ДВФУ только начали развивать это направление. «Роскосмос» помогает с бесплатным запуском. Никаких государственных программ поддержки студенческого спутникостроения нет, как и поддержки частных компаний.

Решение обозначенных кадровых и технологических проблем очевидно — надо развивать малое спутникостроение. Совмещать в создаваемых аппаратах образовательные, испытательные, научные и коммерческие задачи. Финансировать разработку электроники и компонентов. Разрабатывать программы поддержки образовательных спутников, в государственных нормативах указать отдельным пунктом малые аппараты и упростить требования к ним, поддерживать частные инициативы и учиться прощать ошибки. Работа эта не только для «Роскосмоса», тут есть чем заняться и Минобру, и Минпросвещения, и РНФ, и российским государственным институтам развития и инвестиционным фондам.

Начинать можно с CubeSat на основе иностранных компонентов — на них санкции не распространяются — затем постепенно замещать на элементы отечественного производства по мере их появления. И «американскости» технологии опасаться не стоит, ведь CubeSat — фактически просто стандартизированные внешние габариты, а содержание можно спокойно создавать свое. Зато разработка компонентов в международном стандарте упростит выход производителей на мировой рынок, что будет недоступно, если мы займемся собственным «изобретением велосипеда».