Межрегиональная общественная организация
'Микроспутник'

УТВЕРЖДАЮ

Руководитель Программы научно-образовательных
микроспутников,

Председатель Правления
МОО 'Микроспутник',
доктор технических наук

Г.М.Тамкович

Экспресс-отчет
о результатах полета российско-австралийского
научно-образовательного микроспутника 'Колибри-2000'

Москва

2002

СОГЛАСОВАНО:

Заместитель руководителя проекта

С.И. Климов

Заместитель руководителя проекта

В.Г. Родин

Заместитель руководителя проекта

М.Б. Добриян

Главный конструктор микроспутника

В.Н. Ангаров

Заместитель руководителя проекта

С.И. Васильев

Заместитель руководителя проекта

В.А. Курилов

Заместитель руководителя проекта

Ю.А. Казанский

Заместитель руководителя проекта

А.П. Папков

 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение		4
1.	Об основных целях Программы научно-образовательных микроспутников и задачах полета микроспутника 'Колибри-2000'	6
2.	Основные результаты предполетных автономных и комплексных испытаний, а также предстартовой подготовки на космодроме	8
3.	Интеграция микроспутника по международно-правовым нормативам международной космической станции	10
4.	Космический эксперимент по обеспечению запуска микроспутника	11
5.	Управление автономным полетом микроспутника	12
6.	Основные результаты летно-конструкторских испытаний микроспутника	15
7.	Основные результаты учебно-образовательной программы	17
8.	Основные результаты научно-исследовательской программы	18
9.	Выявленные проблемы и пути их решения	20
10.	Ближайшие перспективы развития Программы	21

 

ВВЕДЕНИЕ

Научно-образовательный микроспутник 'Колибри-2000', отделение которого от транспортного грузового корабля 'Прогресс М1-7' произошло в ночь с 19 на 20 марта 2002 года, совершил 711 витков вокруг Земли и ранним утром 4 мая 2002 закончил свое существование в плотных слоях атмосферы над акваторией Тихого океана.

В создании, испытаниях и эксплуатации российско-австралийского микроспутника 'Колибри-2000' и его наземного сегмента приняли участие многие научно-исследовательские, опытно-конструкторские, испытательные, производственные и образовательные организации:

ћ       ИКИ РАН (г. Москва),

ћ       СКБ КП ИКИ РАН (г. Таруса),

ћ       РКК 'Энергия' имени С.П. Королева (г. Королев),

ћ       НИИЯФ МГУ (г. Москва),

ћ       НИЛАКТ РОСТО (г. Калуга),

ћ       НПО Машиностроения (г. Реутов),

ћ       КБ 'Полет' (г. Омск),

ћ       НПФ 'Маг-сенсор' (г.Санкт-Петербург),

ћ       АК 'Ригель' (г.Санкт-Петербург),

ћ       ЦНИИМашиностроения (г. Королев),

ћ       ЦУП ЦНИИМашиностроения (г. Королев),

ћ       РГ НИИЦПК имени Ю.А. Гагарина (г. Звездный городок).

ћ       ГНЦ ИМБП (г. Москва),

ћ       ИЗМИРРАН (г. Троицк),

ћ       ИАТЭ (г. Обнинск),

ћ       Обнинский спутниковый учебно-образовательный проект, объединяющий школы: физико-техническую и школу компьютерных технологий 'Гелиос',

ћ       Сиднейский спутниковый учебно-образовательный проект, объединяющий школы:
Knox Grammer School (для мальчиков) и Ravenswood Girls School (для девочек).

Для организации работ и координации деятельности по проекту создана новая организация - межрегиональная общественная организация 'Объединение специалистов и молодежи по научно-техническому творчеству в области космических технологий Микроспутник' (МОО 'Микроспутник').

Микроспутник 'Колибри-2000' закладывает основы принципиально нового направления космического аппаратостроения - создания научно-образовательных микроспутников в интересах развития науки о космосе и существенного совершенствования аэрокосмического образования молодежи на основе космических и компьютерных технологий. Микроспутник является первым образцом нового семейства микроспутников и создан в рамках Программы научно-образовательных микроспутников (под индексом - проект 'Колибри-1') при поддержке Международной аэронавтической федерации и Федерации космонавтики России.

Основные характеристики микроспутника 'Колибри-2000':

1.      Масса - 20,5 кг, включая:

• Трехкомпонентный феррозондовый магнитометр (ТФМ) - 0,8 кг;
• Анализатор частиц и полей (АЧП) - 2,8 кг;
• Магнито-гравитационная система одноосной ориентации и стабилизации - 2,7 кг;
• Конструкция и служебные системы - 14,2 кг;

2.      Энергоемкость 0,5 м² солнечных панелей - 30-60 Вт;

3.      Одноосная система ориентации не хуже + 10^о;

4.      Радиоканал 145/435 Мгц.

Вывод микроспутника 'Колибри-2000' на орбиту с борта грузового транспортного корабля 'Прогресс М1-7' после выполнения им задач по транспортно-техническому снабжению международной космической станции, является наглядным примером демонстрации новых возможностей выведения на орбиту сравнительно небольших космических аппаратов. Отличительными чертами этого способа является конкретное использование внутрикорабельной деятельности космонавтов, а также применение оригинального транспортно-пускового контейнера, разработанного в Специальном конструкторском бюро космического приборостроения Института космических исследований РАН при участии специалистов РКК 'Энергия' имени С.П. Королева.

За время функционирования микроспутника с ним проведено 256 сеансов радиосвязи с Главного наземного пункта управления в НИЛАКТ РОСТО (г. Калуга), а также более 10 сеансов с пунктами приема и обработки информации в СКБ КП ИКИ (г. Таруса), двух школах в Австралии (г. Сидней) и школах г. Обнинска.

Получены новые данные о флуктуациях магнитного поля Земли и потоков энергичных частиц в периоды сильных геомагнитных возмущений 17 и 23 апреля. Проанализированы данные о влиянии возмущенной атмосферы Земли на характер и скорость изменения орбиты микроспутника.

Дополнительно между участниками проекта 'Колибри' и курируемой НАСА образовательной программы INSPIRE (ИНСПИРЕ) была оперативно согласована совместная программа 'Колинс'. В ходе ее 1 и 2 мая при пролете микроспутника над Новой Зеландией проведены одновременные измерения энергичных частиц (прибор АЧП) и магнитного поля (прибор ТФМ) на микроспутнике 'Колибри', скоординированные с исследованиями в области D ионосферы (80-100 км) по данным уникальной магнитной антенны Физического факультета Университета Отаго.

В целом можно заключить, что цели Программы микроспутников в части создания первого микроспутника и его наземного сегмента, а также задачи полета микроспутника 'Колибри-2000' выполнены полностью. При этом в части запланированных по проекту работ:

ћ        получены положительные результаты предполетных автономных и комплексных наземных испытаний, а также предстартовой подготовки на космодроме;

ћ      выполнена интеграция микроспутника с транспортно-пусковым контейнером по международно-правовым нормативам международной космической станции, включая сертификацию безопасности.

ћ        реализован космический эксперимент по обеспечению запуска микроспутника;

ћ        организовано и успешно реализовано управление автономным полетом микроспутника;

ћ        проведены летно-конструкторские испытания микроспутника;

ћ        начата реализация учебно-образовательной программы и получены ее первые результаты применительно к полету первого спутника;

ћ        выполнена научно-исследовательская программа 'Колибри-2000';

ћ        выявлены основные проблемы и определены пути их решения;

ћ        определены ближайшие перспективы развития Программы;

 

1. ОБ ОСНОВНЫХ ЦЕЛЯХ НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ПРОГРАММЫ МИКРОСПУТНИКОВ И ЗАДАЧАХ ПОЛЕТА МИКРОСПУТНИКА 'КОЛИБРИ-2000'

Реализация российско-австралийского школьного космического проекта указала на необходимость с самого начала сформировать основные цели и задачи проекта, облик и содержание его составных частей, которые бы отвечали требованиям дня как с точки зрения актуальности, так и с точки зрения имеющихся возможностей. Был сделан вывод, что российско-австралийский школьный космический проект должен нести научно-образовательную нагрузку и стать не единственным, а первым в научно-образовательной Программе микроспутников.

Научно-образовательная Программа микроспутников представляет собой принципиально новое направление космических программ, главный акцент которой сосредоточен на комплексном концептуальном развитии научно-технического творчества учащихся старших классов и студентов. Космонавтика представляет собой одну из редких областей деятельности, где каждый человек способен найти поле для приложения собственных способностей. Конкретная работа позволяет ему, получая знания и опыт, постепенно развивать эти способности и становиться высококвалифицированным специалистом по выбранной тематике.

Современный уровень развития научно-технического прогресса позволяет адаптировать к учебным программам вопросы создания и эксплуатации космического аппарата, а также процессы управления им и получения от него информации. Поэтому формирование научно-образовательной Программы микроспутников не просто целесообразно, но и весьма актуально для нашего времени.

Космонавтика интенсивно развивается, и сегодня трудно представить развитие человечества без использования результатов космической деятельности. Гигантский скачок в развитии микроэлектроники, массовое внедрение микропроцессоров, распространение космических технологий, доступность элементов космических систем привело к возможности решения широкого спектра актуальных задач с помощью микроспутников. Они находят широкое применение в сферах спутниковой связи, дистанционного зондирования, космической физики и технологии, образования и др. Создание микроспутников стало возможным малыми коллективами и в короткие сроки.

Научно-образовательная Программа микроспутников весьма важна и полезна для самой космонавтики. Освоение космоса будет наиболее эффективным, если этим будут заниматься высокообразованные неравнодушные к космической науке и технике специалисты. Образование - наиболее действенный способ внедрения этого понимания в сознание человека, поэтому его приобщение к космосу должно начинаться со школьной скамьи. Элементом такого приобщения должна стать реализация долговременной научно-образовательной Программы микроспутников, основной целью которой является реализация космических проектов, включающих в себя создание и запуск в космос микроспутников и развертывание наземных комплексов управления, приема и обработки информации, с помощью которых возможно эффективно решать широкий спектр научных, технических и образовательных задач.

Научно-образовательная Программа микроспутников предполагает простоту открытого доступа к получаемой со спутника научной и телеметрической информации.

Программа включает в себя реализацию нескольких проектов и предусматривает запуск в течение пяти-семи лет пяти микроспутников. При этом российско-австралийский научно-образовательный проект 'Колибри-2000' - первый в рамках Программы ('Колибри-1'), а микроспутник 'Колибри-2000' - базовый по конструкции, служебным системам, способу запуска и схеме взаимодействия с наземными комплексами управления, приема и обработки информации.

Конструкция спутника и бортовые системы, а также принципы его работы в основных своих чертах не должны были содержать сложных элементов, но должны были быть выполнены на уроне высоких современных требований к аппаратам подобного класса.

Наземный комплекс управления и школьные пункты приема и обработки информации должны были быть построены на базе широко освоенных практикой радиолюбителей комплексов приемо-передающей аппаратуры и повсеместно распространенных персональных компьютерах. Отдельные фрагменты программного обеспечения могут создаваться участвующими в программе школьниками и студентами. Вместе с тем программа микроспутников не может быть упрощенной, поскольку одна из главных целей ее состоит в постепенном углублении способностей учащихся.

Комплекс научно-исследовательской аппаратуры микроспутника должен был быть выбран исходя из этих же критериев. Оборудование, с одной стороны, должно отличаться малогабаритностью и простотой, а с другой стороны - давать возможность получать реально важные научные данные, обрабатывать их и интерпретировать.

Помимо этого, стоимости разработки и эксплуатации микроспутника и соответствующего наземного комплекса, а также выведения спутника на орбиту должны были быть предельно сокращены, чтобы соответствовать масштабам расходов на образовательные программы.

Задачи полета первого в программе микроспутника 'Колибри-2000' по существу и состояли в проверке этих концептуальных основ программы в реальном полете и выполнении летных испытаний базового образца микроспутника.

Комплекс научно-исследовательской аппаратуры микроспутника 'Колибри-2000' в основном отвечает поставленным требованиям, дает ценные научные данные, сопоставимые с информацией других космических аппаратов. На основе научных приборов комплекса микроспутника 'Колибри-2000' может строиться научное оборудование для последующих аппаратов этой серии.

Выбранный способ выведения на орбиту с борта транспортного грузового корабля 'Прогресс', обслуживающего международную космическую станцию, не только позволил решить задачу надежным и дешевым способом, но и заложил основы интеграции микроспутников по международно-правовым нормативам. Это обстоятельство важно не просто как потенциальный задел для последующих аппаратов серии, но и как средство привлечения к работам по программе участвующих в создании, строительстве и эксплуатации станции партнеров, а через них - и широкой мировой общественности.

 

 

2. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ПРЕДПОЛЕТНЫХ АВТОНОМНЫХ И КОМПЛЕКСНЫХ ИСПЫТАНИЙ, А ТАКЖЕ ПРЕДСТАРТОВОЙ ПОДГОТОВКИ НА КОСМОДРОМЕ

Допуску к полету микроспутника в составе транспортного грузового корабля и международной космической станции предшествовал большой объем работ. Выполнены экспертиза и сертификация микроспутника как самостоятельного космического аппарата и составной части российского сегмента международной космической станции. Проведены предстартовая подготовка и предполетные автономные и комплексные испытания на космодроме.

Техническая экспертиза проекта 'Колибри' заключалась в решении следующих задач:

ћ        укрупненный анализ проектных решений по микроспутнику как самостоятельному космическому аппарату;

ћ        анализ механических, электрических и тепловых интерфейсов микроспутника и грузового корабля;

ћ        анализ принятых при создании транспортно-пускового контейнера и микроспутника конструкторских и эргономических решений, а также применяемых материалов;

ћ        исследование взаимовлияния транспортно-пускового контейнера с микроспутником и грузового корабля;

ћ        интеграция микроспутника в российском сегменте международной космической станции;

ћ        определение реализуемости запуска микроспутника 'Колибри' по предложенной схеме;

ћ        определение основных направлений научно-технических исследований в обеспечение разработки Программы научно-образовательных микроспутников, создаваемых на базе микроспутника 'Колибри-2000'.

При этом наиболее тщательной экспертизе подвергались решения, связанные с безопасностью микроспутника и грузового корабля 'Прогресс М1-7'.

Экспертиза проводилась в процессе:

ћ        анализа проектной, конструкторской и эксплуатационной документации по ТПК и МС 'Колибри';

ћ        технических консультаций с разработчиками документации;

ћ        совещаний с разработчиками проекта
(ИКИ РАН, СКБ КП ИКИ РАН, НИЛАКТ РОСТО);

ћ        совместного участия в наземных испытаниях оборудования микроспутника 'Колибри' на специализированных стендах СКБ КП ИКИ РАН и на комплексном стенде контрольно-испытательной станции;

ћ        макетирования штатного транспортно-пускового контейнера в корабле 'Прогресс М1-7' на контрольно-испытательной станции;

ћ        отработки методики установки транспортно-пускового контейнера с микроспутником на стыковочном агрегате грузового корабля во время тренировок основного и дублирующего экипажей МКС-4 в РГНИИ ЦПК имени Ю.А.Гагарина с участием специалистов СКБ КП ИКИ РАН.

В подтверждение результатов технической экспертизы проекта 'Колибри' структурными подразделениями РКК 'Энергия' имени С.П. Королева выпущены частные заключения:

ћ        О безопасности проекта 'Колибри' в части баллистики;

ћ        О средствах выдвижения и отделения микроспутника 'Колибри';

ћ        По нагрузкам на микроспутник 'Колибри';

ћ        По конструкторским решениям, принятым в транспортно-пусковом контейнере с микроспутником 'Колибри' в части их работоспособности, прочности и надежности;

ћ        По результатам анализа обеспечения теплового режима микроспутника 'Колибри';

ћ        По безопасности материалов, применяемых в транспортно-пусковом контейнере и микроспутнике;

ћ        По системе электропитания микроспутника 'Колибри';

ћ        В части эргономики;

ћ        По комплексу научной аппаратуры;

ћ        В части установки транспортно-пускового контейнера с микроспутника на шпангоуте стыковочного агрегата грузового корабля

Анализ выводов частных заключений по экспертизе проекта позволил констатировать, что:

ћ        отсутствуют принципиальные проблемы, которые могли бы препятствовать проведению эксперимента и параметры систем корабля в целом соответствуют условиям эксперимента;

ћ        с точки зрения обеспечения работоспособности, прочности и надежности решения, принятые при создании конструкции, систем и механизмов транспортно-пускового контейнера и микроспутника - оптимальны;

ћ        предложенная баллистическая схема проведения эксперимента обеспечивает безопасность международной космической станции, грузового корабля и микроспутника на всех этапах реализации в штатном случае и в нештатных ситуациях;

ћ        объем выполненных проработок и их результаты подтверждают целесообразность формирование на базе проекта 'Колибри' Программы научно-образовательных микроспутников.

По сертификации микроспутника были также выпущены:

- заключения о допуске к натурным испытаниям по:

         санитарно-гигиенической экспертизе;

         пожаробезопасности;

         радиационной безопасности;

         электромагнитной совместимости с оборудованием грузового корабля и международной станции;

- 'Сертификат полетной безопасности эксперимента на международной космической станции';

В результате проведенных работ:

ћ        получен конкретный опыт разработки наземной технической документации по всем видам испытаний, документации по управлению полетом международной космической станции и транспортного грузового корабля, а также определены пути дальнейшего совершенствования документации по космическим экспериментам с микроспутниками;

ћ        проведены автономные испытания бортовых систем и микроспутника в целом, в том числе - совместно с транспортно-пусковым контейнером, а также в составе транспортного грузового корабля 'Прогресс М1-7';

ћ        отработаны методики монтажа транспортно-пускового контейнера с микроспутником на стыковочном шпангоуте транспортного грузового корабля, выпущена бортовая документация по соответствующим действиям экипажа международной космической станции и проведены тренировки экипажа МКС-4 на натурном макете транспортно-пускового контейнера;

ћ        выполнены необходимые операции по предстартовой подготовке на космодроме, включая зарядку химических источников тока, монтаж транспортно-пускового контейнера в грузовом отсеке, проверку крепежа.

 

3. ИНТЕГРАЦИЯ МИКРОСПУТНИКА ПО МЕЖДУНАРОДНО-ПРАВОВЫМ НОРМАТИВАМ МЕЖДУНАРОДНОЙ КОСМИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ

ћ        Проверен на практике комплекс организационно-технических мероприятий по интеграции микроспутника в российском сегменте международной космической станции.

ћ        Проведена сертификация конструкции микроспутника, его научной аппаратуры и служебного оборудования (бортовых систем, радиотехнической аппаратуры, источников электропитания).

ћ        Тщательные исследования показали достаточность проведенных мероприятий для обеспечения необходимой безопасности международной космической станции и ее экипажа, а также соответствие характеристтик микроспутника требованиям к размещаемым на станции грузам.

ћ        По результатам совместных работ с партнерами по международной космической станции получен взаимосогласованный с партнерами 'Сертификат полетной безопасности' на космический аппарат в целом и способы его отделения от транспортного грузового корабля 'Прогресс М1-7';

 

4. КОСМИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ ЗАПУСКА МИКРОСПУТНИКА

Реализация космического эксперимента включала в себя следующие основные работы, связанные с полетом микроспутника в составе транспортного грузового корабля 'Прогресс М1-7' и международной космической станции:

- запуск микроспутника в грузовом отсеке транспортного грузового корабля на орбиту в составе ракетно-космического комплекса 'Союз' и доставка его на международную космическую станцию;

- демонтаж транспортно-пускового контейнера с микроспутником из грузового отсека корабля 'Прогресс М1-7';

- размещение и хранение транспортно-пускового контейнера с микроспутником на борту российского сегмента международной космической станции;

- монтаж траспортно-пускового контейнера с микроспутником на шпангоуте стыковочного агрегата корабля 'Прогресс М1-7';

- запуск микроспутника на самостоятельную орбиту путем отделения от транспортно-пускового контейнера;

По результатам проведения этих работ можно сделать следующие выводы:

ћ        Впервые за время эксплуатации международной космической станции на ней был размещен, хранился и эксплуатировался самостоятельный космический аппарат в виде снаряженного и готового к эксплуатации микроспутника, представляющего собой сложное научно-техническое устройство с большим количеством потенциальных опасностей, требующих специального анализа.

ћ        Впервые на международной космической станции отработана схема отделения от нее транспортного грузового корабля с разгерметизированным грузовым отсеком.

ћ        Успешно решен вопрос визуального сопровождения работ с микроспутником, как в части технологических дейсвий внутри международной космической станции, так и при отделении корабля от станции, а затем и - микроспутника от корабля.

ћ        Подтверждена высокая технологичность конструкции микроспутника с точки зрения подготовки его запуска и высокое качество бортовой документации, которые в сочетании с высоким профессионализмом экипажа МКС-4 позволили выполнить все работы качественно и в установленные сроки.

ћ        Следует особо отметить четкую профессиональную работу командира экипажа МКС-4 космонавта Юрия Онуфриенко, лично обеспечившего качественный и надежный монтаж транспортно-пускового контейнера на шпангоуте стыковочного агрегата транспортного грузового корабля 'Прогресс М1-7'.

Все это показывает перспективность продолжения работ по созданию микроспутников данного типа и их всестороннюю надежность, а также отсутствие в будущем препятствий со стороны партнеров по международной космической станции.

 

5. УПРАВЛЕНИЕ АВТОНОМНЫМ ПОЛЕТОМ МИКРОСПУТНИКА

Управление автономным полетом микроспутника осуществлялось Главным командным пунктом, созданным на базе НИЛАКТ РОСТО в г. Калуге. На участке выведения и при первых сеансах связи дублировалось в СКБ КП ИКИ (г. Таруса) и в Главном Центре управления космическими аппаратами КВ МО (г. Краснознаменск).

В ходе полета микроспутника 'Колибри-2000':

ћ        Проведены полномасштабные натурные испытания бортового и наземного комплексов управления. Вся аппаратура и оборудование наземного комплекса управления, в том числе технические и программные средства, работали без замечаний.

ћ        После анализа телеметрической информации отказов и сбоев в работе бортовых электронных систем не обнаружено.

ћ        Налажено плановое взаимодействие с пунктами приема информации с микроспутника, в том числе школьными пунктами в России и за ее пределами.

ћ        Отработана процедура передачи данных адресатам и потребителям в соответствии с предварительными запросами.

ћ        Проверена практика предварительного посуточного и детального посеансного планирования деятельности по управлению полетом микроспутника.

ћ        С учетом изменения внешних условий (повышение солнечной активности и соответствующее увеличение плотности атмосферы на высотах полета микроспутника) приняты оперативные решения по интенсификации работ со служебными системами (управление режимами ориентации, контроль теплового режима аппарата, отладка работы системы электропитания).

ћ        Школьные приемные пункты, в том числе расположенные в Австралии, прошли полный необходимый объем всесторонней отработки, были по существу подготовлены к приему и обработке информации, а также реально участвовали в получении научной и служебной информации микроспутника.

ћ        По результатам работы с микроспутником ежедневно составлялись и рассылались отчеты и доклады. Проводилась предварительная обработка и рассылка получаемой научной и телеметрической информации.

ћ        Проведены успешные экспериментальные работы по опытной эксплуатации мобильного комплекса управления микроспутником с выездом группы управления в полевые условия в пригородные районы г. Калуги.

ћ        Наземными службами:

         Отработано 46 суток непосредственного взаимодействия с микроспутником;

         Проведено 256 сеансов связи;

         Получено 1495 файлов научной информации;

         Получено 2076 файлов долговременной телеметрической информации;

         Получено 2072 файла телеметрической экспресс информации;

         Получено 534 файла дополнительной телеметрической информации;

         Получено 1200 файлов информации по ориентации микроспутника;

ћ        По взаимодействию с наземными пунктами Австралии:

        Получено 128 писем из школ Австралии.

        Отправлено 168 писем в школы Австралии с указаниями, инструкциями, схемами, программами, данными, разъяснениями.

Использование в проекте Колибри-2000 Системы дистанционного обслуживания космических аппаратов (ДОКА) разработки НИЛАКТ РОСТО обеспечило оперативное и гибкое командное управление микроспутником, глубокий и качественный контроль его бортовых систем, четкое функционирование бортовой и наземной автоматики, а также обширный сбор, доставку и представление информации бортовых научных приборов. Система ДОКА может быть рекомендована как базовая система в последующих проектах данного направления.

ћ        По баллистическому обеспечению полета микроспутника:

Баллистическое сопровождение микроспутника 'Колибри' (радиолюбительский позывной RS-21) велось наземным комплексом управления НИЛАКТ РОСТО на основе траекторных данных NORAD, регулярно получаемых посредством Интернет (с 20.03.02 по 04.05.02).

Путем обработки траекторных данных определялись начальные условия для баллистических расчетов и обеспечения работы наземного комплекса управления и программы 'Навигатор'.

По получении новых начальных условий рассчитывались таблицы эфемерид на интервал в четверо суток для планирования работы со спутником и составления бортовых временных программ.

1)      Для Главного пункта управления в Калуге рассчитывались:

ћ  расписание и параметры ЗРВ ИСЗ RS-21 для Калуги по московскому декретному времени;

ћ  расписание и параметры ЗРВ ИСЗ RS-21 для Сиднея по московскому декретному времени;

ћ  расписание и параметры ЗРВ ИСЗ RS-21 для Сиднея по сиднейскому времени;

ћ  данных теневых участков орбиты ИСЗ RS-21 по московскому декретному времени;

ћ  данные восходящих узлов орбиты ИСЗ RS-21 по московскому декретному времени.

2)      Для школьных пунктов приема в Сиднее рассчитывались:

ћ  расписание и параметры ЗРВ ИСЗ RS-21 по сиднейскому времени;

ћ  расписание и параметры ЗРВ ИСЗ RS-12/13 по сиднейскому времени
(Спутник RS-12/13 использовался как датчик сигнала при отладке наземного комплекса) ;

ћ  таблицы целеуказания антенн ИСЗ RS-21 по сиднейскому времени;

ћ  таблицы целеуказания антенн ИСЗ RS-12/13 по сиднейскому времени;

ћ  таблицы частот радиоканала Сидней-ИСЗ RS-21 (145 МГц) по сиднейскому времени;

ћ  таблицы частот радиоканала Сидней-ИСЗ RS-12/13 (145 МГц) по сиднейскому времени;

ћ  начальные условия в форме AMSAT;

ћ  начальные условия для программы 'Навигатор' в Сиднее.

3)      Для контроля работы в Москве рассчитывались:

ћ  расписание и параметры ЗРВ ИСЗ RS-21 для Калуги по московскому декретному времени;

ћ  расписание и параметры ЗРВ ИСЗ RS-21 для Сиднея по сиднейскому времени.

4)      Для регионального пункта в Тарусе рассчитывались:

ћ  расписание и параметры ЗРВ ИСЗ RS-21 для Тарусы по московскому декретному времени;

ћ  таблицы целеуказания антенн ИСЗ RS-21 по московскому декретному времени.

ћ  таблицы частот радиоканала Таруса-ИСЗ RS-21 (145 МГц) по московскому декретному времени;

ћ  таблицы частот радиоканала Таруса-ИСЗ RS-12/13 (145 МГц) по московскому декретному времени;

Кроме того, по мере необходимости рассчитывалась трасса подспутниковой точки ИСЗ RS-21 для планирования моментов включения/выключения приборов на борту спутника при составлении бортовых временных программ.

Для заданных интервалов времени трасса подспутниковой точки рассчитывалась с целью сопровождения данных научных измерений для НИИЯФ МГУ.

ћ        По конкретным сеансам связи:

При первом вхождении микроспутника в зону радиовидимости наземного комплекса управления г. Калуги его сигнал присутствия был своевременно обнаружен, обмерен и оценен на предмет использования. На следующем сеансе связи со спутником была установлена устойчивая двухсторонняя радиосвязь, команды проходили и исполнялись, телеметрическая информация поступала.

На последующих сеансах была проверены на работоспособность следующие бортовые системы и функции:

ћ        Трехкомпонентный феррозондовый магнитометр

ћ        БУ СОС-1, в различных режимах

ћ        Работа и параметры радиопередатчика диапазона 145 МГц,

ћ        Работа радиоприемника и командной системы диапазона 435 МГц

ћ        Формирование и передача различных видов информации

ћ        Работа телеметрических систем в различных режимах

ћ        Работа системы электропитания

ћ        Формирование, накопление и передача информации ориентации в различных режимах

ћ        Работа анализатора частиц и полей

ћ        Формирование, накопление и передача научной информации в различных режимах

ћ        Формирование, накопление и передача цифровой информации анализатора частиц и полей

ћ        Работа БУ СОС-2, в различных режимах

ћ        Работа средств связи в симплексных режимах на диапазонах 145 и 435 МГц.

ћ        Работа радиосредств на повышенных и пониженных мощностях излучения.

ћ        Работа средств связи на различных скоростях информационного обмена (как на борт, так и с борта).

ћ        Работа бортовой службы времени, ее установка и коррекция.

ћ        Работа бортовой очереди команд, различные способы закладки командных программ, контроля их состояния, коррекции и дополнения.

ћ        Работа бортового звукового процессора и передача речевых сообщений на диапазонах 145 и 435 МГц.

ћ        Работа телеметрической системы общего доступа выдающей информацию сигналами телеграфного кода Морзе.

 

6. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
ЛЕТНО-КОНСТРУКТОРСКИХ ИСПЫТАНИЙ МИКРОСПУТНИКА

По результатам летно-конструкторских испытаний микроспутника 'Колибри-2000' можно сделать следующие выводы:

ћ        Подтверждена правильность принципиальных технических решений по конструкции и основным бортовым системам микроспутника;

ћ        Определены и согласованы все организационно-технические интерфейсы между участниками работ по созданию и эксплуатации микроспутника;

ћ        Конструкция микроспутника с транспортно-пусковым контейнером выдержала все механические нагрузки на активном участке выведения, в условиях четырехмесячного хранения на международной космической станции и в процессе отделения микроспутника от транспортно-пускового контейнера, установленного на транспортном грузовом корабле 'Прогресс М1-7'.

ћ        Подтверждена реализуемость технической концепции безопасного и надежного отделения микроспутника от транспортного грузового корабля, проработаны варианты действий при различных нештатных ситуациях, определены вероятности их возникновения. Все механические узлы транспортно-пускового контейнера и механизмы развертывания антенно-фидерных устройств, солнечных батарей, гравитационной штанги микроспутника отработали штатно.

ћ        Магнитно-гравитационная система ориентации выполнила свои функции как по орбитальной ориентации микроспутника, так и по проведению исследований динамических характеристик магнитно-гравитационной системы ориентации и поведения микроспутника на низких орбитах в условиях возмущенной атмосферы и магнитосферы при вспышках на Солнце 17 и 23 апреля 2002 года в различных режимах ориентации (гравитационном, аэродинамическом и закруткой вокруг оси Z).

ћ        Система электропитания (солнечные батареи, блок химических батарей и автоматика оптимизации заряд-разрядных процессов) сохранила работоспособность после четырехмесячного хранения на международной космической станции (без подзарядки химических батарей на борту станции) и в процессе 46-дневного автономного полета микроспутника обеспечивала необходимый уровень энергоснабжения всех бортовых систем. При проведении динамических операций магнитно-гравитационной системы ориентации, связанных с изменением режимов ориентации наблюдался некоторый дефицит электроэнергии, объясняющийся нештатным положением солнечных батарей относительно Солнца.

ћ        Полученные новые данные о тепловом режиме микроспутника в ходе полета показали (для реализованных высот и освещенности орбиты микроспутника) определенную избыточность теплоизоляции, что будет учтено при создании последующих микроспутников этой серии.

ћ        Натурным экспериментом на микроспутнике в условиях реального космического пространства подтверждена реализуемость бортовой радиоэлектронной аппаратуры размещаемой без использования гермоконтейнера, в условиях открытого космоса, что значительно улучшает массово-габаритные показатели космического аппарата.

ћ        Практически подтверждена работоспособность научной аппаратуры и служебного оборудования спутника на верхней границе допустимых рабочих температур. Пассивная система терморегулирования обеспечивала температурный режим работы приборов в диапазоне 55÷65њС, что несколько выше расчетной верхней границы (на 5÷15њС). Однако качественная наземная отработка электронных приборов и блока химических батарей определила их безотказное функционирование на всех этапах полета.

ћ        Система определения точности ориентации, состоящая из феррозондового магнитометра и датчиков Солнца, функционировала штатно.

ћ        Служебная аппаратура дистанционного обслуживания КА-DOKAБ совместно с радиокомплексом обеспечила четкое взаимодействие всех бортовых приборов на всем протяжении полета микроспутника. Командная и телеметрическая радиолинии устойчиво работали на прием и передачу с наземным комплексом управления г.Калуги и г.Сиднея (Австралия) и пунктом приема телеметрической информации в г.Тарусе в двух радиочастотных диапазонах 145 МГц и 435 МГц.

ћ        Голосовой процессор функционировал штатно с хорошим качеством звуковых сообщений.

ћ        Реализованы полномасштабные натурные испытания источников электропитания, показавшие правильность выбора ресурса химических источников тока и мощности солнечных батарей, а также определены случаи реализации пороговых значений электрического тока, при которых происходит полное отключение аппаратуры микроспутника;

ћ        Выявлены возможности значительного увеличения полетного ресурса систем и, соответственно, продолжительности полета микроспутника (например, за счет старта с более высокой орбиты). Это создаст дополнительную возможность производить измерения с помощью комплекса научной аппаратуры.

ћ        Создана и отработана на практике экспериментальная база испытаний микроспутников на основе стендов горизонтального и вертикального обезвешивания. Эта база отчасти используется при испытаниях на остаточную намагниченность.

 

7. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ УЧЕБНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ПРОГРАММЫ

Базовые учреждения учебно-образовательной программы - Школа компьютерных технологий 'Гелиос' и Физико-техническая школа г. Обнинска, функционально связанные с Институтом атомной энергетики, а также Сиднейский спутниковый проект, объединяющий школы Knox Grammer School (для мальчиков) и Ravenswood Girls School (для девочек).

В период подготовки к работе спутника на орбите учащиеся получили необходимые знания об околоземном космическом пространстве, о магнитном поле Земли, ее радиационных поясах, а также о конструкции микроспутника и процессе его создания. Для отработки данных микроспутника 'Колибри-2000' учащиеся разработали программу 'Decoder', позволяющую дешифрировать данные и представлять их в удобном для дальнейшего анализа формате - в виде таблиц и графиков. Для анализа поведения спутника на орбите учащимися написана программа, представляющая трехмерную модель микроспутника, вращающуюся вокруг вектора магнитного поля в соответствии с результатами измерения проекций вектора магнитной индукции в системе координат спутника.

В период активной фазы полета микроспутника в физико-технической школе г. Обнинска организовано регулярное дежурство по средам и субботам. Полученные по электронной почте данные участники работ обрабатывали с помощью созданных программ.

Основными результатами начала реализации учебно-образовательной программы следует считать:

ћ  Отработаны методы организации работ старшеклассников и студентов с микроспутником. В России и Австралии развернуты университетские и школьные пункты приема информации, на которых студенты и школьники участвовали в приеме информации со спутника, обрабатывали и интерпретировали научные и телеметрические данные, анализировали процесс изменения орбиты микроспутника под влиянием земной атмосферы.

ћ  Доказана возможность реализации и координации космических образовательных программ с использованием мирового радиолюбительского сообщества.

ћ  Подтверждена на практике эффективность передачи научной и телеметрической информации с микроспутника с применением аппаратуры радиолюбительского диапазона частот. Учитывая высокую степень распространения радиолюбительского оборудования, показана целесообразность расширения доступа к информации посредством приема данных в радиолюбительском диапазоне непосредственно на школьных приемных пунктах.

ћ  Выявлены пути существенного расширения аудитории учащихся, приобщаемых к работе с микроспутником, за счет использования компьютерной сети 'Интернет'. В частности, с использованием этого способа было налажено оперативное получение информации в реальном времени с Главного наземного пункта управления (г. Калуга) в преддверии развертывания школьного пункта приема в Школе компьютерных технологий 'Гелиос' и в Физико-технической школе при Институте атомной энергетики (г. Обнинск).

ћ  Отработаны основные концептуальные положения по совершенствованию компактных и мобильных пунктов приема научной и служебной информации с микроспутника в учебно-образовательных заведениях.

ћ  Практически доказана возможность оперативной организации удаленного пункта приема информации. Проведен сеанс связи из такого мобильного пункта, вынесенного в окрестности г. Калуга. Тем самым открыт путь к обеспечению доступа к участию в космической образовательной программе из любого населенного пункта.

 

8. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ ПРОГРАММЫ

Исследования поведения магнитного и электрического полей Земли на этих высотах (200-400 км) практически не проводились в течение последних нескольких десятков лет. Тем самым полет микроспутника 'Колибри' заново открыл эту область геомагнитных наблюдений в новом тысячелетии. Уникальность измерений, проведенных в ходе полета данного микроспутника, состоит и в том, что время полета совпало с периодом высокой активности Солнца и, соответственно, повышенной плотности атмосферы;

Программа научных исследований реализована с помощью комплекса научной аппаратуры, в составе которого - следующие приборы:

1.    Трехкомпонентный феррозондовый магнитометр, измеряющий напряженность магнитного поля по трем ортогональным компонентам в диапазоне +/- 64000 нТ и его флуктуации, вызываемые магнитными бурями а также спектральную плотность флуктуаций в полосе частот 50-60 Гц по одной компоненте. Данные трехкомпонентного феррозондового магнитометра используются также бортовой системой ориентации, обеспечивающей компенсацию колебаний микроспутника;

2.    Анализатор частиц и полей, измеряющий:

а).Частицы:

- электроны с энергиями: >100 кэВ (по двум направлениям - зенит и надир);
>300 кэВ; >600 кэВ;

- протоны с энергией > 50МэВ;

-нейтроны 0.1 эВ - 1,0 МэВ;

- гамма-излучение с энергиями: >300 кэВ и >2 МэВ.

б).Электрическое поле:

- индуцированное квазистационарное поле в диапазоне +/- 2560 мВ/м;

- спектральную плотность флуктуаций в полосе частот 50-60 Гц по одной компоненте.

При всех включениях приборы комплекса научной аппаратуры в целом, детекторные и электронные узлы (построенные в основном на базе компонентов отечественного производства) аппаратуры работали штатно в условиях открытого космоса (в отсутствие гермоконтейнера) и температур, близких к пределу, допустимому при эксплуатации.

Проведенная в ходе полета предварительная обработка данных и их физическая интерпретация показали:

ћ       Принятые в процессе разработки и испытаний микроспутника меры по обеспечению высокой электромагнитной чистоты полностью подтверждены в полете, что обеспечило измерение магнитных и электрических полей с чувствительностью, в соответствующих диапазонах комплекса научной аппаратуры, превышающей уровни, достигнутые в ряде специализированных международных проектов, например ИНТЕРБОЛ (Россия).

ћ       Получены новые данные о флуктуациях магнитного поля Земли и потоков энергичных частиц, поступающих от Солнца и дальнего космоса. Определена положительная корреляция уровня флуктуаций магнитного и электрического полей с активностью Солнца, особенно в периоды особо сильных геомагнитных возмущений, наблюдавшихся 17 и 23 апреля 2002 года.

ћ       Выявлены участки орбиты, на которых интенсивность флуктуаций магнитного и электрического полей в диапазоне 50-60 Гц превышает уровень 3s, что может свидетельствовать о проникновении через ионосферу излучений от магистральных линий электропередач.

ћ       В спектрах флуктуаций магнитного поля с высоким частотным разрешением в диапазоне 0.05-15 Гц выделяются излучения, по характеру сходные с геомагнитными пульсациями, генерируемые в ионосфере во время магнитных бурь и связанные с высыпанием энергичных частиц, регистрируемых анализатором частиц и полей.

ћ       Полученные данные о векторе напряженности магнитного поля Земли, особенно в моменты активной работы системы ориентации и стабилизации микроспутника, являются в значительной степени уникальными, так как позволяют с высоким временным разрешением исследовать динамику ориентации и колебаний микроспутника, обладающего малой массой и относительно большой площадью поверхности.

ћ       Подтверждена на практике возможность передачи объемного потока научной и телеметрической информации в радиолюбительских диапазонах частот;

ћ       Реализованы методы оперативного получения и обработки потоков научной информации с Главного командного пункта через компьютерную сеть 'Интернет'.

ћ       Отработаны методики взаимодействия с группой Физико-технической школы в г. Обнинске по совместной обработке получаемой научной информации.

ћ             Одновременно согласно программе научно-технических экспериментов на российском сегменте международной космической станции на однотипной аппаратуре проведены измерения в рамках эксперимента 'Скорпион'.

ћ       Предварительные результаты научно-исследовательской и научно-образовательной программ представлены в докладах на третьей межотраслевой научно-технической конференции по микроспутникам в ЦНИИМашиностроения (г. Королев) и на VII международной выставке-конгрессе 'Высокие технологии. Инновации. Инвестиции', проводимой в рамках недели высоких технологий в г. Санкт-Петербурге.

ћ             Основные результаты реализации концепции научно-образовательных микроспутников, результаты проектирования и создания образцов, впервые выполняющих в космосе задачи системного (комплексного) характера, докладывались на симпозиумах, международных конференциях и семинарах более 20 раз (полный перечень публикаций и выступлений будет приведен в итоговом отчете - III квартал 2002 года).

 

9. ВЫЯВЛЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ

ћ        Научно-образовательный микроспутник 'Колибри-2000' полностью выполнил полетную программу, несмотря на относительно малый срок активного существования, связанный с необходимостью строго выполнения штатной схемы отделения грузового корабля 'Прогресс' и неожиданно сильным разогреванием верхних слоев атмосферы в этот период. Полученная с 'Колибри-2000' служебная телеметрия после ее полной обработки и анализа специалистами, позволит внести необходимые коррективы, направленные на улучшение эксплуатационных характеристик последующих микроспутников серии 'Колибри' для научно-технических и учебно-образовательных программ.

ћ        Выявлены основные проблемы использования данного микроспутника, связанные в первую очередь с малым временем существования этого космического аппарата (46 суток), которого не вполне достаточно для организации скоординированной широкомасштабной учебно-образовательной программы, охватывающей учащихся разных регионов страны и нескольких стран мира.

ћ        Главные трудности работы служебных систем спутника были вызваны повышенной солнечной активностью и, соответственно, состоянием земной атмосферы. Тем самым природа ужесточила летные испытания. Высокие нагрузки от сопротивления атмосферы на реально используемой орбите при различной ориентации космического аппарата стали дополнительной проверкой предварительных проработок геометрических характеристик микроспутника, расчетного определения воздействующих сил и моментов, методик управления полетом.

ћ        В части работ наземного комплекса управления требуется дальнейшая работа по координации взаимодействия пунктов приема информации, взаимосогласованного планирования работы с учетом реально складывающейся обстановки, а также их совершенствованию направлении надежности и стоимости.

ћ        С позиций оптимизации учебно-образовательной программы целесообразно рассмотреть варианты кардинального повышения длительности существования микроспутника (увеличение исходной высоты начала функционирования, создание возможностей разового либо периодического подъема орбиты микроспутника, улучшение аэродинамической формы с целью снижения сопротивления атмосферы).

ћ        Требуют дополнительной проработки вопросы экономической оценки себестоимости работ по созданию и эксплуатации космического аппарата данного типа, вопросы определения реально допустимых финансово-экономических параметров для внедрения в технико-экономические обоснования дальнейших работ по Программе и соответствующего выбора источников финансирования организаций-спонсоров, а также проработки вопросов государственной поддержки, принятой во всем мире для подобных программ.

 

10. БЛИЖАЙШИЕ ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ПРОГРАММЫ

С учетом полученной в итоге полета микроспутника 'Колибри-2000' информации можно сделать следующие заключения о ближайших перспективах:

ћ        Развитие и совершенствование программ исследований околоземного пространства и решение научно-образовательных задач посредством микроспутников подобного класса целесообразно с научной и технологической точки зрения, выгодно экономически и полезно для воспитания подрастающего поколения, формирования его научного и технического мировоззрения, укрепления практического взаимодействия между народами Мира. Тем самым показана насущная необходимость скорейшего развития данного направления работ.

ћ        Эксплуатация микроспутника подтвердила возможность расширения учебно-образовательной программы, в том числе с передачей информации через стационарные и мобильные школьные и университетские пункты приема научной информации, что должно быть применено и в последующих работах.

ћ        Конструкция и бортовые системы спутника успешно отработаны в наиболее жестких условиях летных испытаний. Они были отягощены длительным хранением микроспутника на борту станции и повышенной солнечной активностью в период автономного полета спутника. На основе конструкции и бортовых систем микроспутника могут быть созданы другие космические аппараты этой серии.

ћ        Основные принципы построения наземного комплекса управления научно-образовательными спутниками на базе аппаратуры радиолюбительского диапазона можно считать отработанными. Наземный комплекс пригоден для управления последующими микроспутниками данной серии, предполагая его модернизацию и дальнейшие работы по совершенствованию отдельных элементов.

ћ        Служебные системы и комплекс научной аппаратуры очередного по Программе научно-образовательного микроспутника 'Колибри-2' следует создавать, исходя из требований обеспечения возможности гарантированной работы с пользователями образовательных программ в течение года.

ћ        Комплекс научной аппаратуры микроспутника 'Колибри-2' следует создавать исходя из максимальной простоты интерпретации получаемых от микроспутника данных.
В частности, следует рассмотреть вопрос передачи изображений земной поверхности крупного масштаба, обладающих свойствами узнаваемости.

ћ        Исходя из указанных кратких рекомендаций, микроспутник 'Колибри-2' может быть создан и запущен к концу 2003 года при участии примерно той же кооперации и возможном участии стран, имеющих опыт в подобных работах, например США, Великобритании, Германии, Канады, Франции и др.

ћ        Основой финансирования данной работы должны быть паритетные взносы участников проекта и государственная поддержка.