Tiga tahun lalu, saya mengusulkan untuk mengembangkan pesawat ruang angkasa untuk diluncurkan ke Bulan dan memotret situs pendaratan Apollo dan Lunokhod dengan kualitas yang cukup untuk membedakan jejak yang ditinggalkan di sana setengah abad yang lalu. Sekelompok insinyur yang antusias menawarkan diri untuk ikut serta dalam proyek ini dan melakukan tugas ini. Tahap pertama pengembangan -
deskripsi teknis satelit (proyek lanjutan) - memakan waktu tiga tahun dan belum selesai.
Untuk menyelesaikan tahap pertama, saya mengumumkan penggalangan dana di situs
boomstarter.ru . Kami didukung oleh satu setengah ribu orang, dan jumlah total yang dikumpulkan berjumlah 1 juta 750 ribu rubel. Semua pekerjaan dalam proyek ini atas dasar sukarela, sebagian dari uang yang terkumpul digunakan untuk pembelian peralatan dan komponen untuk pengembangan prototipe sistem komunikasi radio dan komunikasi laser. Kami menyisihkan sebagian besar jumlah untuk membayar ujian negara dari proyek yang disiapkan di Institute of Roscosmos. Jika dana tetap ada setelah pemeriksaan, kami akan membagikannya di antara peserta pembangunan, sesuai dengan kontribusi terhadap penyebab umum, yaitu, ke teks dokumen akhir.
Berikut ini jawaban atas beberapa
pertanyaan umum tentang proyek tersebut.
Tugas tim tidak hanya untuk mempersiapkan deskripsi teknis dari proyek tersebut, tetapi juga untuk membuatnya sesuai dengan persyaratan untuk dokumentasi industri luar angkasa Rusia. Persiapan proyek lanjutan untuk pesawat ruang angkasa kecil akan menelan biaya sekitar satu juta rubel, dan organisasi terkait yang akan kita lakukan dalam beberapa bulan, tetapi kami ingin tidak hanya memberikan uang kepada beberapa biro desain, mendapatkan dokumen yang diinginkan dan meletakkannya di rak. Tujuannya adalah untuk membentuk sekelompok spesialis yang mampu membuat proyek lanjutan, mengumpulkan satelit, dan mengimplementasikan seluruh program penerbangan.
Sebenarnya, ini adalah sebagian alasan penundaan. Tidak semua penggemar siap untuk bekerja dalam tim, tidak semua mampu memasukkan hasil pekerjaan mereka ke dalam dokumen teknik yang serius, dan tidak semua mampu menggabungkan kesukarelaan dengan keluarga / sekolah / pekerjaan. Saya melihat kesalahan utama atas keterlambatan diri saya - saya tidak menunjukkan ketelitian dan ketekunan yang dibutuhkan, saya sedikit terinspirasi oleh teladan pribadi.
Hari ini, pekerjaan membangun tim berlanjut, dan dokumennya perlahan tapi pasti sedang dipersiapkan. Saya ingin mencatat bahwa kegagalan untuk memenuhi tenggat waktu dalam industri luar angkasa adalah fenomena umum.
Anda dapat membicarakan hal ini secara lebih rinci menggunakan contoh kami sendiri.
Apa kesulitan membuat pesawat ruang angkasa? Mengapa Anda tidak bisa hanya “membeli dan merakit konstruktor”? Mengapa hampir semua proyek luar angkasa terkait dengan pengembangan teknologi baru tidak memenuhi tenggat waktu yang dinyatakan? Lagi pula, semua pesawat ruang angkasa memiliki sekitar satu set sistem on-board, dan ruang, tampaknya, adalah sama di mana-mana - ruang hampa udara, radiasi, sinar matahari ... Tampaknya aneh bahwa dalam astronotika tidak semuanya disatukan seperti komputer pribadi, sehingga Anda dapat mandiri di rumah atau di Garasi untuk merakit satelit Anda sendiri. Namun dalam kenyataannya, hampir setiap pesawat ruang angkasa adalah pekerjaan manual, kabel pada tikungan dan scotch tape, pendekatan kreatif dan perangkat lunak yang sering ditulis sendiri.
Hanya beberapa proyek multisatelit yang telah mencapai tingkat pra-produksi: GPS, GLONASS, satelit telekomunikasi geostasioner, dan beberapa proyek lainnya.
Nanosatellites CubeSat format lebih atau kurang bersatu karena biaya rendah, dimensi standar dan popularitas di antara lembaga dan perusahaan swasta.
Mengapa satelit berbeda di mana-mana?Dibandingkan dengan komputer pribadi,
perbedaan pertama dari astronotika adalah ukuran seri. Semua pesawat ruang angkasa yang beroperasi di orbit dekat Bumi sekitar satu setengah ribu. Ada begitu banyak komputer di satu lingkungan perkotaan.
Perbedaan kedua adalah perbedaan kondisi fisik dalam orbit yang berbeda. Di orbit Bumi yang rendah, sekitar 40-45% dari waktu, satelit berada di bawah bayang-bayang Bumi. Ini berarti bahwa mereka dapat dengan mudah menyingkirkan kelebihan panas yang terakumulasi dari matahari dan dari sistem pemanas di papan. Perangkat dalam orbit geostasioner atau penerbangan antarplanet menyala hampir 100% dari waktu, dan kehilangan panas adalah masalah besar - ini menyulitkan sistem untuk menyediakan kondisi termal, meningkatkan ukuran radiator dan massa. Karenanya, Anda tidak bisa hanya mengambil desain satelit dekat Bumi dan meluncurkannya ke bulan.
Dengan satelit bulan, kesulitan termal berlipat ganda: pertama Anda harus terbang di bawah sinar matahari konstan, dan kemudian berputar di sekitar bulan, secara bertahap berkurang. Semakin rendah area bayangan. Dan kami belum mencapai perhitungan termal, sementara kami hanya menyelesaikan deskripsi desain dasar dan komposisi perangkat.Di orbit Bumi yang rendah, satelit dapat menggunakan medan magnet untuk mengarahkan diri mereka sendiri - perubahan posisi di ruang relatif terhadap pusat massa (dengan kata lain, satelit dapat memilih di mana "mencari" untuk itu atau berbalik dengan panel surya, menggunakan kekuatan yang sama untuk memutar yang membelokkan jarum kompas). Artinya, satelit dekat-Bumi di orbit rendah tidak membutuhkan mesin bahan bakar dan roket - panel surya yang cukup untuk menyalakan mesin roda gila dan kumparan magnetik untuk bekerja secara efisien dan bermanfaat. Di mana medan magnet melemah atau tidak ada sama sekali, perangkat membutuhkan mesin roket untuk berbelok. Jika Anda hanya mengambil beberapa satelit dekat Bumi dan meluncurkannya ke bulan, satelit itu akan berubah menjadi alat pencacah yang tidak berguna dan hanya dapat mengirim ke segala arah "beep-beep-beep" yang tak berujung, yang dengan cepat akan hilang dalam kebisingan radio ruang. Dalam kasus terbaik, itu dapat diputar sepanjang satu sumbu dan digunakan untuk misi penerbangan, tanpa pergi ke orbit.
Faktor radiasi kosmik juga penting - di orbit rendah, satelit secara signifikan dilindungi dari efek partikel kosmik oleh belahan bumi, medan magnet, dan atmosfer atas Bumi. Namun, seperti yang ditunjukkan oleh praktik, elektronik terestrial modern untuk keperluan industri
dapat bekerja hingga satu tahun di ruang antarplanet.
Perbedaan ketiga antara perangkat adalah kebutuhan untuk mengubah orbit. Sebagai aturan, satelit kecil di dekat Bumi tidak perlu mengubah orbit dari orbit yang baru diluncurkan. Dalam kasus ekstrim, Anda dapat menggunakan teknik aerodinamis, seperti yang diputuskan oleh Planet. Untuk satelit dalam orbit tinggi, koreksi orbit sudah diperlukan karena durasi penerbangan, dan faktor-faktor mengganggu yang mulai menumpuk dari waktu ke waktu: tekanan sinar matahari, gravitasi Matahari, Bulan, Jupiter dan Venus. Koreksi orbit adalah perubahan kecil di orbit dengan menambah atau mengurangi kecepatan penerbangan.
Saat Anda meluncurkan perangkat, itu akan terbangDesain kendaraan antarplanet sangat tergantung pada kemampuan peluncuran saat peluncuran. Jika ada unit akselerasi yang cukup akurat yang mampu segera mengatur lintasan dan kecepatan ruang kedua untuk probe antarplanet, ini secara signifikan menghemat massa bahan bakar pada perangkat itu sendiri. Jika tidak ada blok booster yang cocok atau tidak ada cukup daya dukung roket untuk itu, Anda harus menuangkan lebih banyak ke perangkat. Tetapi bahkan jika akselerator membantu, target lagi harus secara signifikan memadamkan kecepatan antarplanet. Dalam kasus penerbangan ke bulan, sekitar 850 m / s harus dijatuhkan untuk memasuki orbit. Bayangkan sebuah roket yang mampu mempercepat 100 kg kargo hingga kecepatan pesawat jet tercepat - tidak ada cukup alat pemadam kebakaran seperti di film-film.
Saat merancang mikrosatelit bulan, kami mempertimbangkan dua opsi peluncuran: peluncuran terkait ke orbit geostasioner dan peluncuran ke orbit transisi bulan.
Geostationary adalah orbit yang populer untuk tujuan komersial, tempat 15-20 rudal terbang setiap tahun. Artinya, banyak pilihan dan banyak peluang untuk melewati penerbangan. Tapi ini hanya 36 ribu km, dan kamu harus terbang sepuluh kali lebih banyak ke bulan.
Orbit transisi bulan adalah peluncuran menuju bulan pada kecepatan kosmik kedua. Peluncuran semacam itu terjadi sekitar setahun sekali. China, India, Jepang, Rusia, Korea Selatan meluncurkan atau akan meluncurkan Bulan di bulan, dan ada kemungkinan melompat di ekor seseorang. Namun, peluncuran ilmiah yang kompleks terus-menerus ditunda, sehingga Anda dapat menyetujui penerbangan bersama, membuat satelit dan menunggu beberapa tahun untuk kesiapan beban utama. Pilihan ideal adalah pengiriman perangkat kami segera ke orbit bulan - kami tidak mempertimbangkan, karena probabilitas rendah untuk menemukan "perjalanan" yang cocok.
Dua opsi peluncuran memerlukan dua sistem propulsi yang berbeda, dengan cadangan bahan bakar yang berbeda. Massa awal dari dua versi perangkat dua kali lebih berbeda, dan versi "geostasioner" mencapai hampir 200 kg - ini bukan lagi sebuah mikrosatelit. Mesin dianggap hidrazin dua komponen (hidrazin / nitrogen tetraoksida), sebagai bahan kimia yang paling efektif untuk digunakan di luar angkasa. Ion, mesin plasma tidak dipertimbangkan karena biaya tinggi, dimensi besar sel surya dan kesulitan dengan kontrol dan navigasi.
Hasilnya adalah alat yang agak rumit, cukup sebanding dengan apa yang bisa lahir di biro desain perusahaan negara.
Perbedaan dalam orbit menimbulkan perbedaan lain - dalam cara mentransmisikan informasi. Meskipun percobaan berulang dengan komunikasi laser di ruang angkasa, komunikasi radio tetap menjadi metode utama untuk mengirimkan informasi di ruang angkasa. Semakin dekat perangkat ini ke Bumi, semakin kecil komplek radionya, konsumsi dayanya, dan ukuran antena. Oleh karena itu, CubeSat kecil di dekat Bumi dapat dengan aman mengirimkan telemetri dan bahkan gambar ke radio amatir di bumi, memiliki area panel surya yang sangat kecil dan antena omnidirectional dari roulette joiner.
Jika kita ingin bekerja di dekat Bulan dan mentransmisikan data dalam jumlah besar, maka kita harus merawat antena pelat runcing dengan diameter setidaknya setengah meter dan panel surya dengan luas sekitar satu meter. Penerimaan di Bumi tidak lagi dapat diberikan ke kawat dari daun jendela - stasiun yang serius akan diperlukan dengan antena dengan diameter beberapa meter, dan lebih disukai beberapa puluh meter. Hanya ada beberapa stasiun seperti itu di Rusia, lusinan di dunia, dan semuanya sibuk dengan pekerjaan mereka. Sangat tidak mungkin bahwa kita akan dialokasikan antena 64 meter atau 32 meter.
Setidaknya Anda tidak bisa mengandalkan ini. Anda dapat menghemat sarana di darat dengan meningkatkan diameter antena pada perangkat. Tetapi setiap 10 cm dari diameter antena atau besarnya baterai surya satelit secara signifikan mempengaruhi karakteristik massa-inersia, memerlukan lebih banyak bahan bakar, dan konsumsi energi untuk sistem orientasi. Kebutuhan energi meningkatkan panel surya, massa baterai, yang mengarah pada peningkatan massa dan pertumbuhan tangki bahan bakar - dan seterusnya ad infinitum ... Oleh karena itu, pengembangan teknologi ruang angkasa merupakan kompromi abadi.
Untuk menghemat berat, kami membatasi diameter antena hingga 40 sentimeter, dengan harapan bahwa pada saat peluncuran di Bumi kita akan menemukan antena penerima 12 meter atau lebih besar. Dan lebih baik tiga, di berbagai benua. Jika kami tidak menemukannya, kami harus mengirimkan data dengan kecepatan yang sangat rendah: puluhan kilobit per detik, tetapi penerimaan akan tersedia untuk ham radio.Orientasi yang benarOrientasi dalam ruang adalah masalah selanjutnya. Bumi dapat menggunakan medan magnet, aerodinamika, atau teknik lainnya. Mesin roket tetap berada di ruang antarplanet, tetapi ada alat lain yang memberikan orientasi presisi tinggi dan memungkinkan Anda untuk secara efektif mengontrol posisi perangkat relatif terhadap pusat mesin flywheel massanya. Ini adalah motor listrik dengan roda besar, yang, sambil berputar, berkontribusi untuk memutar perangkat ke arah yang berlawanan. Untuk orientasi pada tiga sumbu, diperlukan tiga mesin roda gila, tetapi biasanya mereka menempatkan empat - satu sebagai cadangan.
Mesin roda gila hanya membutuhkan listrik untuk beroperasi, tetapi mereka hanya bertindak ketika mereka mendapatkan kecepatan atau ketika mereka padam. Pada titik tertentu, roda gila mendapatkan kecepatan maksimum dan menjadi tidak berguna, maka roda harus “diturunkan”, direm sehingga perangkat tidak kehilangan orientasinya di ruang angkasa. Kemudian, untuk bongkar muat, mesin roket juga digunakan, dan ini harus mesin dengan daya dorong yang sangat rendah sehingga tidak menyebabkan rotasi kuat pada perangkat. Kadang-kadang mesin roket dari sistem orientasi digunakan gas - pada gas terkompresi biasa, seperti alat pemadam kebakaran yang sama dari film, ada desain lain: roket termokatalitik atau listrik (plasma, ion).
Perancang permanen kami dari microsatellite bulan Peter Kudryashov berangkat untuk meminimalkan massa perangkat. Untuk tujuan ini, pada iterasi terakhir proyek, mereka memutuskan untuk meninggalkan penerbangan dari orbit geostasioner, hanya berfokus pada persimpangan bulan. Solusi lain adalah penggantian mesin. Sistem propulsi marching dua komponen memiliki daya tinggi, dan tidak cocok untuk bongkar roda gila, sehingga satelit memerlukan sistem propulsi kedua untuk orientasi. Ini rumit dan memperburuk proyek. Peter menemukan solusi alternatif - untuk menempatkan mesin termokatalitik monokomponen dari dorongan sedang. Empat engine menyediakan daya dorong yang cocok untuk mengubah kecepatan orbital, dan dengan menempatkannya pada sisi memungkinkan Anda untuk mengarahkan perangkat dengan pitch dan menguap , rotasi roll dikontrol oleh dua mesin dorong rendah tambahan. Keputusan ini tampaknya merupakan kompromi, tetapi ada juga kelemahan yang masih harus dielakkan.Kesulitan muncul ketika mencoba mendamaikan mesin roket dan mesin roda gila. Roda gaya yang dipilih, yang bekerja dengan baik pada kendaraan dekat Bumi dari skala kami, terlalu lemah untuk mengimbangi kecepatan rotasi yang ditetapkan oleh mesin roket di sirkuit kami.
Momentum rotasi mesin roket di pitch dan yaw dapat dikurangi dengan memindahkan mesin lebih dekat ke pusat, tetapi kemudian masalah lain mengintensifkan. Pengurangan leverage, mis. perbedaan antara sumbu mesin dan poros pusat peralatan, akan mengarah pada fakta bahwa setiap operasi mesin roda gila yang bongkar akan menyebabkan beberapa perubahan dalam orbit satelit, dan perubahan tersebut akan berubah, karena dorong mesin roket tidak stabil dan tergantung pada tekanan di tangki pendorong.Faktor utama yang mempengaruhi desain pesawat ruang angkasa, dimensi, tenaga mesin, dan ukuran panel surya adalah muatan. Yaitu perangkat demi informasi dari mana seluruh peluncuran dilakukan. Dalam kasus kami, ini adalah teleskop dan sistem foto untuk memotret permukaan bulan. Dengan itu juga, ada perubahan yang mempengaruhi desain perangkat, tapi ini adalah topik untuk diskusi lain. Secara umum, perubahannya positif - teleskop berkurang, tetapi perubahan itu menyebabkan revisi desain yang signifikan, yang sekali lagi membutuhkan waktu.
Tentang fitur penembakan bulan, masih ada baiknya berbicara secara terpisah.
Saya berharap bahwa segera desain awal mikrosatelit bulan akan selesai, dan kami akan dapat berbagi hasil umum dari karya tiga tahun +.