Технология разработана в рамках студенческого проекта, победившего в конкурсе федерального проекта Минобрнауки России "Кадры для космоса", и будет опробована на практике в ходе запуска в космос группировки из восьми пикоспутников, создаваемых сейчас в университете.

До своей орбиты сверхмалые космические аппараты (размеры каждого из них — 49×49×96 мм) доберутся на борту наноспутника формата CubeSat 3U, который, как "космическая матрешка", доставит своих "пассажиров" до нужного места и выпустит их там в свободное плаванье. Дальше им придется надеяться только на себя и на команды с Земли.

"Пикоспутники будут запущены на относительно низкую орбиту — высотой около 400 км. На низких орбитах имеется остаточная атмосфера, из-за которой спутники постепенно теряют высоту. Сила лобового сопротивления атмосферы зависит от "обтекаемости" космического аппарата, от площади его поперечного сечения: чем площадь больше, тем сильнее сопротивление, тем сильнее торможение. Представьте, что вы бежите против сильного ветра в куртке нараспашку или же в куртке застегнутой, — в первом случае сила торможения будет больше. Используя атмосферу как управляемый тормоз, мы можем изменять скорость и высоту орбиты спутника путем изменения его ориентации в пространстве: скорость и траектория спутника зависят от того, какой стороной он обращен по направлению полета. То есть он может, скажем, повернуться носом вперед, и сила сопротивления будет тогда минимальной, или же для максимального торможения его можно развернуть так, чтобы его панели солнечных батарей были перпендикулярно потоку, — тогда он начнет быстрее терять скорость", — рассказал Сергей Ивлев, главный конструктор спутниковой группировки, аспирант кафедры динамики полета и систем управления Самарского университета им. Королева.

Ориентироваться по команде с Земли спутники будут с помощью разработанной в университете бортовой системы ориентации, уникальной по своим размерам и весу — всего 40 граммов. При этом в ней, как и в крупных аналогах, умещаются четыре электродвигателя и блок с магнитными катушками. Четыре маховика обеспечивают активное управление ориентацией аппарата, помогая точно и быстро маневрировать, а три магнитные катушки, расположенные взаимно перпендикулярно друг другу вдоль трех осей аппарата, позволяют формировать управляющий магнитный момент при взаимодействии с магнитным полем Земли.

Как показывают расчеты, с помощью управляемого торможения группировку из восьми пикоспутников удастся расположить на орбите оптимальным образом примерно за неделю. Спутники, выпущенные из кубсата вместе, в виде одного роя, разместятся по орбите на одинаковом расстоянии друг от друга, что обеспечит оперативный мониторинг над заданным районом или объектом на Земле: спутники будут по очереди пролетать над нужной точкой, не выпуская ее из виду.

"В этом главная научная новизна проекта — пассивное разведение роя спутников и их выстраивание в упорядоченную орбитальную группировку. В отличие от традиционных методов, где изменение орбиты происходит за счет импульсных включений двигателя, данный подход позволяет выдерживать строй с помощью непрерывного изменения лобового сопротивления за счет изменения ориентации спутника. Есть здесь и экономический эффект — удешевление миссий по дистанционному зондированию Земли. Можно запустить целую группировку спутников, пусть и маленьких, по цене запуска одного кубсата", — отметил Сергей Ивлев.

На данный момент в университете завершено проектирование элементов конструкции пикоспутников и кубсата-носителя, ведется сборка космических аппаратов. Особенностью проекта является массовость производства: в работе элементы конструкции, бортовые системы, модули и компоненты сразу для целой группировки спутников. Завершить сборку планируется до конца 2026 года.

Из-за малых размеров, исчисляемых буквально сантиметрами, пикоспутники, как правило, не оснащаются какими-либо двигательными установками, которые позволяли бы скорректировать их рабочую орбиту. В большинстве случаев это и не нужно: одиночный спутник отрабатывает свою задачу на той орбите, на которую его вывели. Однако, когда в космос отправляется сразу целая группировка космических аппаратов, тогда возникает необходимость упорядочить эту группу, расположив каждый спутник на орбите на определенном расстоянии друг от друга, чтобы не было "толкучки" и чтобы спутники выполняли поставленные им задачи наиболее эффективно.

Проект, реализуемый в Самарском университете им. Королева, предполагает создание наноспутника-носителя формата CubeSat 3U (состоящего из трех "кубиков" размерами 100×100×100 мм) и восьми пикоспутников формата 2tU (49×49×96 мм). В качестве полезной нагрузки на пикоспутниках будут установлены фотокамеры. Научная программа полета включает обзорную фотосъемку Земли и отработку системы ориентации и межспутниковой системы связи и передачи данных. Особенностью разработанной схемы пикоспутников является использование на борту двух управляющих устройств — процессора, отвечающего за сложные и энергозатратные задачи (фотосъемка и ориентация аппарата), и микроконтроллера, ориентированного на базовую работу бортового компьютера — телеметрия, радиопередача, перепрограммирование процессора, отправка данных телеметрии по радиоканалу, принятие и обработка команд из центра управления полетами.