Как мы строим спутник и зажигаем звезду на небе!

В нашем детстве, ещё во времена СССР, все дети вокруг мечтали стать космонавтами и покорять другие планеты. Даже советский кинематограф не обошёл стороной эту тему.

В те времена, если спросить любого мальчишку: «Кем ты хочешь стать?» - он обязательно отвечал: «Космонавтом!».
А кто-то поскромнее отвечал: «Лётчиком!», потому как все знали, что космонавтов, в основном, набирали из лётчиков.

С тех пор прошло много времени. Дети выросли, но о космосе мечтать не перестали.

Цитата миссии проекта «Маяк»:

Создавать будущее может абсолютно любой человек

Антон Александров, основатель Cheap3D и лаборатории SuperFonarik:

Я узнал про этот проект совершенно случайно, встретив где-то на просторах интернета заметку о сборе средств на проектирование аппарата на площадке BoomStarter. До окончания сбора оставалось буквально несколько часов, и я сначала пожертвовал небольшую сумму, а потом и влился в проект.

Нас подкупил тот факт, что спутник делают без участия частных и государственных инвесторов. Все участники проекта - энтузиасты, не связанные с космической промышленностью. Мы строим спутник в свободное от основной работы время. Мы «болеем» космосом с детства и хотим реализовать свою давнюю мечту.

О проекте «Маяк»

Зачем нужен проект?

Цель проекта «Маяк» - на деле доказать, что заниматься космосом может каждый. Воплотите в жизнь свою мечту так, как воплощаем её мы, или даже лучше!

Что будет делать спутник?

Выйдя на орбиту нашей планеты, «Маяк» раскроет свой солнечный отражатель в виде пирамиды и будет пускать на Землю «солнечные зайчики». Отражатель - это металлизированная плёнка, толщина которой в 20 раз меньше человеческого волоса.
После раскрытия отражателя, увидеть нашу рукотворную звезду можно будет из многих городов. Спутник будет видно невооруженным глазом!

В процессе работы, случайно выяснилось, что у проекта есть и прикладная цель - изучение нового метода возвращения космических аппаратов за счёт аэродинамического торможения.

Ещё со школы известно: чтобы спутники оставались на орбите, они должны вращаться вокруг Земли с определенной скоростью.
Но, когда спутник вырабатывает свой ресурс или выходит из строя, остро встаёт проблема удаления его с орбиты.
Если этим вопросом не заниматься - спутник станет «космическим мусором», а его и так на орбите достаточно много. К тому же - космический мусор (в первую очередь - находящийся на низкой орбите) со временем входит в плотные слои атмосферы и может неконтролируемо упасть на Землю.
Сейчас к решению проблемы возврата космических аппаратов на Землю подходят простым путём: размещают на спутнике двигательную установку и запас топлива для торможения. За счёт этого уменьшается количество и масса оборудования, которое будет стоять на аппарате.

Проект «Маяк» предлагает оригинальное решение проблемы сведения космических аппаратов с орбиты. Это небольшой отсек, объёмом около 1 литра, со сложенным отражателем. Идея проста: когда спутник выработал свой ресурс или же необратимо вышел из строя, происходит раскрытие отражателя, который становится аэродинамическим тормозом. Спутник эффективно тормозит об атмосферу, его скорость падает.

Космический мусор уже стал серьёзной проблемой, которая усугубляется не только с каждым запуском, но и с каждым столкновением неуправляемых аппаратов на орбите. Наш способ - это недорогое и лёгкое (в прямом смысле) решение проблемы утилизации вновь запускаемых спутников, после выработки их ресурса.

Честно скажем - изначально мы этого не планировали, но по ходу работ получилось так, что у проекта появилась научная цель! :D

Цитата миссии проекта «Маяк»:

Космос гораздо ближе, чем думает большинство людей

Многие думают, что космические спутники – это только огромные конструкции стоимостью миллионы долларов, весом от пары центнеров до нескольких тонн и размером с небольшой грузовик.

Последние 10-15 лет микроспутники набирают всё большую популярность. С появлением спецификации стандарта CubeSat, в 1999 году, возможности по запуску микроспутников стали значительно шире. В наше время стало нормой, когда при запуске больших спутников, попутно запускают микроспутники формата CubeSat. Ведь если под головным обтекателем ракеты есть место - почему бы не использовать его и для запуска небольших космических аппаратов?

Микроспутники CubeSat - это космические аппараты размером, грубо говоря, с коробку из-под обуви. Но, несмотря на малые размеры и благодаря развитию микроэлектроники, сейчас в микроспутники можно запихнуть то, что во времена Королёва, Челомея, Келдыша и Янгеля заняло бы целую комнату.

Такой микроспутник стоит дешевле существенно дешевле своих «полноформатных» собратьев – буквально несколько сотен тысяч рублей. На одну ракету можно установить целую пачку «кубсатов».
Мировая космонавтика на наших глазах переживает новую волну эволюции. С 50-х по 80-е годы прошлого века это был удел сверхдержав с, поначалу, неограниченным государственным финансированием. В 90-е годы космонавтика стала бизнесом, а сейчас, в 21-м веке, она начинает будоражить умы простых людей. Несколько лет назад к изучению космоса и созданию микроспутников активно подключились различные универститеты. Сегодня создание спутников вполне по силам группе людей, и даже вопрос с финансированием работ вполне решаем путём краудфандинга.

Помните, в «Гостье из Будущего» школьникам давали внеклассное задание - запустить на орбиту спутник? Скоро это станет реальностью.

Ранее мы писали о начале работ по проекту и испытательном полёте в стратосферу.

В 2015 году мы показали макет спутника и отражателя в натуральную величину на «Гик Пикнике» в Москве:

Затем - защищали проект в Курилке Гутенберга на площадке «Digital October»:

Вышло множество публикаций в СМИ. Про нас писали: N+1, Популярная Механика, Огонек, Наука 2.0. Сюжеты про «Маяк» вышли на телеканалах: 360tv, России-24, а также по 1 каналу, и во многих других СМИ.

В общем, проект интересный :)

Было проделано много работы. Не всё шло гладко и некоторые решения пришлось пересматривать.

По результатам стендовых и стратосферных испытаний выяснилось, что надувная конструкция не подходит. Бюджет проекта не потянул дорогостоящих работ по качественному склеиванию рёбер отражателя. То есть, просто склеить получилось, а обеспечить герметичность, чтобы баллоны не травили газ - нет. Пришлось отказаться и от использования для наддува рёбер реакции разложения реагента - при наличии воды реакция становилась обратимой. В результате уже в рёбрах реагент превращался обратно в порошок.

По ходу решения проблемы были предложены разные решения с удалением воды, но они или не были компактными, или стоили очень дорого.


В итоге, в октябре 2015 года мы пошли радикальным путём - полностью поменяли конструкцию системы раскрытия и доработали конструкцию спутника. Теперь для раскрытия отражателя используются три складных ребра жёсткости (обыкновенные обрезки строительной рулетки), выдвигающиеся из спутника.

Такой механизм уже прошёл проверку на работоспособность в космосе. Например, аналогично разворачивал свой солнечный парус аппарат LightSail-A, успешно завершивший свою миссию в прошлом году.


Весной этого года мы успешно завершили сбор средств на строительство летного экземпляра на Boomstarter

Первый российский 3D-печатный спутник

(Заголовок для привлечения внимания)

При разработке и производстве деталей спутника мы активно используем печать деталей на 3D принтере.


Именно благодаря «Маяку» в прошлом году родилась наша компания Cheap3D.
Нам нужен был 3D принтер для макетирования. Основными требованиями были: печать больших деталей (до 300 мм в длину), печать большого количества деталей и высокое качество печати. Все предлагавшиеся на мировом рынке решения не устраивали нас соотношением цены и качества (или дешево и низкокачественно, или дорого), поэтому мы и придумали Cheap3D V300. Можно сказать, что у нашего 3D принтера - «космические корни» :D

В лётном экземпляре спутника распечатанных деталей будет меньше, чем в макетах. Так, основная рама и нагруженные детали конструкции фрезеруются из алюминиевого сплава. Но даже в том «Маяке», что полетит в космос, добрая часть деталей распечатана из обыкновенных катушек с пластиком.

Порядка 90% 3D-печатных деталей требуются на этапе проектирования. Ведь требуется собрать все части вместе, чтобы проверить на деле расчёты и оценить работоспособность аппарата.


В работе по проекту принимают участие десятки людей, разбитых по группам. Работа групп идет параллельно.

Габариты «Маяка» небольшие, как следствие - компоновка крайне плотная. Любое существенное изменение какой-либо детали или подсистемы приводят к необходимости переделки аппарата. Часто требуется переделывать спутник практически с нуля. Под каждую новую компоновку весь макет перепечатывается заново, после чего проверяются его габариты и, при необходимости, производится подгонка.

Примерно раз в месяц макет спутника перепечатывается заново, под обновлённую компоновку. Потом кто-то из инженеров пересматривает свой узел работы под какую-либо конкретную задачу и процесс повторяется заново :)

Например, в начале работ мы печатали контейнер для стратосферных испытаний длиной 345 мм, в который укладывалась плёнка отражателя, сделанная по обходной технологии (толще, чем та, что полетит в космос):

Для печати используем пластик компании REC - на наш взгляд, он наиболее качественный. Со временем, компания REC тоже присоединилась к проекту «Маяк»!



Никита Гаврилов, основатель REC:

Проект Космомаяк привлек нашу компанию своей идеей микроспутника и перспективой выхода на рынок малых космических коммерческих аппаратов. Мы давно наблюдали за различными похожими проектами за рубежом и были приятно удивлены наличием похожего проекта у нас в России!

У нас сложилось представление, что применение технологии 3D-печати вполне вписывается в концепцию создания большого количества микроспутников под разные задачи и проект «Космомаяк» подтвердил их.

У ребят очень классная идея и интерес к ней со стороны населения подтвердился успешной краудфандинговой компанией.

Со своей стороны, мы поддерживаем ребят расходными материалами для 3D печати, что позволяет им быстрее тестировать свои гипотезы. Самое интересное, 3D печать будет использоваться не только в прототипировании, но и в реальном аппарате, который выйдет на орбиту!

Для нас очень интересно поучаствовать в таком проекте и стать частью новой эпохи в освоении космоса! В ближайшее время наша компания планирует вывести новые материалы, ориентированные на использование в экстремальных условиях космоса и данный проект позволит нам проверить несколько гипотез :)

В летном экземпляре «Маяка» методом 3D печати будут изготовлены следующие детали: направляющие для рулеток, детали системы раскрытия, кожух батареи, крепления плат электроники и несколько внутренних элементов. Фрезеровать их нет смысла, так как они не испытывают больших нагрузок.

Но печать - это ещё не всё. Для запуска в космос, 3D-печатным деталям нужно пройти ряд испытаний.

Мы испытывали макет «Маяка» в климатической камере, проверяя работоспособность батареи, электроники и всей конструкции при низких температурах:


Испытали отдельно батареи и электронику:


Измеряли тягу двигателя-реактора спутника. Топливо - разрыхлитель для теста :D


Проверили систему расчековки и раскрытия:


Провели большое тестирование всех систем в сборе в вакуумной камере:


Очень важный момент с распечатанными на 3D принтере деталями (да и пластиковыми деталями вообще) - дегазация.
В вакууме из пластика начинают выделяться летучие компоненты. Само по себе это не страшно, однако твердые частицы этих газов могут осесть на деталях других выводимых аппаратов (например, на зеркале телескопа) и помешать их работе. Поэтому все пластиковые детали выдерживаются несколько дней в вакууме, до полной дегазации.

Кожух батареи, после дегазации, полегчал на 0,12 грамма:


В процессе конструкторских работ мы несколько раз испытывали всё в стратосфере:


Впереди у нас - финальная сборка, испытания на вибростенде и уже после - установка на ракету-носитель.

Запуск

В начале 2016 года нас ожидал приятный сюрприз: РосКосмос проникся идеей «Маяка» и взялся запустить нас с Байконура на РН Союз-2.


Основная полезная нагрузка РН - аппарат «Канопус-В-ИК» (будет наблюдать за лесными пожарами) с разгонным блоком «Фрегат». У ракеты есть небольшой запас по массе полезной нагрузки и объёму, поэтому вместе с «Канопусом» на орбиту выведут попутный груз - несколько микроспутников, в том числе и «Маяк».
Микроспутники отстрелят на низкой орбите, а «Канопус» и РБ «Фрегат» полетят выше, на солнечно-синхронную орбиту.

Предложение Роскосмоса - большая удача, так как за запуск на коммерческих условиях пришлось бы выложить порядка 11 миллионов рублей.

Сейчас наш «Маяк» практически завершён постройкой. Но ему предстоит ещё много циклов испытаний перед отправкой на орбиту.

Вместе мы делаем космос ближе! Этой осенью вы сможете посмотреть на ночное небо и найти там яркую рукотворную звезду, созданную российскими энтузиастами!